原子吸收光譜法在食品重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用

李欣芝

（陜西科技大學(xué)，陜西西安 710016）

所有過(guò)量的重金屬元素都會(huì)對(duì)人體造成損害。土壤中重金屬含量的增加可導(dǎo)致農(nóng)作物中重金屬含量相應(yīng)增加，如谷物、蔬菜等，并通過(guò)食物鏈進(jìn)一步傳導(dǎo)到畜牧產(chǎn)品、漁業(yè)產(chǎn)品中，且在這一過(guò)程中不斷富集[1]。在食品的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)食品的原材料、半成品、成品需要合理地開(kāi)展重金屬檢測(cè)，控制產(chǎn)品的質(zhì)量。此外，在食品市場(chǎng)監(jiān)管方面也需要經(jīng)常進(jìn)行食品中重金屬含量的檢測(cè)。這要求食品中重金屬含量的檢測(cè)要精準(zhǔn)、便捷、低成本。其中原子吸收光譜法是最重要的一種重金屬檢測(cè)方法。

1 原子吸收光譜法的相關(guān)理論

目前檢測(cè)重金屬含量主要采用儀器分析的方法，主要有原子吸收光譜法、高效液相色譜法、原子熒光法等。其中原子吸收光譜法有檢出限低、適用范圍廣、選擇性好、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的一種重金屬檢測(cè)方法。

原子吸收光譜法的基本原理是氣態(tài)的原子可以對(duì)光輻射進(jìn)行選擇性的吸收。當(dāng)入射輻射的能量等于原子外層電子躍遷的能量時(shí)，氣態(tài)的原子可實(shí)現(xiàn)最大的吸收。不同金屬原子的外層電子躍遷所需要的能量是不一樣的，依據(jù)原子的最大吸收能量可區(qū)分原子的類別。入射特征譜線因吸收而減弱的程度稱為吸光度，吸光度與金屬原子的濃度成正比。依據(jù)吸光度可計(jì)算金屬原子的濃度。

1.1 原子吸收光譜法的分類

依據(jù)原子吸收光譜法中試樣原子化的方法，可以將其分為火焰原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法、氫化物原子吸收光譜法和冷原子吸收光譜法。

1.1.1 火焰原子吸收光譜法

火焰原子吸收光譜法是目前應(yīng)用最早的一種食品重金屬檢測(cè)方法。在原子吸收光譜中，被霧化后的試樣被噴入火焰進(jìn)行原子化。常用的火焰是空氣-乙炔火焰，它能檢測(cè)出30種以上的金屬元素?；鹧嬖游展庾V法的特點(diǎn)是測(cè)試時(shí)間短、成本低、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單以及測(cè)試的結(jié)果是ppm級(jí)別。火焰原子吸收光譜法的原子化效率一般低于20%，試樣的原子化需持續(xù)進(jìn)行，因此需要相對(duì)較多的試樣。

1.1.2 石墨爐原子吸收光譜法

石墨爐原子吸收光譜法是利用電流加熱石墨容器中的試樣使其原子化后進(jìn)行分析的方法。加入的試樣全部得到原子化，原子化的效率可達(dá)到100%。相對(duì)于火焰原子吸收法，該方法能避免待測(cè)元素在火焰中的稀釋，測(cè)試的靈敏度相對(duì)較高，可達(dá)到ppb級(jí)。同時(shí)這一測(cè)試方法需要的試樣數(shù)量更少，固體樣品能直接用于測(cè)試，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。該方法的缺點(diǎn)是待測(cè)金屬元素的范圍有限，測(cè)試的時(shí)間較長(zhǎng)。石墨爐原子吸收光譜法與火焰原子吸收光譜法經(jīng)?；パa(bǔ)應(yīng)用。

1.1.3 氫化物原子吸收光譜法

氫化物原子吸收光譜法利用氫化物發(fā)生裝置進(jìn)行試樣的原子化。通常用于砷、鉛、硒的檢測(cè)。該檢測(cè)方法將金屬氫化物反應(yīng)與原子吸收光譜結(jié)合，利用硼氫化鉀等氫化物將待測(cè)重金屬轉(zhuǎn)化為金屬的氫化物。金屬氫化物為具有共價(jià)性質(zhì)的易揮發(fā)物質(zhì)。利用載氣將氫化物導(dǎo)入原子化反應(yīng)器，分解為原子化的金屬。再測(cè)試其特征吸收波長(zhǎng)及吸收強(qiáng)度，由此分析重金屬的類別，計(jì)算重金屬的濃度。這種方法需要對(duì)試樣進(jìn)行分離和富集，操作較煩瑣，但能降低外部干擾，提高檢測(cè)的精確度。

1.1.4 冷原子吸收光譜法

汞在常溫下即是液體，原子態(tài)汞易揮發(fā)，將原子態(tài)汞通過(guò)載氣導(dǎo)入原子吸收光譜儀的分析單元，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬汞的定性、定量分析。在試樣中，金屬汞通常以化合物的形式存在，需要用還原劑將汞的化合物還原為金屬汞。常用的還原劑為SnCl2或鹽酸烴胺。冷原子吸收光譜法的靈敏度和測(cè)試精度均較高，是測(cè)試試樣中汞含量的優(yōu)選方法。

1.2 原子吸收光譜法的預(yù)處理方法

在食品行業(yè)，待測(cè)試樣品的種類千差萬(wàn)別，在利用原子吸收光譜對(duì)重金屬進(jìn)行檢測(cè)前，需對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理是可消除試樣中的干擾物質(zhì)，是提高檢測(cè)精度的關(guān)鍵步驟。依據(jù)食品的類型，預(yù)處理方式主要有以下4種形式。

1.2.1 酸消解法

酸消解法是利用硝酸、鹽酸、高氯酸等強(qiáng)酸性物質(zhì)處理試樣，制成試樣的溶液的方法。酸消解法簡(jiǎn)單易行、制備成本低、操作便捷。

在固定陽(yáng)離子試劑與ESESO的物質(zhì)的量比為 1.2∶1，反應(yīng)溫度為85 ℃，溶劑用量為40%時(shí)，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響(見(jiàn)表3)。

1.2.2 微波消解法

微波消解法是在酸消解法的基礎(chǔ)上，利用微波產(chǎn)生熱對(duì)流，使溶液中的極性分子重新排列，加速試樣和強(qiáng)酸的反應(yīng)。相對(duì)于傳統(tǒng)的酸消解法，微波消解具有制備效率高、操作環(huán)境友好、試樣用量少等優(yōu)點(diǎn)。

1.2.3 干灰化法

干灰化法是最常用的一種試樣預(yù)處理方法。將一定量的試樣至于坩堝中加熱炭化，待無(wú)煙后轉(zhuǎn)移至馬弗爐中，500 ℃處理8～10 h，直至樣品呈灰白色。停止加熱，將全部灰化后的物質(zhì)用酸溶解定容，此溶液可用于原子吸收光譜的檢測(cè)。

1.2.4 分離富集法

當(dāng)試樣中的待測(cè)重金屬含量較少或干擾因素過(guò)多，檢測(cè)設(shè)備難于精確檢測(cè)時(shí)，可將試樣分離富集。常用的分離富集方法有共沉淀、色譜分離、萃取分離等。

2 原子吸收光譜法在食品重金屬元素測(cè)定中的運(yùn)用

常見(jiàn)的食品可分為糧食、水果蔬菜、肉類和酒水飲料等幾個(gè)類別。本文分別介紹原子吸收光譜法在上述幾個(gè)類別中的應(yīng)用。

2.1 糧食中的重金屬元素檢測(cè)

在石墨爐原子吸收光譜法的基礎(chǔ)上，朱慶麒等[4]開(kāi)發(fā)了一種快速檢測(cè)大米、小麥、玉米中重金屬鎘的方法，稱為快速酸?提法。酸?提法具有操作便捷、成本低、無(wú)需消解等優(yōu)點(diǎn)。唐英[5]利用石墨爐原子吸收光譜法對(duì)稻谷粉、玉米粉和小麥粉中的重金屬鉛進(jìn)行了檢測(cè)，得到石墨爐原子吸收光譜法對(duì)鉛的檢出限為0.003 ng/mL，精密度為0.1%。對(duì)玉米、豌豆和蠶豆中的重金屬鎘進(jìn)行了檢測(cè)，石墨爐原子吸收光譜法對(duì)鎘的檢出限為0.147 ng/mL。

2.2 蔬菜中重金屬元素的測(cè)定

蔬菜是大眾飲食的重要組成部分。對(duì)蔬菜中的重金屬檢測(cè)可以采用微波消解或干灰化法進(jìn)行前處理，采用石墨爐原子吸收光譜法對(duì)試樣進(jìn)行檢測(cè)。在試樣的制備過(guò)程中可依據(jù)待測(cè)樣品的種類添加基體改進(jìn)劑來(lái)得到良好的測(cè)試效果[6]。

陳少濱等[7]利用硝酸-高氯酸-硫酸消解法處理西蘭花與蒜薹樣品，利用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定其中的鉛與鎘的含量。結(jié)果顯示該方法具有測(cè)試便捷、結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn)，能滿足分析要求。許四五等[8]利用PinAAcle 900T原子吸收光譜儀，采用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定蔬菜中的金屬鉛。鉛標(biāo)準(zhǔn)曲線在0～50 μg/L的線性范圍內(nèi)有較好的線性關(guān)系，R2＞0.999 8，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在3%～10%，可為蔬菜中重金屬鉛含量的檢測(cè)提供可行性方法。

2.3 肉類及其制品中重金屬元素的測(cè)定

養(yǎng)殖業(yè)中的部分飼料添加了重金屬添加劑，其中的重金屬可在生物體內(nèi)富集而導(dǎo)致重金屬超標(biāo)[9]。國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量 無(wú)公害畜禽肉安全要求》（GB 18406.3—2001）對(duì)禽肉產(chǎn)品中的砷、汞、鉛、銅和鎘等重金屬的含量有嚴(yán)格的要求。常用的測(cè)定肉類產(chǎn)品中金屬汞的方法有冷原子吸收光譜法和雙硫腙分光光度法。

魏永義等[10]利用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定肉類罐頭中的重金屬鎘含量。實(shí)驗(yàn)得出該方法具有靈敏度高、選擇性好、檢測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)。曹麗玲等[11]采用酸消解法和微波消解法預(yù)處理雞肉樣品，利用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定雞肉樣品中的金屬鉻含量，檢出限較低，為0.053 mg/kg，且該方法操作便捷，具有良好的靈敏度和精確度。

2.4 飲品中的重金屬元素檢測(cè)

飲品包括飲用水、飲料、酒等。飲品是日常生活中每天必需的食品，與人們的健康關(guān)系最為密切。目前主要采用火焰原子吸收光譜法來(lái)檢測(cè)飲品中的重金屬含量，這一方法最為快速、便捷。如果待測(cè)樣中的重金屬含量較少，需對(duì)試樣進(jìn)行富集。唐祝興等[12]利用非離子表面活性劑TritonX-114為萃取劑，分離富集萃取飲料中的鉛，并利用火焰原子吸收光譜法進(jìn)行測(cè)量，這一方法稱為濁點(diǎn)萃取預(yù)富集-火焰原子吸收光譜法。陳學(xué)澤等[13]利用吡咯烷二硫代氨基甲酸銨（APDC）作配位劑，使其與鉛離子結(jié)合，然后用氧化鋁對(duì)Pd-APDC進(jìn)行捕集，用濾紙將配合物過(guò)濾后溶于鹽酸溶液中，得到的溶液可用氫化物發(fā)生原子吸收光譜法測(cè)定其中的鉛含量，這一方法的特征質(zhì)量為0.04 ng/1%。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了原子吸收光譜法的基本原理，依據(jù)試樣的原子化方法對(duì)其進(jìn)行了分類和詳細(xì)介紹，并重點(diǎn)介紹了原子吸收光譜法在食品重金屬元素測(cè)定中的運(yùn)用。原子吸收光譜法在食品的重金屬檢測(cè)領(lǐng)域是一種快速便捷、檢測(cè)精準(zhǔn)的測(cè)試方法。在檢測(cè)過(guò)程中需要依據(jù)試樣的種類、檢測(cè)目標(biāo)、目標(biāo)的大致含量選擇合適的檢測(cè)流程及方法。