糧食中重金屬前處理技術的研究

王越　張佳音

摘要：《食品安全法》的發布對糧油的質量安全提出了更嚴的要求，明確了各級糧食監管部門、糧食儲存、生產企業的食品安全職責。近年來，我國的糧食重金屬污染問題日趨嚴重，人們對糧食質量安全愈發重視。本文綜述了目前應用于糧食重金屬方面的前處理技術，包括干法灰化法、濕法消解法、高壓消解法、石墨消解法、微波消解法和無機酸浸提法等，并對其發展進行了展望。

關鍵詞：糧食;重金屬;前處理技術;展望

中圖分類號：TS-3

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200215012

收稿日期：2019-12-03

作者簡介：王越（1989-），女，碩士，助理研究員。研究方向：農產品;張佳音（1992-），女，碩士，實習研究員。研究方向：農產品檢測。

我國有近14億人口，是糧食生產和消費大國，隨著近年來糧食產量的不斷提升，人們對于糧食質量安全程度也給予了很高的重視。據統計，2018年我國糧食總產量已達到6.5SymboltB@1011kg，位居世界之首。但隨著社會經濟的迅猛發展，自然環境也遭受著嚴重的威脅，工業“三廢”、生活垃圾、化肥農藥的不合理使用等，都在不同程度上影響著糧食的質量與安全。因此，研究和采用合理的重金屬前處理技術，對預防和治理糧食重金屬污染具有十分重要的意義。下面重點闡述干法灰化法、濕法消解法、高壓消解法、石墨消解法、微波消解法和無機酸浸提法等應用于糧食重金屬的前處理技術，并對其發展進行了展望。

1 干法灰化法

因糧食樣品中的重金屬元素常會與有機質結合形成難解離的化合物，故常采用破壞有機物的方法來消除其干擾，以達到準確測定重金屬含量的目的。干法灰化法（Dry ashing）的基本原理是通過加熱灼燒使樣品中的有機物經過脫水、炭化、分解、氧化、灰化等一系列變化，轉化為二氧化碳、[JP2]含氮氣體和水蒸氣揮發釋放，最終得到可測定形態的重金屬元素。干法灰化法具有操作簡單、破壞徹底、使用試劑少、空白值低、能處理大量樣品等特點，但其消解時間長、要求溫度高、揮發快，對樣品也具有一定的選擇性。丁衛新[1]利用干法灰化法對稻谷、小麥、玉米3種谷物進行樣品前處理，用石墨爐—原子吸收分光光度計測定樣品中鉛和鎘的含量，并對不同溫度下的灰化效果進行了研究，結果表明，在600℃時，灰化程度更徹底，測定過程干擾更少，質控的測定值與真實值更相近。黃增等[2]采用干法灰化法對大米進行預處理，運用原子吸收分光光度法對樣品中Pb、Cd和Cr進行了檢測，結果顯示，3種重金屬的含量分別為0.080mg/kg、0.092mg/kg、0.062mg/kg，加標回收率為98%～101%。

2 濕法消解法

濕法消解法（Wet digestion）是一種目前常用的重金屬前處理技術。其基本原理是通過加入無機強酸或強氧化性溶液，高溫消解，使糧食樣品中的有機質分解、氧化，最終釋放出待測的重金屬元素。常用的強酸和氧化劑包括濃硫酸、濃鹽酸、濃硝酸、高氯酸、氫氟酸和過氧化氫等，一般情況下為了使樣品消解完全，都會將以上幾種強酸和氧化劑混合使用。濕法消解法具有消解更徹底、損失小、成本低等特點，但同時用酸量多、空白值高、操作較危險、對環境污染大，以上問題也在一定程度上給其應用帶來了局限性。閆金龍等[3]利用濕法消解法對大米樣品進行前處理，運用火焰—原子吸收分光光度法和等離子體發射光譜法分別檢測樣品中鉛、銅、鋅和鎘的含量，其中鉛的含量為0.4～10μg/mL，銅的含量為0.2～10μg/mL，鋅的含量為0.4～6μg/mL，鎘的含量為0～0.8μg/mL，標準曲線的相關系數r≥0.99。楊婷[4]分別采用干法灰化法和濕法消解法對大米樣品進行預處理，通過原子吸收分光光度計測定樣品中鎘的含量，結果表明，濕法相對于干法來說，效率更高，可以同時進行大量樣品的處理，但干擾因素較多，準確性稍差。

3 高壓消解法

高壓消解法（High pressure digestion）是利用高壓消解罐對樣品進行消解。其基本原理是對其外部進行加熱，使消解罐體內達到一個高溫高壓的密閉環境，再通過加入強酸使得糧食樣品快速消解，除去干擾的有機質。高壓消解法具有消解徹底、回收完全、空白值低、安全性高、污染小等特點。成顏君等[5]利用高壓消解法對大米樣品進行預處理，通過石墨爐—原子吸收光譜法測定樣品中的重金屬元素鎘的含量，結果表明，3種大米質控樣品中鎘的含量分別為0.0082mg/kg 、0.032mg/kg、0.218mg/kg，均在標準范圍內，相關系數r=0.9997。王曉瑩等采用高壓消解—原子吸收光譜法測定大米中Cr的含量，結果表明，Cr的含量為0.152mg/kg，加標回收率為 98%，相關系數r=0.9996。

4 石墨消解法

石墨消解儀是現在比較先進的一種樣品前處理設備。石墨消解法（Graphite digestion）的基本原理是通過加熱源加熱高純石墨塊，[JP3]因石墨塊具有優良導熱性可產生高溫，對消解管中的樣品進行環繞立體均勻加熱，使樣品各部位受熱均勻，以達到更好的消解效果。石墨消解法具有操作簡單安全、受熱均勻、消解效果一致、消解速度快、效率高、溫度和時間可控等特點。吳丹丹等利用石墨消解法對黃豆和大米樣品進行前處理，采用火焰—原子吸收分光光度計測定樣品中的鈣、鎂、錳、鋅4種金屬元素，結果表明，黃豆中4種金屬元素含量分別為957.135μg/g、1729.625μg/g、30.39μg/g、62.27μg/g;大米中分別為 274.435μg/g、1150.625μg/g、12.15μg/g、27.165μg/g。黃殿貴等采用石墨消解—電感耦合等離子體質譜法測定大米、蔬菜樣品中的砷、鎘、鉛的含量，質控樣品的測定結果均在標準范圍內，加標回收率為90%～110%。

5 微波消解法

微波消解法（microwave digestion）的基本原理是用強酸將待測樣品溶解后，分別通過分子極化和離子導電2個效應對樣品直接加熱，使樣品表層迅速破裂，新的表面再與溶劑進一步接觸發生反應，在短時間內使樣品充分消解。目前，微波消解技術已廣泛應用在分析檢測中的各個領域，如食品、醫藥、環境、農業等。與傳統常規的消解方法相比較，微波消解法具有靈敏度高、消解快速徹底、元素損失小、效率高、污染小、空白值低等特點，被許多國家標準和行業標準采用，有著“綠色化學反應技術”的美譽。王曉瑩等采用微波消解法對小麥粉樣品進行預處理，用石墨爐—原子吸收分光光度計測定樣品中的Pb含量，結果表明，小麥粉中鉛的含量為0.15mg/kg，質控樣品的測定結果在標準值范圍內，相關系數r=0.9998。宋帥娣利用微波消解法對大米樣品進行消解處理，采用氫化物發生—原子熒光光譜法測定硒的含量，其中質控樣品的測定值與真實值相近，滿足實際樣品的檢測需求，硒元素的檢出限為0.005μg/g，RSD<7%。

6 無機酸浸提法

無機酸浸提法（Inorganic acid extraction）的基本原理是將無機酸與樣品混合，通過振蕩、離心、超聲等方法提取出待測的重金屬元素，以達到快速富集的目的。無機酸浸提法具有準確度較高、重現性好、操作簡便、成本低、試劑用量少、環境污染小等特點。王超躍等采用無機酸浸提法對大米和稻谷樣品進行前處理，用原子分光光度計測定其中的Cd含量，結果表明，硝酸和鹽酸的含量為3%，浸提時間為60min時，大米和稻谷中Cd的提取率均可達到100%左右。郎定常等利用無機酸浸提—石墨爐原子吸收分光光度法測定釀酒原料大米樣品中的金屬元素鎘的含量，并對實驗條件進行了優化，結果顯示，以濃度為3%的硝酸浸提，以濃度為0.05%的硝酸鎂作基體改進劑，原子吸收分光光度計的灰化溫度設定為400℃，原子化溫度設為1600℃時，大米中鎘的加標回收率為97.51%～103.97%，線性相關系數r =0.9999。

7 展望

隨著糧食重金屬污染狀況的日趨嚴重，有效地運用糧食重金屬前處理技術是在根源上保證了糧食的質量與安全。本文系統綜述了6種常用的糧食重金屬前處理技術，其中濕法消解法和微波消解法仍是目前在化學分析領域應用范圍最廣、可行性最高的前處理技術，但隨著經濟的發展，一些新型的、快速的、高效的重金屬前處理技術也在蓬勃興起，其原理及配套設備將成為今后一段時間的研究熱點。

參考文獻

[1] 丁衛新.糧食鉛和鎘的測定中干法灰化溫度的研究[J].現代面粉工業，2016，30（01）：25-26.

[2] 黃增，黃紅銘，劉維明，等.石墨爐原子吸收法測定大米中鉛、鎘、鉻3種重金屬[J].應用化工，2018，47（02）：413-415.

[3] 閆金龍，李偉，郭小華，等.食用大米中重金屬鉛、鎘、銅、鋅含量的測定[J].焦作師范高等專科學校學報，2017，33（03）：71-74.

[4] 楊婷.用石墨爐原子吸收光譜法檢測大米中鎘的前處理方法比較——干法灰化法和濕式消解法[J].農業技術與裝備，2017（01）：8-9，11.

[5] 成顏君，張小俊.高壓消解——石墨爐原子吸收光譜法測定大米中鎘[J].農民致富之友，2018（18）：130.

（責任編輯 賈燦）