食品中不同前處理方法檢測重金屬含量的分析

■文/孫曉仲

食品中不同前處理方法檢測重金屬含量的分析

■文/孫曉仲

摘要隨著我國人民生活水平的逐漸提高，人們對于食品的安全問題關注逐漸增加。然而隨著工農業的逐漸發展，食品的污染問題逐漸成為了危害人類健康的主要原因之一，其中最主要的污染物則是重金屬。由于在農作物種植期間各種農藥的噴施，導致作物本體內含有大量的重金屬，并在作物體內不斷積累，然后通過食物鏈進入人體，嚴重危害人們的生命健康。本文作者通過自身的工作經驗，總結了當前比較常見的幾種檢測事物中重金屬含量的方法，并對幾種方法的優缺點進行了簡單的分析。

關鍵詞重金屬檢測食品污染儀器

前處理指的是將待測的樣品中的金屬離子形成可溶性鹽轉入溶液中，也叫做分析樣品制備。這一步驟在元素分析中是必不可少的，同時也是整個檢測過程中最為繁瑣的步驟，該步驟處理好壞對于檢測結果具有直接影響。我國的元素分析方法不斷進行改進，并對樣品的制備提出了和以前完全不同的要求。目前比較常見的食品樣品前處理分析方法有以下幾種：微波消解、濕法消解和干法消解。

一、重金屬污染的現狀和危害

（一）食品中重金屬污染現狀

重金屬指的是其密度大于或者等于5g/m3的金屬元素，而其中有些重金屬元素能夠通過食物進入到人體，并對人體造成巨大的危害。目前，我國的重金屬污染土地已經達到了我國總耕地面積的20%左右，并因污染而造成的糧食減產則有1000萬噸左右。此外，在加上受到污染的糧食，我國每年的糧食生產，因重金屬污染而造成的損失達到了200多億。

（二）有毒重金屬對人類的危害

重金屬對人類的危害可以通過兩種方式實現：首先，重金屬離子能夠和人體內的蛋白質分子中的疏基和氨基等具有較高酶活性的集團進行結合，從而使這些活性集團失去其生理特性，造成人體內酶的結構發生畸形變化，失去其應有的活性和作用。然后，另一種危害則是一些重金屬離子能夠同酶集團中的一些金屬離子發生置換作用，使這些酶集團失去了其本來應有的生理活性，造成對人體的危害，影響人類身體中酶的正常運行。在這些重金屬中，以鉛、鉻和砷等的毒性作用最大，這些重金屬是危害人類身體健康的主要重金屬污染源。這些具有高毒性的重金屬在人體內會長期進行積累，且潛伏期較長，導致其被攝入后，對人體的危害具有長期性，且危害較大。由于重金屬元素對人類的生命健康具有巨大的危害，且能夠在人體內進行長期的累積，導致其危害時間較長，難以去除，在我國的食品安全監督中，對重金屬的檢測力度不斷加大。

二、幾種不同前處理方法

首先是微波消解方法，這種方法需要先將待測定的樣品進行粉碎，然后從中稱取0.30g的樣品放入到消解內罐，再向消解內罐內加入一定數量的硝酸和過氧化氫組成的混合酸，然后將消解內罐置于微波消解系統內，并將程序設定為微波消解，該消解系統就會對樣品進行消解操作。在消解工作完成后，將消解后的內罐放置在電熱板上進行加熱，使消解完成的樣品內含有的氮氧化物清除出樣品，然后將其進行冷去處理。在冷卻完成后，向樣品溶液內加入超純水，使其容量達到25mL，最后放置在測定機上進行樣品測定工作。

第二種是干法消解，所謂的干法消解和微波消解具有一定的相似性，首先也需要對樣品進行粉碎操作，再從中稱取3.00到5.00g的樣品，將其放置在干燥、清潔的瓷坩堝內，然后將瓷坩堝防止在電熱板上或者電爐上，并對其進行小火加熱工作，一直到樣品炭化，則停止加熱，并將樣品移到馬沸爐內，進行500到550度的高溫灰化操作，持續時間大約為6h，灰化完成后，將樣品進行放置冷卻。在灰化操作完成后，若樣品中存在灰化不完全的樣品，可以在樣品內加入一定數量的硝酸，然后將其放置在可調溫度的電熱板上，對其進行小火加熱操作，經過多次重復上述操作，直到樣品溶液內沒有其他物質，完全變為澄清狀態時，向樣品溶液內加入超純水，使樣品溶液達到25mL，然后將其放置在測定機上進行測定工作。

最后是濕法消解。濕法消解較為簡單，先將樣品進行粉碎，再從中稱取1.00到2.00g的樣品放置于50mL的三角錐形瓶中，然后將10mL的硝酸溶液加入到樣品中，等其反應反應結束后，向其內加入1mL的過氧化氫，然后將三角錐形瓶放置在電加熱板上，等到其消化至溶液變為澄清、無色或者微有黃色時，停止對其加熱，將其進行冷卻處理。將冷卻后的樣品溶液用水定容至25mL，而后將樣品溶液放置在測定機上進行測定。

三、測試方法

由于重金屬元素對環境和人體具有較大的危害，我國對于重金屬的測定一直不斷加強研究，目前，比較常見的測定方法有以下兩種：光譜法和電化學法。

（一）光譜法應用于重金屬檢測的研究

首先是原子吸收光譜法。這種方法的測定原理是基于蒸汽相中被測元素的基態原子對其他的原子共振輻射的吸收強度來對被測定的元素含量進行測定的方法。這種方法的測定具有較高的靈敏度，能夠很好的對所測定元素進行選擇。同時，測定的數據較為準確，能夠適用于大多數的重金屬檢測工作，且沒有太多的干擾因素。但是，在進行測定時，不能對非金屬進行測量，且每次只能測定樣品中的一種重金屬含量，測定完成后需要更換一支元素燈，測試其他元素含量。在進行多種元素的同時測定時，這種方法不適合使用，較為繁瑣，影響測定的準確性。另外，其測定的工作曲線線性范圍較窄，對于樣品較為復雜的情況，操作繁瑣且數據準確度不高。

另一種是原子發射光譜法。這種測試方法是根據試樣中不同原子或者離子在熱激發或者電激發的狀態下的電磁輻射對需要測定的元素進行定性和定量分析的方法。對于元素原子來說，其由于自身結構的不同，導致其在光源的激發下，出現不同的特征光譜，這就是測定的基礎。然后，根據不同元素的特征譜線，能夠對樣品中的不同元素含量進行定量的分析。該測試方法的優點是具有較快的分析速度，且能夠很好的選擇需要測定的元素，在進行分析時靈敏度較高。另外，隨著樣品中待測元素含量的增多，其測定的數據準確度越高。然而其缺點也非常明顯：該方法需要的測定儀器較為昂貴，且對于非金屬元素無法進行測量。

（二）電化學分析法應用于檢測重金屬的研究

所謂的電化學分析方法是基于物質在溶液中的電化學反映而建立的一種測定方法。在電化學分析中，一般需要電導和電位等電信號，而不需要特定的信號轉換裝置就能直接對元素的含量進行定量的測量。因此，電化學分析儀器在進行重金屬測量時結構較為簡單，且操作較為便捷，能夠自動進行測量工作。電化學包含多種測量方法，像伏安法和極譜法以及電位分析法等。下面對其中應用較多的幾種進行簡單的介紹：

伏安法和極譜法。這兩種測量方法都是通過對樣品的電解得到電流-電位的時間曲線，然后根據得到的曲線對溶液中的離子進行定性的分析，其所得到的極化曲線就叫做極譜。而伏安法則是從極譜法中分離出去的一種測定方法，這兩種測定方法的不同在于其極化電極一種是固體，另一種則是液體。近些年以來，隨著脈沖極譜法等的興起，特別是極譜催化波等的成功應用，導致極譜法和伏安法在重金屬檢測中的應用越來越重要。伏安法在重金屬檢測中的優點是其能夠測量含量極低的重金屬含量，且能夠對多種元素進行識別。通過激勵電壓對響應電流進行測量，然后將電流和電壓進行記錄并繪制成曲線，從而分析其重金屬含量。

四、測定結果和分析

（一）不同前處理方法測定標準物質的結果比較

待測樣品分別為黃魚和豬肉，通過濕法和干法以及微波消解法進行測定，能夠對樣品中的重金屬含量進行平均，然后將平均值進行對比。通過對比數據我們可以發現，在濕法和干法以及微波測定中，其前處理都會存在一定的消解損失，從而影響測定數據的準確性。但是，相對來說，濕法和干法測量的損失是高于微波法的，因此，在進行測定時，選擇微波消解能夠減少樣品的損失。但是對于不同元素的測定，各種測量方法的變異系數不同。像在對鉛進行測定時，三種消解方法的結果基本相同，也就是說對于這三種方法來說，在進行鉛含量測定時，其處理效果基本一樣，回收率基本都達到了80%左右。而對于砷和汞來說，微波消解的效果明顯好于其他兩種消解方法，因此，在對樣品中的砷和汞進行測定時，最好選用微波消解方法，其回收率能夠達到70%到85%，而另外兩種消解方法的回收率僅僅才50%。

通過對上述三種消解方法的原理進行分析可以發現，在進行樣品的消解時，微波消解需要在密閉的容器中進行，且其消解過程中需要高溫和高壓以及強酸條件，這些原因導致其在消解過程中基本不會受到外部污染，因此能夠大大提高消解的完全性和可靠性。而對于濕法和干法來說，其消解是在外部進行的，且消解時間較長，對于溫度等的控制較為困難，導致消解過程中不可避免出現一些元素的損失，造成回收率的降低。此外，對于各種元素來說，其沸點存在著較大的差別，在進行濕法或者干法消解時，隨著溫度的升高，其內的一些元素會發生蒸發現象。另外，樣品中的砷和汞等的含量本來就很低，在進行測定的過程中對儀器的要求較高，導致其測量結果嚴重和實際不符。

（二）不同前處理方法回收率對比

通過對樣品進行回收，測定其內含有的重金屬元素含量。根據相關數據顯示，對于不同的前處理方法，其回收率之間存在著較大的差別，其中的干法消解回收率是較低的，大概范圍在55到75%之間，而且結果的分散性較大。而濕法消解是回收率最低的，且結果的精確度不高。

對于消解過程來說，汞的蒸汽壓較低，導致其在消解過程中容易揮發，因此，在高溫的干法消解過程中具有較大的損失，回收率大大降低，嚴重影響測定結果。對于汞的測定，最好的方法是微波消解法，這種方法的回收率能夠達到73.5%，另外，對于食品來說，其汞的含量一般較低，因此，在測定時最好選用微波消解法，能夠避免造成較大的誤差。

（三）不同預處理方法優缺點對比

取相同的樣品采用三種消解方法進行處理，然后對其試劑和時間的消耗等進行測定。通過對比可以發現：微波消解是一種高效節能的樣品溶解技術，且其消耗的時間較短，空白值低，是當前最好的消解方法之一。然而由于該種消解方法在進行操作時的消解罐個數是一定的，每次只能消解固定數量的樣品，不利于大批量的樣品處理。同時，該消解方法的儀器價格較高，消耗的配件也比較昂貴，導致一般的實驗室很難承受。另外，該消解過程還存在著一定的危險，對儀器會有較大的損害，因此，對于一些特殊的樣品不能采用該方法進行消解處理。

干法消解能夠同時處理多個樣品，且試劑使用量少，重復性高。該消解方法的處理效果遠好于濕法消解，但是對于汞等易于揮發的重金屬，其處理效果的回收率太低，對于這些元素測定效果較差。

最后是濕法消解，這種處理方法具有較強的通用性，對于所有的食品測定都能使用。但是在進行操作時，其操作難度較大，且會對環境造成一定的污染，另外，其試劑的用量較大，空白值較高。

五、結論

綜合上述所說，對于食品中重金屬測定的前處理方法，各自具有不同的優點和缺點，在進行實際操作時，應根據需要測定的食品具體情況，同時結合自身的實驗條件，選擇合適的處理方法。另外，對于一些特殊的食品和測定元素，在選擇處理方法時需要特別注意。

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（作者單位：吉林市質量技術監督局）