水產(chǎn)品中重金屬檢測方法研究進展

鈕冰，鐘海林,，趙超敏，張潤何，樊祥，蔡文萱，吳池瑩，許曉薇，鄧曉軍

（1.上海大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，上海 200444）（2.上海海關(guān)動植物與食品檢驗檢疫技術(shù)中心，上海 200135）

水產(chǎn)品包括海洋、江河、湖泊中生產(chǎn)的動植物及以新鮮水產(chǎn)品為原料經(jīng)過綜合加工利用而制成的加工產(chǎn)品[1]。水產(chǎn)品中優(yōu)質(zhì)蛋白含量高，脂肪含量低、且多為不飽和脂肪酸，也是補充維生素和礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的良好來源。與普通畜禽肉相比，魚類水產(chǎn)品中的肌纖維非常短，且其水分含量更高，肉質(zhì)更細膩，其營養(yǎng)成分更易被人體消化吸收[2]。因此，水產(chǎn)品也成為了越來越受到人們喜愛的一類食品?，F(xiàn)今，各種重金屬伴隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展不斷地流入河流、湖泊和海洋，導(dǎo)致水質(zhì)問題日益嚴(yán)重，而重金屬又可通過食物鏈的富集作用沉淀在人體內(nèi)，并且在一定的條件下可轉(zhuǎn)變成具有更大毒性的金屬有機物，過量攝入不可避免地會威脅到人們的健康。

密度大于4.5 g/cm3的元素被稱為重金屬，且與重金屬的性質(zhì)相似的非金屬砷和硒也被歸為重金屬，例如：鉛、鎘、鉻、砷等。產(chǎn)品中重金屬污染來源廣泛，國際癌癥研究組織將重金屬鎘列為Ⅰ類致癌物[3]，其主要來源于礦產(chǎn)工業(yè)廢水的排放、廢棄的電池和含鎘的農(nóng)藥與化肥等。水產(chǎn)品中重金屬鉛的主要來源是水產(chǎn)飼料及水生植物從土壤中吸收的鉛離子，據(jù)張秀成等人[4]的研究報道水產(chǎn)飼料金屬污染物中主要有鎘、銅、鉛、汞、鉻等重金屬元素，大量使用含有重金屬的飼料將會致使水產(chǎn)品體內(nèi)富集較多的重金屬。

重金屬對生物體具有一定的毒副作用，當(dāng)人體攝入超過一定量的重金屬時，將會對機體產(chǎn)生各種危害，如損傷成人、兒童的各類臟器，影響胚胎正常發(fā)育，造成生殖障礙等[5,6]。最近的研究一致表明，長期暴露于低濃度汞中，可能導(dǎo)致心血管毒性，生殖和發(fā)育毒性，神經(jīng)毒性，腎毒性，免疫毒性和致癌性[7]。長期低劑量的接觸砷，會致使人體慢性中毒、腐蝕消化道，甚至導(dǎo)致癌癥的產(chǎn)生[8]。

水產(chǎn)品中重金屬含量的控制倍受世界各國和組織的關(guān)注及重視，中國[9]、美國[10]、歐盟[11]、澳新[12]、CAC[13]等對此都制定了相關(guān)的技術(shù)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)。

表1 世界各國和組織水產(chǎn)品重金屬限量的比較Table 1 Comparison of heavy metal limits in aquatic products of countries and organizations in the world

1 樣品前處理方法

1.1 干灰化法

干灰化法是利用高溫灼燒的方式分解試樣中的有機物，將未能被高溫分解的殘渣溶解于稀酸中，使被檢測的元素形成可作為后續(xù)測定的可溶態(tài)。鉻、砷等重金屬元素的含量均可使用該方法進行檢測，且操作簡單可進行較大樣品量的處理。但此法消耗的時間長，在高溫下汞、鉛、鎘等金屬元素易揮發(fā)損失影響實驗的回收率[14]。鄒燕娣等[15]、陳新煥等[16]人在優(yōu)化灰化溫度、時間等條件后分別對樣品中的砷和鉛進行了檢測，取得了比較理想的結(jié)果。其中，鄒燕娣等[15]的實驗結(jié)果中，其加標(biāo)回收率達到100%～106%。

1.2 濕法消解

濕法消解是使用強氧化劑、無機強酸將待測品中的有機物氧化分解成可測定的形態(tài)存在于溶液中，濃硝酸、高錳酸鉀等是常用的無機強酸和強氧化劑，在日常操作中常用兩種及以上強氧化劑或強酸的聯(lián)合酸體系[17]，使有機物的消解能快速且平穩(wěn)地進行。濕消解法能克服干灰化法揮發(fā)性元素損失的問題，設(shè)備簡單，可實現(xiàn)較大樣品量的處理，應(yīng)用廣泛；但該方法具有消解時間長，使用的無機強酸和強氧化劑易造成環(huán)境污染和產(chǎn)生危險的缺點。Isabel Rucandio等[18]建立了濃硝酸、高錳酸鉀、重鉻酸鉀混合體系的消解方法，對海藻中的汞提取分析，取得了良好的效果。李文廷等[19]對海魚粉中的總汞和總砷采用濃硝酸、高氯酸和硫酸聯(lián)合酸體系的冷熱消解結(jié)合的提取方法，該方法的回收率為93.33%～96.62%。

1.3 微波輔助提取酸和雙氧水的混合體系進行微波消解只需要2～4 h，與傳統(tǒng)的濕法消解法比較可明顯地縮短前處理時間以及增加提取效率。Saucedo-Velez等[24]通過優(yōu)化微波消解的條件測定家畜飼料中的有機砷，對樣品的加標(biāo)回收率在95.2%～97%之間，檢測限為0.13 mg/L。Maciel等[25]建立了微波誘導(dǎo)燃燒法消解鳀魚，然后用電感耦合等離子體質(zhì)譜測定重金屬的含量，加標(biāo)回收率可達94%±7%。

1.4 超聲輔助提取法

超聲輔助提取技術(shù)[26,27]就是通過超聲波產(chǎn)生熱效應(yīng)、空穴效應(yīng)和機械效應(yīng)等多級效應(yīng)增加溶劑穿透力，從而達到快速提取待測物。因此該方法相較于微波消解可明顯地縮短提取時間以及增加提取率，是一種新型的重金屬檢測的前處理方法，主要適用于提取低溫加工的食品。Krishna等[28]使用超聲波輔助提取，并用四甲基氫氧化銨的稀溶液對魚和植物組織中的汞進行形態(tài)分析。超聲處理后，離心獲得的上清液直接通過冷蒸汽原子吸收光譜法（CVAAS）進行測定，在95%的置信水平下，分析結(jié)果與無機汞、甲基汞和總汞的標(biāo)準(zhǔn)參考值一致，無機汞的檢出限為0.014 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)添加回收率為95%～102%。

微波消解主要是利用微波直接深入到試樣的內(nèi)部作用于物質(zhì)分子使之運動產(chǎn)生“內(nèi)加熱”的熱效應(yīng)，促使加熱更迅速、更均勻而使得試樣快速分解，是近年廣泛地應(yīng)用于分析檢測中的樣品前處理方法[20]。微波消解法具有樣品分解完全且速度快，重金屬元素?zé)o揮發(fā)損失，酸消耗量少，操作簡便等優(yōu)點，且加熱速度快，比常規(guī)加熱法快10倍以上。但成本投入較大，處理的樣品量較少，只能檢測均勻性較高的樣品。此外，微波氧燃燒作為一種新型的微波輔助提取的新技術(shù)[21]對含油脂高的樣品、基體復(fù)雜的樣品消化效率高，背景干擾少，但該法多應(yīng)用于鹵族元素的檢測[22]，重金屬檢測中鮮有報道。Yoda等[23]對牡蠣樣品采用硝

1.5 離子交換預(yù)富集

離子交換是在固體離子交換劑存在的時，溶液中的離子與交換劑中的離子進行交換，最終溶液中的離子進入到交換劑之中達到分離的目的[29]。陳一銘等[30]利用強酸性的大孔陽離子交換樹脂去除魷魚肝臟組織勻漿液中的鎘離子，結(jié)果表明鎘離子吸附率在一定時間范圍內(nèi)隨吸附交換時間的增加而升高，吸附達平衡狀態(tài)時，離子吸附率為94.34%。劉世輝等[31]利用離子交換樹脂對降水中的鎘等金屬元素進行富集，具有良好的檢測結(jié)果，其檢出限接近ppb級。

表2 樣品前處理方法的比較Table 2 Comparison of sample preparation methods

2 重金屬檢測方法

2.1 電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）

電感藕合等離子體質(zhì)譜法是將電感藕合等離子體與質(zhì)譜聯(lián)用，利用ICP使試樣去溶劑化、汽化、解離、原子化、電離，再將待測離子送入真空質(zhì)譜系統(tǒng)進行測定。既可以按照荷質(zhì)比進行半定量分析，也可以按照特定荷質(zhì)比的離子數(shù)目進行定量分析。利用該方法可以實現(xiàn)多元素的快速分析，具有線性范圍寬、檢出限低、速度快等特點[32]。但該法運行成本高，電感耦合等離子體的高溫會引起諸多的化學(xué)反應(yīng)，從而使得分子離子的強度過高，致使測量結(jié)果受到干擾[33]。

Griboff[34]的研究中建立了ICP-MS法測定魚類樣品中砷元素，檢測限為8 μg/kg，標(biāo)準(zhǔn)添加回收率為88.9%。利用此方法檢測富營養(yǎng)化水庫中銀環(huán)魚的砷含量，可評估食用該水庫的魚類是否會存在健康風(fēng)險。Guérin[35]經(jīng)硝酸和過氧化氫消化提取后對159種魚和其他海產(chǎn)品進行電感耦合等離子體質(zhì)譜檢測，此方法對鉛、鉻的LOQ值分別為5、20 μg/kg，LOD值分別為83%和87%。

李愛陽等[36]通過將O2作為反應(yīng)氣通入八級桿碰撞反應(yīng)池（ORS）中消除質(zhì)譜干擾，而建立了電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜法準(zhǔn)確測定水產(chǎn)品中多種重金屬元素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)淡水產(chǎn)品中重金屬的含量在整體水平上低于海水產(chǎn)品，其中以草魚最為突出。

2.2 原子吸收光譜法（AAS）

原子吸收光譜是近年來最常用的重金屬檢測方法，在食品重金屬含量的檢測中被廣泛應(yīng)用。原子吸收光譜分析是原子蒸氣中被測元素的基態(tài)原子受特征波長的輻射產(chǎn)生共振吸收，其基態(tài)原子含量與吸光度成正比，以此測定試樣中該元素含量的一種儀器分析方法。相較于其他傳統(tǒng)方法具有更高的靈敏度、更高的準(zhǔn)確度等優(yōu)點[37]。

Lavilla[38]采用塞曼（砷、硒）或氘（鎳、釩）背景校正的電熱原子吸收光譜法，以超聲波輔助提取技術(shù)檢測。在優(yōu)化條件下，干組織中砷、硒、鎳和釩的檢出限分別為0.6、0.3、0.2和0.4 mg/kg，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在3%～10%范圍內(nèi)。

李萬杰等[39]的研究中建立的硝酸和高氯酸微波消解技術(shù)，并用石墨爐原子吸收光譜法檢測貽貝、魚等海產(chǎn)品中重金屬含量。檢測結(jié)果表明，該方法對樣品中重金屬鎘、鉛的檢測限均都小于0.08 μg/g。任蘭等[40]采用硝酸和過氧化氫進行微波消解樣品，基體改進劑選用磷酸二氫銨和抗壞血酸，然后用優(yōu)化后的石墨爐原子吸收光譜法對重金屬進行檢測。此方法對來自魚和河蚌中重金屬鎘、鉛的檢測限分別為0.01、0.05 μg/g，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在實際樣品的檢測結(jié)果當(dāng)中分別為11.9%和8.1%，加入標(biāo)準(zhǔn)品的回收率為91.8%和84.5%。然后對牡蠣的標(biāo)準(zhǔn)參考樣進行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)測定值在標(biāo)準(zhǔn)值可接受的范圍之內(nèi)。

2.3 原子熒光光譜法（AFS）

原子熒光光譜法是原子蒸氣在激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時產(chǎn)生熒光發(fā)射強度，不同元素具有各自的特征原子熒光光譜，一定條件下，可根據(jù)原子熒光強度和單位體積該元素基態(tài)原子數(shù)成正比來測量待測元素含量的方法。具有選擇性好、譜線簡單、操作簡單等明顯優(yōu)勢。Rodolfo[41]用冷原子熒光光譜法測定四種不同消化處理后的海藻中汞含量，檢測結(jié)果表明，高溫石墨加熱回流的敞口容器消解系統(tǒng)是最佳選擇，該消化方式的汞提取率為83%～103%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差＜10%。此外，原子熒光光譜法可與電化學(xué)冷蒸汽發(fā)生器等方法結(jié)合使用，Zu[42]等將原子熒光光譜法與電化學(xué)流動池相結(jié)合檢測重金屬元素汞的含量，甲基汞的檢測限被優(yōu)化到了1.88×10-3ng/mL，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.0%。然后對市售的海產(chǎn)品進行檢測，結(jié)果表明海產(chǎn)品中甲基汞含量在3.7～45.8 ng/g范圍內(nèi)，加標(biāo)回收率為105%±8%，相對標(biāo)準(zhǔn)差＜5%。

2.4 X射線熒光光譜法（XRF）

X射線熒光光譜法是使用X射線源產(chǎn)生能量光子激發(fā)出特征波長的熒光，不同種元素具有各自特定的X射線熒光波長，且元素的熒光X射線強度與樣品中該元素的濃度成正比，從而對樣品中的重金屬進行定量和定性分析。此法具有分析速度快，前處理簡單，分析元素范圍廣，譜線簡單，不需破壞樣品等優(yōu)點[43]。

Sosa等[44]應(yīng)用XRF法測定馬鈴薯塊莖樣品中的鐵和鋅，通過校準(zhǔn)以及外部和獨立的驗證表現(xiàn)出較高的測定系數(shù)且具有較低的標(biāo)準(zhǔn)誤差，表明可以通過X射線熒光光譜法高精度地估計鐵和鋅。李梅[45]研究表明X射線熒光光譜法經(jīng)過軟件處理自動計算樣品中鎘的含量，能在20 min內(nèi)完成精確定量，檢出限為34 μg/kg，實物標(biāo)樣標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.6×10-2。

2.5 液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法（LC-ICP-MS）

液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法[46,47]原理是樣品溶液經(jīng)過前處理，通過霧化器霧化后送入高溫等離子體中，干燥、原子化、電離，元素離子經(jīng)接口室進入質(zhì)譜儀，檢測器對相應(yīng)元素離子做出響應(yīng)，經(jīng)軟件處理，響應(yīng)強度和時間組成的峰面積與相應(yīng)組分離子濃度成正比關(guān)系進行定性定量分析。該方法具有低的檢出限，譜線簡單、較小的干擾，所需樣品量少等優(yōu)點，與液相色譜聯(lián)用時還可進行形態(tài)分析[48,49]。

Li等[50]建立了微波輔助萃取-高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法對貝類中砷和汞進行檢測，三價砷、五價砷、甲基汞的檢出限分別為52、100.3和1.5 μg/kg。將此方法應(yīng)用于連云港和煙臺貝類中砷和汞的健康風(fēng)險評價，測得新鮮貝類中的砷和甲基汞濃度分別為0.10～1.69 mg/kg和0.46～6.38 mg/kg。

Zmozinski[51]通過陰、陽離子交換液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法進行砷的形態(tài)分析，檢測限在0.02～0.71 mg/kg之間，無機砷的回收率為103%±3%，所提出的方法為未來的風(fēng)險評估分析提供了可靠的無機砷數(shù)據(jù)。Yao等[52]通過使用反相C8柱，建立了一種簡單、快速的液相色譜和氣動霧化電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對魚油中汞的形態(tài)進行分析，汞化合物的檢出限為0.5～1.0 ng/g，加標(biāo)準(zhǔn)添加回收率在93%～107%之間。

Zhao等[53]建立的方法中，以蛋白酶輔助萃取，在陰離子交換色譜柱上用梯度洗脫進行分離，建立了酶輔助萃取-液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法的檢測技術(shù)，該方法在魚類樣品中對砷的檢測限為0.11～0.59 μg/kg，加標(biāo)回收率為91%～106%。

2.6 液相色譜-原子熒光光譜法（LC-AFS）

液相色譜-原子熒光光譜法的原理是利用液相色譜的輸液泵將樣品注入色譜柱，按不同形態(tài)、價態(tài)元素進行分離后經(jīng)消解生成氣態(tài)組分，氣態(tài)分子進入原子化器進行原子化，由原子熒光檢測器測出不同形態(tài)、價態(tài)組分的熒光強度值[54]。該方法具有分析成本低且靈敏度較高，操作方便，轉(zhuǎn)換靈活，穩(wěn)定性高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點[55]。

Xie等[56]使用陰離子交換柱，建立了高效離子交換色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測定海產(chǎn)品中硒的形態(tài)，在檢出限80 μg/L范圍內(nèi)具有比較好的效果（R2＞0.999），該方法的重復(fù)性（以相對標(biāo)準(zhǔn)偏差表示）小于5.0%（n=10），實際海產(chǎn)品樣品中三種分析物（硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸和亞硒酸鹽硒）的加標(biāo)試驗平均回收率為87.3%～103.0%。

Grijalba[57]采用反相高效液相色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法分離與測定食品中硒，使用C8柱在12 min內(nèi)實現(xiàn)完全分離并分析了不同離子液體作為流動相改性劑對亞硒酸鹽、硒酸鹽。與使用反相高效液相色譜電感耦合等離子體質(zhì)譜等靈敏檢測器相結(jié)合的方法相比，所提出的方法獲得的檢測限相當(dāng)甚至更好，硒元素的檢測限為1.41 μg/L。該方法已成功應(yīng)用于葡萄酒、啤酒、酵母和牡蠣等復(fù)雜樣品中硒的形態(tài)分析。

水產(chǎn)品中質(zhì)量是否安全的重要指標(biāo)之一是砷的含量，在孟春英[58]的研究中，建立了高效液相色譜-原子熒光光譜法的檢測技術(shù)，所建立的方法在線性范圍0～100 μg/L之間，對As(Ⅲ)和As( )Ⅴ具有較好的檢測效果（R2≥0.999），檢測限達到0.02 mg/kg，其相對標(biāo)準(zhǔn)差均在3%以下。采用該方法檢測的324份水產(chǎn)品，絕大部分的產(chǎn)品中只檢測到了三價砷的存在，其中有相當(dāng)一部分的貝類產(chǎn)品中砷含量超過了國家標(biāo)準(zhǔn)。

表3 重金屬檢測方法的比較Table 3 Comparison of heavy metal detection methods

2.7 其他方法

此外對于水產(chǎn)品中重金屬含量的檢測還有比色法、核酸適配體、陽極溶出伏安法、光尋址電位傳感器等快速檢測方法。Zhang等[59]用一種基于光尋址電位傳感器的快速大范圍測定魚組織中鎘、鉛、銅和汞的方法，當(dāng)每個目標(biāo)元素的測量范圍在0.1～1000.0 mg/L時，響應(yīng)時間小于10 s。

3 結(jié)論與展望

3.1 隨著對重金屬危害性研究的深入，且重金屬具有很強生物富集性，人們對食物中重金屬含量也越發(fā)關(guān)注。在重金屬檢測的過程中影響水產(chǎn)品重金屬檢測準(zhǔn)確性的一個重要因素是樣品的前處理，傳統(tǒng)的干灰化法雖能大批量處理樣品，但耗時長、不適用于易加熱揮發(fā)的重金屬元素；濕法消解設(shè)備簡單，能克服干灰化法揮發(fā)性元素的損失，但該法消耗大量的無極強酸或強氧化劑易造成環(huán)境污染；目前，國際通用的方法是采用微波消解，只需添加少量強酸或強氧化劑進行；此外，超聲輔助提取具有更強的試樣穿透力，但該方法在重金屬檢測的前處理中報道的較少。樣品消解過程中強酸和強氧化劑的種類與用量的恰當(dāng)選擇對測定結(jié)果具有重要的影響，因此，以后的發(fā)展方向是可通過建立多種消解方式的結(jié)合以及采用合適的強酸、強氧化劑種類和用量以提高測定的準(zhǔn)確度，還有如何提高痕量重金屬在前處理中的提取率和準(zhǔn)確性亦是新的重點。

3.2 當(dāng)前，人類主要攝入重金屬的方式是食用了容易富集重金屬的水產(chǎn)品，因此建立起簡便、高效的檢測方法十分必要。目前在水產(chǎn)品中重金屬含量分析檢測的較成熟方法是電感耦合等離子體質(zhì)譜等單一儀器的檢測，但該類方法檢測成本高、受背景干擾大。液相色譜與原子熒光光譜聯(lián)用的方式具有分析成本低且靈敏度較高、操作方便等優(yōu)點，因此聯(lián)用技術(shù)將成為今后的發(fā)展方向，包括建立更適宜的前處理技術(shù)與檢測方法聯(lián)合使用、通過各檢測技術(shù)之間的聯(lián)用互補各自的不足以提高檢測的靈敏度及效率。另外，對水產(chǎn)品中重金屬含量的檢測方法加以完善并用統(tǒng)計學(xué)的方法對結(jié)果進行分析具有重要意義。