原子熒光光譜法在測定食品中有毒金屬元素的應用

黃種遷

（泉州市產品質量檢驗所，福建 泉州 362000）

伴隨著城市工業化的腳步，環境污染日益嚴重，食品安全成為時下一項重要的議題。有毒重金屬污染是食品污染的重要組成部分，其對人體會產生嚴重危害。原子熒光光譜法是從1964年開始發展起來的分析方法，被廣泛應用于食品中汞、砷、鉛、硒、銻、錫、鎘等微量重金屬的測定。本文主要介紹原子熒光光譜法的基本原理和分類標準，綜述了其在測定食品中多種微量有毒金屬元素的應用以及發展前景。

1 原子熒光光譜法的基本原理

原子熒光是氣態原子受到一定特征波長的光源照射后，原子中某些自由電子被激發躍遷到較高能級，而后又去激發躍遷到基態或較低能級，與此同時發射出特征性光譜 （與原激發波長相同或不同的輻射波長），稱之為原子熒光。在一定實驗條件下，熒光強度與被測物的濃度成正比。每種金屬元素都有其特定的原子熒光光譜，可對其進行定性分析；而根據熒光強度，可對其進行定量分析。

1.1 原子熒光光譜法分類

1.1.1 按蒸氣發生方式分 （1）原子蒸氣發生－原子熒光光譜法。原子蒸氣發生中最為典型的例子是利用冷原子吸收法測定汞的含量。其基本原理是在酸性介質中，試樣中的汞被硼氫化鉀或氯化亞錫還原成原子態的汞蒸氣。除此之外，人們還利用此方法測定其他微量重金屬元素，如鎘。（2）氫化物蒸氣發生－原子熒光光譜法。氫化物蒸氣發生的原理是在酸性條件下，硼氫化鉀或硼氫化鈉與酸作用生成大量的新生態氫，試樣中的被測離子與氫反應生成揮發性的氣態氫化物，由載氣 （氬氣）帶入原子化器中，在此揮發性氣態氫化物解離成原子態。（3）氯化物蒸氣發生－原子熒光光譜法。在加熱條件下，金屬離子與過量的鹽酸氣體反應生成揮發性的氣態金屬氯化物，氣態金屬氯化物在原子化器中被解離成原子態。

1.1.2 按前樣品處理方式分 （1）濕法消解－原子熒光光譜法。傳統的敞開式的濕法消解需過夜進行冷消化，耗時長，酸消耗量大，且消化時需要實驗人員在旁看守，處理時的酸霧危害實驗人員的健康，費時又費力；樣液易受污染和損失，且消化時要不停地添加消化試劑，使樣品和空白的本底不一致，降低了結果的可信度。（2）干法消解－原子熒光光譜法。干法消解需在較高的溫度下進行消化，且耗時長，消化條件控制不好易造成損失，但操作相對傳統的濕法消解簡單。（3）微波消解－原子熒光光譜法。微波消解技術是近年來廣泛用于樣品預處理的一門具有廣闊前景的技術。其樣品需在密閉的消化管中消化，無需預熱，微波能瞬間滲透至樣品的內部，具有操作簡單、試劑消耗少、花費時間短、樣品消解完全、待測元素損失少、環保等優點。

2 原子熒光光譜法在食品中重金屬檢驗的應用

2.1 汞

汞是人體非必需的有毒金屬元素，毒性大，且具有生物蓄積性。當人體內汞的濃度達到一定時，對人體會造成嚴重傷害，有致癌、致畸、致突變的作用。其毒性與存在的形態有關，有機汞的毒性顯著大于無機汞的毒性，其中甲基汞的毒性最強。甲基汞主要對神經組織，特別是發育中的腦組織有損害作用［1］。所以檢測和控制食品中汞的含量是非常必要的。

目前，國內外發展了多種檢測汞的方法，如原子吸收分光光度法、雙硫腙分光光度法、電感耦合等離子體原子發射光譜法、電化學極譜法和氫化物發生—原子熒光光譜法等。其中，電感耦合等離子體原子發射光譜法檢測樣品中汞的準確性好，靈敏度高，但是由于其設備較貴，成本高，限制了其廣泛應用；而原子熒光光譜法具有檢出限低，靈敏度高，價格低廉，操作簡便等優點，被廣泛應用于食品中汞的檢測。另外，食品衛生檢驗方法 （GB/T5009.17－2003）［2］中汞測定的第一法即為氫化物發生－原子熒光光譜法。陳少芳等［3］應用低溫消解－氫化物原子熒光法測定糧食中的汞含量，檢出限為0.046μg/L，具靈敏、安全、準確、消化完全等優點。高靜等［4］建立了一種簡便、快速、準確且靈敏度高的高壓消解－原子熒光光譜法來檢測食品中的汞，檢出限為 0.015μg/L，相關系數為0.9999，樣品的回收率為96.8%～103.2%。汪娌娜等［5］、朱永舜等［6］和勞寶法等［7］分別利用硝酸和過氧化氫消解樣品，建立了微波消解－氫化物發生－原子熒光光譜方法測定海產品中的汞，檢出限低，靈敏度高，效果好，此方法非常適用于對海產品中汞的檢出。Maria等［8］采用微波消解－冷原子熒光光譜法測定大米中的汞，檢出限為0.9ng/g，樣品回收率為 （95±4）%。

針對汞的形態分析常采用多種聯用技術，首先需借助一定的分離手段如氣相色譜 （GC）、液相色譜 （LC）、毛細管電泳 （CE）等分離不同形態的汞，再聯合原子熒光光譜法 （AFS）、原子吸收光譜法 （AAS）以及電感耦合等離子體質譜 （ICPMS）法等進行檢測。國外［9－11］有許多采用液相色譜聯合原子熒光光譜法測定食品中汞的形態的相關報道，國內毛紅等［12－13］建立了液相色譜－原子熒光法測定魚肉中甲基汞、乙基汞、無機汞的形態分析方法；趙凱等［14］通過簡化儀器裝置，改進前處理步驟，建立了可靠簡便的高效液相色譜－原子熒光法來測定海產品中甲基汞的含量。

2.2 砷

砷是對人體危害較為嚴重的重金屬，能對人體的多種器官產生毒害作用，砷中毒可引起黑腳病，甚至導致癌癥。其中毒機制主要表現為結合蛋白質的－SH，或替換酶活性中心的鋅或銅。在自然界中砷主要以無機砷和有機砷兩種形態存在，相比有機砷，無機砷的毒性更大，對人體危害更嚴重，目前許多國家都是以無機砷作為衛生標準指標。利用原子熒光法測定食品中無機砷應用廣泛，有文獻報道利用微波消解－原子熒光法測定各種食品中的砷含量，樣品經硝酸微波消解后，用原子熒光法測定食品中的砷［15－20］，利用液相色譜－原子熒光光譜聯用技術能測定食品中不同形態的砷含量［21－29］。有學者對原子熒光法進行了改進，獲得更為理想的效果。蔡文華［21］等改進樣品前處理方法，先用8 mol/L鹽酸浸泡，后用乙酸丁酯溶劑萃取，稀鹽酸反萃取來處理樣品，再結合HG－AFS測定食品中總無機砷含量，準確度高，精密度較好。施家威等［22］將前處理方法改進為用10%鹽酸、70℃水浴振動提取無機砷，后經離心消化，再使用氫化物－原子熒光法對無機砷進行測定。新方法操作更加方便、耗時短，而且穩定性和回收率都大為提高。殷翠［23］將測定無機砷的方法調整為利用超聲波前處理樣品4h、還原劑濃度調整為1.5%參與反應，使實驗操作更為簡便、結果更為可靠。

2.3 鉛

鉛是人體一種非必需的有毒金屬元素，同時是具有蓄積性的毒物，能夠毒害神經系統、消化系統和造血系統，主要通過與蛋白質上的巰基高度親和，使蛋白質變性，從而危害人體健康，所以檢測食品中的鉛含量非常重要。

目前測定食品中鉛的方法有很多種：火焰原子吸收光譜法、雙硫腙分光光度法、石墨爐原子吸收光譜法、單掃描極譜法、ICP法、氫化物發生原子熒光光譜法等。氫化物發生原子熒光光譜法是近年來發展起來的一項新技術，因其靈敏度高、干擾少、檢出限低、線性范圍寬、分析速度快等優點受到廣泛推廣。

韓英［30］利用微波消解－氫化物發生原子熒光光譜法檢測茶葉中鉛的含量，該法簡便、靈敏度高、危害小、檢出限低，儀器檢出限為0.29μg/L，方法檢出限為0.15μg/L，線性范圍為0～50 μg/L，相關系數大于0.999。吳平等［31］采用免消解的酸蛋白沉淀的前處理方法聯合原子熒光光譜法來測定牛奶中的鉛，極大地減少了前處理時間，操作簡便，同時優化了各種儀器條件，建立了一種快速、可靠、準確的測定牛奶中鉛的方法。彭俊等［32］對氫化物發生－原子熒光法進行改進，采用干法消解樣品，后以鐵氰化鉀為氧化劑，2%的鹽酸為載流，將鉛生成鉛的揮發性氫化物，利用原子熒光光譜法檢測，檢出限為0.094μg/L，改進方法檢測結果較好。殷忠等［33］對樣品的消化方法進行了改進，改進后對食品中鉛含量的分析結果更為準確可靠。陳少芳等［34］研究了氫化物原子熒光法和石墨爐原子吸收法在測定微量鉛的應用，其檢出限分別為01042μg/L和2152μg/L，回收率為9810%～10510%和9512%～10410%，相對標準偏差為3113%和1130%，氫化物原子熒光法在檢測鉛含量中是一種比較好的方法。

2.4 硒

硒是人體必需的微量元素，具有提高人體免疫力、防癌、抗氧化和延緩衰老等作用，但是攝取過量的硒會引起頭暈、頭痛、寒戰、高燒、腹瀉等硒中毒癥狀。

孫梅［35］研究利用超聲萃取－原子熒光光譜法測定大米中有機硒的含量，發現樣品加標回收率較高，測定精密度較好，此方法對于檢測大米有機硒含量切實可行。張坤等［36］建立了HG－AFS法檢測食品中硒元素，檢出限可達ppb級，準確度好，靈敏度高，線性范圍寬，毒性小，操作簡便，可廣泛應用于食品中硒的測定。屈蘭竺等［37］采用濕法消解對牛奶樣品進行預處理，再利用氫化物發生－原子熒光光度法檢測牛奶中的微量硒，加標回收率為96.5%～104%，檢測結果可靠靈敏。

牛曉梅［38］在L－半胱氨酸存在下，利用HGAFS法檢測食品中的硒含量，檢出限為0.051μg/L，回收率為93.0%～101.0%。L－半胱氨酸降低溶液的酸度，顯著抑制了金屬離子的干擾，優化了氫化物發生條件，適用于食品中硒的測定。Pilar等［39］采用液相色譜－氫化物原子熒光光譜法測定嬰幼兒奶粉中的不同硒元素形態，該法操作簡單、檢出限低、線性范圍寬、相關系數高以及加標回收率高，結果準確可靠。

2.5 銻

銻是一種具生物蓄積性的有害金屬元素，對人的眼、鼻、喉及皮膚會產生刺激，并且破壞心臟及肝臟的功能。研究發現許多采用PET材料制成的塑料瓶體均含有有毒重金屬銻。梁孟軍等［40］利用氫化物原子熒光法檢測百事可樂中的銻，該法檢出限低、線性范圍寬、靈敏度高，而且操作簡單，檢測速度快。賴紅娟等［41］研究比較原子熒光法和全譜直讀電感耦合等離子體發射光譜法檢測食品包裝材料中的微量銻，發現AFS法比ICP－OES法的檢出限低，靈敏度高、穩定性好、回收率高，是檢測有毒銻元素的理想方法。

2.6 錫

錫是人體的一種必需微量元素，但攝入過多會引起錫中毒。據報道，有機錫是目前已知的干擾內分泌系統的唯一一種金屬化合物，可能會造成人類生育方面的疾病，影響人體健康。目前檢測錫的方法主要有原子吸收光譜法、等離子發射光譜法、電化學法和氫化物原子熒光光譜法等。原子吸收光譜法和電化學法操作復雜，選擇性、靈敏度都較差；等離子發射光譜法雖然操作簡單，但因儀器較為昂貴，難以普及應用；氫化物原子熒光光譜法靈敏度高、選擇性強、操作簡單、而且儀器易普及，廣泛應用于重金屬的檢測。陳湘瑩等［42］利用微波消解/HG－AFS法測定海產品中的總錫含量，方法靈敏、準確，相關系數為0.9999，回收率為101%～112%。梁群珍等［43］在酸體系中對樣品進行微波消解，以硫脲—抗壞血酸為預還原劑，利用HGAFS法測定罐頭食品中的錫，最低檢出限0.067 mg/kg，相關系數為0.9998，加標回收率為99.7%～108.3%，該法靈敏度高、準確度好，且安全環保，適用于罐頭食品中錫的測定。

2.7 鎘

鎘是人體的一種非必需微量元素，毒性較大，會對呼吸道產生刺激，被人體吸收后，主要沉積于肝臟和腎臟產生危害。張麗云等［44］利用微波消解樣品，硼氫化鉀為還原劑，稀鹽酸為載流，另加入鈷離子，生成鎘的揮發性物質，再利用原子熒光光譜法測定食品中的微量鎘，檢出限為0.1ng/mL，回收率為96.9%～104.0%，此方法適用于微量鎘元素的檢測。

3 結語

綜上所述，原子熒光光譜法具有操作簡單、靈敏度高、檢出限低、線性范圍寬、分析速度快、干擾少、精確度高等優點。近年來，原子熒光光譜法不僅應用于檢測食品中的微量重金屬，還廣泛應用與衛生、醫學、化工、地質、農業、環境科學等各個領域。研究工作者現不斷地對傳統的原子熒光法進行改進，以期獲得針對不同金屬元素檢測的最優條件，同時聯合其他分離檢測技術，如液相色譜等，優化實驗條件，獲得更理想的實驗結果。今后，原子熒光光譜法將會發展更加成熟，也必將是檢驗技術中一種非常重要的方法。

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