原子吸收技術(shù)檢測食品中金屬元素含量的應(yīng)用進(jìn)展

劉 容，晏小燕，羅笑娟

（西藏自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，西藏拉薩 850000）

諸多食品中含有鈣、鈉、鉀等金屬元素，其均屬于人體必需的營養(yǎng)元素，但含量過高，則不利于人體健康。當(dāng)前食品安全相關(guān)問題已經(jīng)受到了重視，重金屬問題作為重要組成部分，相關(guān)檢測技術(shù)應(yīng)該得到持續(xù)發(fā)展。因為重金屬元素不能被生物體消化，且在食物鏈中的占比逐漸增加，進(jìn)入人體之后，還易引起較大危害，所以針對食品中的金屬元素含量進(jìn)行合理檢測，能夠為食品安全提供保障?？梢姡槍υ游占夹g(shù)檢測食品中金屬元素含量的應(yīng)用措施進(jìn)行分析具有重要意義。

1 樣品消解

針對樣品進(jìn)行消解處理的主要目的，在于將溶解物顆?；蚴怯袡C(jī)物顆粒破壞，并針對價態(tài)不同的待測元素進(jìn)行氧化處理，使其成為易分解的或單一高價態(tài)的無機(jī)化合物。從整體上來看，在開展金屬元素含量檢測工作之前，針對樣品實施前處理工作，應(yīng)該首先將待測樣品中包含的金屬元素完全轉(zhuǎn)移至待測液內(nèi)，再借助原子吸收光譜液進(jìn)行金屬元素含量測量工作。當(dāng)前應(yīng)用頻率較高的樣品消解措施包括濕法消解、干法消解、高壓密閉罐消解及微波消解等。

1.1 濕法消解

濕法消解的過程中，對于溫度提出了一定的要求，且如果樣品中存在非氧化性酸或是氧化性酸，則需要適量加入催化劑或是氧化劑，通過化學(xué)反應(yīng)提高樣品的分解效果，以促使待測金屬樣品能夠以離子的模式轉(zhuǎn)移至消解溶液內(nèi)。通常情況下，應(yīng)用濕法消解時，需要使用的試劑包括高氯酸、硝酸、硫酸和過氧化氫等。濕法消解的過程具有易實現(xiàn)自動化、整體設(shè)備簡潔、效率高且操作便捷等優(yōu)勢，但是需要應(yīng)用的試劑數(shù)量較多，同時儀器必須為玻璃材質(zhì)，而玻璃可在一定程度上吸附金屬元素，易引起空白值過高的現(xiàn)象。為了盡量降低試劑消耗量，并控制部分元素的氣化損失，應(yīng)借助玻璃漏斗提升酸霧冷凝以及回流的效率。在濕法消解措施操作過程中，如果需要使用純度較高的酸，應(yīng)盡量避免應(yīng)用其他試劑，方可提升樣品消解效率，并有效控制空白值。需要注意的是，必須落實“趕酸”操作，有效降低待測液中出現(xiàn)高氯酸濃度偏高或硝酸濃度偏高導(dǎo)致石墨管被損壞的概率[1]。

1.2 干法消解

采用高溫進(jìn)行樣品消解處理工作，這一過程即為干法消解。一般可以選擇使用電爐絲針對樣品實施低溫碳化處理，進(jìn)入到無煙狀態(tài)以后，再使用馬弗爐高溫灰化處理樣品，使樣品呈現(xiàn)出固態(tài)殘存的效果，之后通過稀酸溶液對殘留礦物質(zhì)灰分進(jìn)行溶解，并制作成為待測液。干法消解措施具有步驟簡潔、用酸量少、操作便捷及可同時處理較多樣品的優(yōu)勢，能夠?qū)⒂袡C(jī)物徹底破壞，但是灰化過程溫度過高，若需要針對易揮發(fā)元素含量進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性將受到影響。如果樣品中的磷酸根及氯離子含量達(dá)到一定程度，在干法消解的過程中，鎘、鉛等元素可能生成磷酸鹽或氯化物，此類金屬元素具有易揮發(fā)的特點，最終檢測結(jié)果可能偏低。另外，干法消解措施不適合在易揮發(fā)或易產(chǎn)生無機(jī)物反應(yīng)的元素中進(jìn)行應(yīng)用，且如果樣品存在灰化不完全的情況，還需再次進(jìn)行灰化和碳化處理。

1.3 高壓密封罐消解

應(yīng)用高壓消解措施，需要以常壓狀態(tài)下的濕法消解措施為基礎(chǔ)，針對樣品進(jìn)行密封加壓，采用外部加熱的方式，促使密封消解罐內(nèi)的溫度及壓力不斷升高，以將難溶物質(zhì)快速消解。高壓消解罐的內(nèi)杯，其生產(chǎn)原材料以聚四氟乙烯為主，所以其整體上具有抗堿和耐酸的特點，需要針對硝酸消解試劑體系適量加入氫氟酸，將硅酸鹽分解成為SiF4，從而起到除硅作用。由此可見，針對硅含量較大的樣品，應(yīng)使用硝酸-氫氟酸體系進(jìn)行消解處理，以強(qiáng)化難溶元素的消解效果。因為高壓消解罐自身密閉性良好，材料具有較強(qiáng)的惰性，所以相應(yīng)的空白值較低，可針對多數(shù)金屬元素進(jìn)行消解處理，特別是可以有效處理汞污染。應(yīng)用高壓消解措施可以對元素的揮發(fā)進(jìn)行有效控制，也可避免試劑的浪費(fèi)，還能提高樣品分解能力。由此，用酸量降低、消解污染情況得到改善，而在此過程中，所需的設(shè)備僅為高壓消解罐以及普通干燥箱，所以整體操作成本較低。但針對部分樣品應(yīng)用高壓消解措施處理時，存在消解不完全、卸載消解罐蓋難度大以及取樣量過少等不足之處，且過程中存在安全隱患[2]。

1.4 微波消解

微波即為波長在1 mm ～1 m 或頻率為300 MHz ～300 GHz 的電磁波。應(yīng)用微波消解技術(shù)的過程中，其能夠體現(xiàn)出較高的自動化水平，將該方法應(yīng)用于樣品前處理工作中，應(yīng)用效果良好。采用微波加熱時，可以實現(xiàn)內(nèi)部加熱，也就是直接針對樣品的內(nèi)部進(jìn)行加熱，可以提升加熱的速度和均勻性。在微波消解措施中，主要應(yīng)用的試劑包括過氧化氫、氫氟酸、硫酸和硝酸等，而高氯酸發(fā)生爆炸的可能性較大，不適合應(yīng)用于其中。微波消解設(shè)備可分為“敞口型”和“密閉型”兩個類型，其中密閉型應(yīng)用頻率更高，且因為微波消解效率較高，所以不僅幾乎不需應(yīng)用試劑，還可降低樣品的污染程度以及揮發(fā)損失，但是相應(yīng)的消解罐容積過小，導(dǎo)致取樣量過少，同時整體上所需的成本偏高。

2 應(yīng)用原子吸收光譜儀

應(yīng)用原子吸收光譜儀針對食品金屬元素含量進(jìn)行檢測，其中涉及到的原理為金屬元素實現(xiàn)原子化以后，可以吸收波長特定的光，同時空心陰極燈發(fā)出的光波長一定，所以可以根據(jù)空心陰極燈光被吸收的情況及燈光波長的減弱程度，判斷被測金屬元素在食物中的含量。當(dāng)前原子吸收光譜儀相關(guān)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，且根據(jù)其中的原子化形式的差異，可以將其劃分成為火焰原子吸收光譜儀、石墨爐原子吸收光譜儀、氫化物原子吸收光譜儀及冷原子吸收光譜儀4 個類型，其中前兩個應(yīng)用頻率較高。

2.1 火焰原子吸收光譜儀

火焰原子吸收光譜儀在整體上能夠體現(xiàn)出操作迅速、簡潔的優(yōu)勢，同時應(yīng)用范圍較大、分析條件穩(wěn)定性良好、重現(xiàn)性較強(qiáng)，可以針對較低含量的金屬元素含量進(jìn)行檢測，所以通常在食品銅、鎂、鈉及鉀的檢測工作中進(jìn)行應(yīng)用。而在鉻、汞、鎘和鉛一類金屬元素的檢測工作中應(yīng)用較少。并且，應(yīng)用次靈敏線火焰原子吸收法，針對食品中的鎂、鉀、鈉等金屬元素的含量進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果可以了解到，該檢測方法的線性范圍較大，準(zhǔn)確度較高，精密度良好，完全符合食品金屬元素檢測工作的要求[3]。

2.2 石墨爐原子吸收光譜儀

石墨爐原子吸收光譜儀具有操作簡潔、進(jìn)樣量小以及靈敏度較高等多方面優(yōu)勢，當(dāng)前已經(jīng)在食品金屬元素含量檢測工作中得到廣泛應(yīng)用。在針對樣品進(jìn)行灰化以及原子化處理的過程中，灰化措施可以有效去除樣品中的有機(jī)質(zhì)組分，僅為樣品保留各項待測金屬元素，有利于原子化處理效果得到提升。溫度控制操作在灰化以及原子化處理過程中占據(jù)重要地位，進(jìn)行灰化處理的過程中，如果溫度過低，易導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)殘留溫度過高；如果溫度過高，待測金屬元素極易出現(xiàn)揮發(fā)情況，甚至有可能使待測金屬元素完全消失。如果待檢測樣品中含有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性不足、易激發(fā)且低熔點的金屬元素，則需適量應(yīng)用基體改進(jìn)劑，以提升其中的灰化溫度，同時也可針對待檢測金屬元素起到保護(hù)作用。一般需要將硝酸鈀、磷酸二氫銨作為基體改進(jìn)劑[4]。

2.3 氫化物原子吸收光譜儀

應(yīng)用氫化物原子吸收光譜儀針對食品中的金屬元素含量進(jìn)行檢測，可以根據(jù)檢測結(jié)果繪制相應(yīng)的圖像，使各金屬元素含量的占比得到更加清晰的呈現(xiàn)。在應(yīng)用該方法時，需要首先構(gòu)建起較好的反應(yīng)環(huán)境，保障還原劑的適量應(yīng)用，為化學(xué)反應(yīng)的順利發(fā)展奠定基礎(chǔ)，從而可以有效實現(xiàn)基體中金屬元素的分離，同時還可避免出現(xiàn)多種元素相互干擾的情況，也就可以進(jìn)一步提升檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.4 冷原子吸收光譜儀

在食品金屬元素含量檢測過程中，冷原子吸收光譜儀的應(yīng)用占據(jù)重要地位，但是因為其中具有局限性較大的特點，所以當(dāng)前僅可在金屬汞檢測工作中進(jìn)行應(yīng)用。檢測過程中，將氯化亞錫加入到待解樣品溶液中，使反應(yīng)試劑的還原性得到充分發(fā)揮，合理處理汞離子。還原液中的化合物態(tài)汞能夠被轉(zhuǎn)化成為原子態(tài)汞，之后將空氣流導(dǎo)入到設(shè)備中，即能夠使用253.7 nm的波長針對汞元素含量進(jìn)行檢測。檢測工作中必須注意到，如果檢測環(huán)境中存在大量影響因素，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性將難以得到保障，所以必須以實際情況為基礎(chǔ)，將原子吸收光譜檢測方法作為重要參考，同時合理應(yīng)用流動注射技術(shù)或氣相色譜法等措施，以提升檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性[5]。

2.5 其他方法

除以上常用方法之外，其他多項原子化方法也可在適宜的情況下應(yīng)用于食品金屬元素的檢測工作中。例如，金屬器皿原子法主要針對揮發(fā)元素進(jìn)行檢測，其具有操作簡潔、易于掌握的優(yōu)勢，但是同時測定誤差較大、抗干擾能力不強(qiáng)，耗氣量也相對較大；粉末燃燒法的靈敏度相對于常規(guī)的火焰法來說，能夠體現(xiàn)出更高的靈敏性；濺射原子化法適合在難溶化合物生成量較大的元素以及放射性元素的檢測之中進(jìn)行應(yīng)用；電極原子化法適合在難溶氧化物的檢測中應(yīng)用。

3 結(jié)語

在針對食品金屬元素含量進(jìn)行檢測的過程中，可以應(yīng)用的消解方法主要包括濕法消解、干法消解、高壓消解以及微波消解，其各具優(yōu)缺點，應(yīng)根據(jù)實際情況選擇不同的消解方法。檢測過程中，主要應(yīng)用原子吸收光譜儀，其優(yōu)勢主要在于精密度和靈敏度較高，同時選擇性良好，抗干擾能力較強(qiáng)，并且具有操作便捷的特點，但是仍存在需要進(jìn)一步完善的部分。例如，一次進(jìn)樣僅可檢測一類元素、檢測多類元素時需要更換燈源等，以上各項情況均易導(dǎo)致操作的效率及便捷性受到影響，同時檢測成本不易得到有效控制，所以需進(jìn)一步優(yōu)化原子吸收技術(shù)的應(yīng)用，以提升食品金屬元素檢測的效果。