探究食品中重金屬檢測前處理技術(shù)

狄 慧，陳佳琛，陳正源

（河北省張家口市食品藥品檢驗中心，河北張家口 075000）

重金屬廣泛存在于人們生產(chǎn)生活的各個方面，食品中也含有一定量的重金屬成分，為避免重金屬成分對人體健康造成危害，必須進行食品中重金屬檢測。目前，食品中重金屬檢測傳統(tǒng)的前處理技術(shù)主要包括傳統(tǒng)微波消解法、濕法消解法以及高壓管消解法等。但傳統(tǒng)的消解方法都有一定的弊端，影響到檢測技術(shù)的推廣和應(yīng)用，為有效消除或減少前處理技術(shù)應(yīng)用過程中存在的缺陷，需使用更新升級后的前處理技術(shù)進行工作。

1 重金屬概述

重金屬是指密度不小于4.5 g/cm3的金屬元素，主要包括鉛、銅、鉻、鎳等45 種金屬物質(zhì)。部分重金屬元素能在人體內(nèi)部產(chǎn)生毒性，這些金屬元素被稱為有毒重金屬。重金屬可以存在于食物中，被人食用后會進入人體，對人體健康造成一定危害。美國非營利組織“Healthy Babies Bright Futures”發(fā)布報告稱，對168 種美國主要生產(chǎn)商生產(chǎn)、經(jīng)銷的嬰兒食品進行測試，發(fā)現(xiàn)95%的受檢產(chǎn)品含鉛、73%含砷、75%含鎘、32%含汞；且1/4 受檢食品同時含有上述4 種重金屬。按照不同食品重金屬成分對智商影響的高低進行排序，結(jié)果如表1 所示。為減少重金屬對人體健康的危害，需針對食品重金屬污染情況進行治理，并在開展檢測的過程中不斷優(yōu)化升級重金屬檢測技術(shù)和前處理技術(shù)，從而提高檢測效率和檢測質(zhì)量[1]。

表1 不同食品中的重金屬成分及對IQ 的影響

2 食品中重金屬檢測前處理技術(shù)

2.1 溶劑提取法

溶劑提取法是對酸、堿及有機溶劑等物質(zhì)進行提取的一系列技術(shù)的總稱，不僅操作相對較簡單、成本低，而且在使用過程中不會對環(huán)境和生態(tài)造成威脅，能廣泛應(yīng)用于食品重金屬檢測和重金屬形態(tài)檢測的前處理工作中[2]。

2.1.1 酸提取技術(shù)

酸提取技術(shù)是指通過硝酸、硫酸等具有較強的金屬元素溶解能力的酸作用于食品中的重金屬，使食品中存在的重金屬元素可以鹽的形式溶解在提取液中，從而更好地使用儀器進行相應(yīng)的檢測[3]。在檢測的過程中發(fā)現(xiàn)，使用的酸液種類以及酸液的濃度與酸提取效率相關(guān)，酸液濃度與提取效率呈正相關(guān)關(guān)系[4]。目前，我國用于農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量檢測工作中的國標法是較傳統(tǒng)的微波消解法，使用該方法進行重金屬檢測的前處理工作存在一定的弊端，如使用該方法進行處理需要比較苛刻的工作環(huán)境和反應(yīng)條件，而且應(yīng)用這種技術(shù)所需要的設(shè)備價格昂貴，因此該技術(shù)在實際應(yīng)用過程中受到很多限制[5]。李海露等[6]在實驗過程中將稀硝酸作為提取劑，提取秸稈以及稻米中的鎘元素，并在此過程中對硝酸濃度、浸提方式、浸提時間以及固液比等進行充分的對比研究，經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)使用的提取液的濃度與重金屬提取率之間呈正相關(guān)關(guān)系。

2.1.2 堿提取技術(shù)

堿提取技術(shù)是在含有重金屬物質(zhì)的食品樣本中加入堿性提取劑，如氫氧化鈉提取劑等，再通過一系列離心、振蕩等操作，得到重金屬聚合物溶液，從而使用一起對樣品聚合物溶液中存在的重金屬物質(zhì)和重金屬物質(zhì)的含量進行檢測。通過堿提取技術(shù)開展前處理工作，能有效減少低價態(tài)金屬發(fā)生氧化變化的可能，因此其適用于檢查食品中的重金屬物質(zhì)鉻。但在使用堿提取法過程中也存在一定的弊端，堿液中的重金屬離子無法長時間保持穩(wěn)定的狀態(tài)，會在一定程度上影響堿提取法的準確度和應(yīng)用范圍。

2.1.3 有機溶劑提取技術(shù)

有機溶劑提取技術(shù)是使用兩種互不相溶的液體溶劑進行萃取，能將食品中的重金屬萃取出。呂建菁等[7]在實驗中分別采用微波消解法、乙酸提取法等方法對白酒包裝中含有的重金屬形態(tài)和重金屬含量進行研究。結(jié)果顯示，使用BCR 提取法進行重金屬提取的重金屬形態(tài)的總量為微波消解后總量的84.9%～109.38%，而且由于白酒是使用陶瓷進行包裝，長期存放的情況下，由于白酒具有氧化還原的性質(zhì)，有極大可能會溶出重金屬物質(zhì)，使用BCR 提取法能有效檢測出白酒包裝中的重金屬物質(zhì)在白酒中的溶出規(guī)律。但必須根據(jù)重金屬物質(zhì)檢測的目標物質(zhì)進行有機溶劑提取劑的種類選擇，利用重金屬物質(zhì)和有機溶劑之間的相似相溶性形成沉淀物，從而完成對食品內(nèi)部存在的重金屬物質(zhì)的提取。使用有機溶劑進行重金屬物質(zhì)的提取，相對來說操作較簡單，且提取液中的含鹽量較低，能廣泛應(yīng)用在重金屬物質(zhì)提取中，能取得較滿意的工作效果。但在使用該技術(shù)進行重金屬物質(zhì)提取的過程中也存在一定的弊端，如需使用大量試劑，重金屬易出現(xiàn)損失等。此外，使用有機溶劑提取技術(shù)進行提取需花費大量提取時間，單一的提取技術(shù)無法滿足提取需求，需聯(lián)合其他輔助技術(shù)進行工作，如聯(lián)合應(yīng)用超高壓萃取、超聲波萃取等方法。在使用有機溶劑進行萃取的過程中，部分有機溶劑可能具有一定的毒性，從而對食品加工安全以及檢測人員的身體健康帶來一定的風險。

2.2 微波輔助前處理技術(shù)

微波輔助前處理技術(shù)是通過微波輻射加速溶解溶劑，從而達到提取目標物質(zhì)的目的。使用該技術(shù)相對傳統(tǒng)的微波消解法來說，具有較明顯的優(yōu)勢，該方法操作相對簡單，對操作條件的要求不高，且目標物質(zhì)的損失較少。張朵等[8]在應(yīng)用這一技術(shù)對山茶花花粉中的重金屬物質(zhì)含量進行檢測時發(fā)現(xiàn)該辦法不僅前處理的程序相對簡單，而且十分有效，穩(wěn)定性也較高，在工作過程中很少出現(xiàn)故障情況，提取的效率也較高。微波輔助前處理技術(shù)中有一項技術(shù)為微波氧燃燒技術(shù)，使用該技術(shù)進行樣品前處理能對成分多樣化的樣品中含有的重金屬成分，以及各種樣品中各種重金屬成分的含量進行檢測。適合使用該技術(shù)的食品主要包括含有豐富的油脂的糧油類、禽類、肉蛋類食品等，這些樣品使用該技術(shù)進行處理能夠很好地克服傳統(tǒng)微波消解法使用過程中存在的各種問題，從而有效提高問題的解決效率和質(zhì)量。使用微波氧燃燒技術(shù)能使樣品在燃燒的過程中完成氧化反應(yīng)，使碳元素以二氧化碳的形式排出，從而降低背景干擾的影響，而且十分有利于保護實驗設(shè)備和儀器。根據(jù)上述內(nèi)容來看，這一方法具備更高的消解效率和更低的檢出限，但微波氧燃燒技術(shù)在重金屬檢測方面的應(yīng)用相對較少，更多應(yīng)用于食品中鹵族元素的檢驗和分析。

2.3 紫外光解技術(shù)

紫外光解技術(shù)是利用紫外光的強氧化性對食品基質(zhì)中的有機物進行消解的前處理技術(shù)，通過消解能獲得一定的無機離子。使用該技術(shù)進行前處理能有效降低目標物受到復(fù)雜基質(zhì)成分的影響，但使用該技術(shù)進行前處理會受到光照強度、光照時長和選用的氧化劑等眾多因素的影響。郭璇華等[9]將紫外光解技術(shù)應(yīng)用在酸奶和牛奶樣品的前處理工作中，以提取出樣品中的銅和鉛，其在實驗過程中優(yōu)化了光照強度、光照時長等重要的影響因素，精確把握氧化劑的選擇和配比情況，選擇了最優(yōu)參數(shù)，在優(yōu)化控制所有因素的條件下對牛奶和酸奶中鉛和銅的含量進行測定。測定出牛奶中鉛離子的加標回收率約為97.8%，銅離子的加標回收率為94%左右，酸奶中鉛離子的加標回收率和銅離子的加標回收率分別為97.20%和94.16%，使用該技術(shù)進行前處理與應(yīng)用濕法消解前處理技術(shù)檢測結(jié)果一致。

2.4 無需消解的直接進樣技術(shù)

直接進樣技術(shù)是目前使用的前處理技術(shù)中最先進的技術(shù)之一。直接進樣技術(shù)可分為兩種，分別是固體直接進樣技術(shù)和懸浮液進樣技術(shù)。固體直接進樣技術(shù)是指通過進樣器，將已完成均質(zhì)流程的樣品直接導(dǎo)入電離源或原子化器，可通過樣品直接插入的方式進行，也可以使用激光燒蝕技術(shù)等。使用該技術(shù)進行前處理無需消解，能有效避免樣品受到污染或出現(xiàn)損失。該前處理技術(shù)能極大地減少樣品前處理的工作時長、有效節(jié)約試劑，已成為很多實驗室廣泛推崇和使用的前處理技術(shù)，并且廣泛應(yīng)用于我國水產(chǎn)品、糧油產(chǎn)品、茶葉、肉蛋制品和包裝材料中重金屬元素的檢測，能對鉛、汞、銅、鐵和鎳等多種重金屬元素進行準確測定。劉艷菊等[10]使用固體直接進樣技術(shù)進行前處理，使用快速檢測法對糧食中汞元素含量進行檢測，將檢測結(jié)果與國家標準方法檢測結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)結(jié)果無較大差別，檢測結(jié)果的準確性高于國家標準方法。因此，該技術(shù)能得到廣泛的應(yīng)用。但該技術(shù)也存在一定的問題，如樣品處理相對來說較困難、樣品不具有較高的代表性、樣品受熱不均勻等，仍需進行進一步改善和升級。懸浮液進樣技術(shù)是指將樣品粉碎后，使其在液體介質(zhì)中充分溶解，隨即進行均質(zhì)操作，最后將其直接導(dǎo)入檢測儀。該技術(shù)的應(yīng)用范圍較廣，尤其適用于水產(chǎn)品中重金屬元素的檢測。

3 結(jié)語

綜上所述，在對食品中的重金屬元素進行檢測的過程中，需不斷優(yōu)化和升級檢測技術(shù)和前處理技術(shù)，提高重金屬元素的檢測能力和效率。此外，還應(yīng)進一步探討如何更準確地在前處理過程中對重金屬尤其是痕量重金屬進行提取，從而保證檢測結(jié)果的準確性，提高食品安全水平。