原子荧光光谱法在测定食品中有毒金属元素的应用

黄种迁

（泉州市产品质量检验所，福建 泉州 362000）

伴随着城市工业化的脚步，环境污染日益严重，食品安全成为时下一项重要的议题。有毒重金属污染是食品污染的重要组成部分，其对人体会产生严重危害。原子荧光光谱法是从1964年开始发展起来的分析方法，被广泛应用于食品中汞、砷、铅、硒、锑、锡、镉等微量重金属的测定。本文主要介绍原子荧光光谱法的基本原理和分类标准，综述了其在测定食品中多种微量有毒金属元素的应用以及发展前景。

1 原子荧光光谱法的基本原理

原子荧光是气态原子受到一定特征波长的光源照射后，原子中某些自由电子被激发跃迁到较高能级，而后又去激发跃迁到基态或较低能级，与此同时发射出特征性光谱 （与原激发波长相同或不同的辐射波长），称之为原子荧光。在一定实验条件下，荧光强度与被测物的浓度成正比。每种金属元素都有其特定的原子荧光光谱，可对其进行定性分析；而根据荧光强度，可对其进行定量分析。

1.1 原子荧光光谱法分类

1.1.1 按蒸气发生方式分 （1）原子蒸气发生－原子荧光光谱法。原子蒸气发生中最为典型的例子是利用冷原子吸收法测定汞的含量。其基本原理是在酸性介质中，试样中的汞被硼氢化钾或氯化亚锡还原成原子态的汞蒸气。除此之外，人们还利用此方法测定其他微量重金属元素，如镉。（2）氢化物蒸气发生－原子荧光光谱法。氢化物蒸气发生的原理是在酸性条件下，硼氢化钾或硼氢化钠与酸作用生成大量的新生态氢，试样中的被测离子与氢反应生成挥发性的气态氢化物，由载气 （氩气）带入原子化器中，在此挥发性气态氢化物解离成原子态。（3）氯化物蒸气发生－原子荧光光谱法。在加热条件下，金属离子与过量的盐酸气体反应生成挥发性的气态金属氯化物，气态金属氯化物在原子化器中被解离成原子态。

1.1.2 按前样品处理方式分 （1）湿法消解－原子荧光光谱法。传统的敞开式的湿法消解需过夜进行冷消化，耗时长，酸消耗量大，且消化时需要实验人员在旁看守，处理时的酸雾危害实验人员的健康，费时又费力；样液易受污染和损失，且消化时要不停地添加消化试剂，使样品和空白的本底不一致，降低了结果的可信度。（2）干法消解－原子荧光光谱法。干法消解需在较高的温度下进行消化，且耗时长，消化条件控制不好易造成损失，但操作相对传统的湿法消解简单。（3）微波消解－原子荧光光谱法。微波消解技术是近年来广泛用于样品预处理的一门具有广阔前景的技术。其样品需在密闭的消化管中消化，无需预热，微波能瞬间渗透至样品的内部，具有操作简单、试剂消耗少、花费时间短、样品消解完全、待测元素损失少、环保等优点。

2 原子荧光光谱法在食品中重金属检验的应用

2.1 汞

汞是人体非必需的有毒金属元素，毒性大，且具有生物蓄积性。当人体内汞的浓度达到一定时，对人体会造成严重伤害，有致癌、致畸、致突变的作用。其毒性与存在的形态有关，有机汞的毒性显著大于无机汞的毒性，其中甲基汞的毒性最强。甲基汞主要对神经组织，特别是发育中的脑组织有损害作用［1］。所以检测和控制食品中汞的含量是非常必要的。

目前，国内外发展了多种检测汞的方法，如原子吸收分光光度法、双硫腙分光光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、电化学极谱法和氢化物发生—原子荧光光谱法等。其中，电感耦合等离子体原子发射光谱法检测样品中汞的准确性好，灵敏度高，但是由于其设备较贵，成本高，限制了其广泛应用；而原子荧光光谱法具有检出限低，灵敏度高，价格低廉，操作简便等优点，被广泛应用于食品中汞的检测。另外，食品卫生检验方法 （GB/T5009.17－2003）［2］中汞测定的第一法即为氢化物发生－原子荧光光谱法。陈少芳等［3］应用低温消解－氢化物原子荧光法测定粮食中的汞含量，检出限为0.046μg/L，具灵敏、安全、准确、消化完全等优点。高静等［4］建立了一种简便、快速、准确且灵敏度高的高压消解－原子荧光光谱法来检测食品中的汞，检出限为 0.015μg/L，相关系数为0.9999，样品的回收率为96.8%～103.2%。汪娌娜等［5］、朱永舜等［6］和劳宝法等［7］分别利用硝酸和过氧化氢消解样品，建立了微波消解－氢化物发生－原子荧光光谱方法测定海产品中的汞，检出限低，灵敏度高，效果好，此方法非常适用于对海产品中汞的检出。Maria等［8］采用微波消解－冷原子荧光光谱法测定大米中的汞，检出限为0.9ng/g，样品回收率为 （95±4）%。

针对汞的形态分析常采用多种联用技术，首先需借助一定的分离手段如气相色谱 （GC）、液相色谱 （LC）、毛细管电泳 （CE）等分离不同形态的汞，再联合原子荧光光谱法 （AFS）、原子吸收光谱法 （AAS）以及电感耦合等离子体质谱 （ICPMS）法等进行检测。国外［9－11］有许多采用液相色谱联合原子荧光光谱法测定食品中汞的形态的相关报道，国内毛红等［12－13］建立了液相色谱－原子荧光法测定鱼肉中甲基汞、乙基汞、无机汞的形态分析方法；赵凯等［14］通过简化仪器装置，改进前处理步骤，建立了可靠简便的高效液相色谱－原子荧光法来测定海产品中甲基汞的含量。

2.2 砷

砷是对人体危害较为严重的重金属，能对人体的多种器官产生毒害作用，砷中毒可引起黑脚病，甚至导致癌症。其中毒机制主要表现为结合蛋白质的－SH，或替换酶活性中心的锌或铜。在自然界中砷主要以无机砷和有机砷两种形态存在，相比有机砷，无机砷的毒性更大，对人体危害更严重，目前许多国家都是以无机砷作为卫生标准指标。利用原子荧光法测定食品中无机砷应用广泛，有文献报道利用微波消解－原子荧光法测定各种食品中的砷含量，样品经硝酸微波消解后，用原子荧光法测定食品中的砷［15－20］，利用液相色谱－原子荧光光谱联用技术能测定食品中不同形态的砷含量［21－29］。有学者对原子荧光法进行了改进，获得更为理想的效果。蔡文华［21］等改进样品前处理方法，先用8 mol/L盐酸浸泡，后用乙酸丁酯溶剂萃取，稀盐酸反萃取来处理样品，再结合HG－AFS测定食品中总无机砷含量，准确度高，精密度较好。施家威等［22］将前处理方法改进为用10%盐酸、70℃水浴振动提取无机砷，后经离心消化，再使用氢化物－原子荧光法对无机砷进行测定。新方法操作更加方便、耗时短，而且稳定性和回收率都大为提高。殷翠［23］将测定无机砷的方法调整为利用超声波前处理样品4h、还原剂浓度调整为1.5%参与反应，使实验操作更为简便、结果更为可靠。

2.3 铅

铅是人体一种非必需的有毒金属元素，同时是具有蓄积性的毒物，能够毒害神经系统、消化系统和造血系统，主要通过与蛋白质上的巯基高度亲和，使蛋白质变性，从而危害人体健康，所以检测食品中的铅含量非常重要。

目前测定食品中铅的方法有很多种：火焰原子吸收光谱法、双硫腙分光光度法、石墨炉原子吸收光谱法、单扫描极谱法、ICP法、氢化物发生原子荧光光谱法等。氢化物发生原子荧光光谱法是近年来发展起来的一项新技术，因其灵敏度高、干扰少、检出限低、线性范围宽、分析速度快等优点受到广泛推广。

韩英［30］利用微波消解－氢化物发生原子荧光光谱法检测茶叶中铅的含量，该法简便、灵敏度高、危害小、检出限低，仪器检出限为0.29μg/L，方法检出限为0.15μg/L，线性范围为0～50 μg/L，相关系数大于0.999。吴平等［31］采用免消解的酸蛋白沉淀的前处理方法联合原子荧光光谱法来测定牛奶中的铅，极大地减少了前处理时间，操作简便，同时优化了各种仪器条件，建立了一种快速、可靠、准确的测定牛奶中铅的方法。彭俊等［32］对氢化物发生－原子荧光法进行改进，采用干法消解样品，后以铁氰化钾为氧化剂，2%的盐酸为载流，将铅生成铅的挥发性氢化物，利用原子荧光光谱法检测，检出限为0.094μg/L，改进方法检测结果较好。殷忠等［33］对样品的消化方法进行了改进，改进后对食品中铅含量的分析结果更为准确可靠。陈少芳等［34］研究了氢化物原子荧光法和石墨炉原子吸收法在测定微量铅的应用，其检出限分别为01042μg/L和2152μg/L，回收率为9810%～10510%和9512%～10410%，相对标准偏差为3113%和1130%，氢化物原子荧光法在检测铅含量中是一种比较好的方法。

2.4 硒

硒是人体必需的微量元素，具有提高人体免疫力、防癌、抗氧化和延缓衰老等作用，但是摄取过量的硒会引起头晕、头痛、寒战、高烧、腹泻等硒中毒症状。

孙梅［35］研究利用超声萃取－原子荧光光谱法测定大米中有机硒的含量，发现样品加标回收率较高，测定精密度较好，此方法对于检测大米有机硒含量切实可行。张坤等［36］建立了HG－AFS法检测食品中硒元素，检出限可达ppb级，准确度好，灵敏度高，线性范围宽，毒性小，操作简便，可广泛应用于食品中硒的测定。屈兰竺等［37］采用湿法消解对牛奶样品进行预处理，再利用氢化物发生－原子荧光光度法检测牛奶中的微量硒，加标回收率为96.5%～104%，检测结果可靠灵敏。

牛晓梅［38］在L－半胱氨酸存在下，利用HGAFS法检测食品中的硒含量，检出限为0.051μg/L，回收率为93.0%～101.0%。L－半胱氨酸降低溶液的酸度，显著抑制了金属离子的干扰，优化了氢化物发生条件，适用于食品中硒的测定。Pilar等［39］采用液相色谱－氢化物原子荧光光谱法测定婴幼儿奶粉中的不同硒元素形态，该法操作简单、检出限低、线性范围宽、相关系数高以及加标回收率高，结果准确可靠。

2.5 锑

锑是一种具生物蓄积性的有害金属元素，对人的眼、鼻、喉及皮肤会产生刺激，并且破坏心脏及肝脏的功能。研究发现许多采用PET材料制成的塑料瓶体均含有有毒重金属锑。梁孟军等［40］利用氢化物原子荧光法检测百事可乐中的锑，该法检出限低、线性范围宽、灵敏度高，而且操作简单，检测速度快。赖红娟等［41］研究比较原子荧光法和全谱直读电感耦合等离子体发射光谱法检测食品包装材料中的微量锑，发现AFS法比ICP－OES法的检出限低，灵敏度高、稳定性好、回收率高，是检测有毒锑元素的理想方法。

2.6 锡

锡是人体的一种必需微量元素，但摄入过多会引起锡中毒。据报道，有机锡是目前已知的干扰内分泌系统的唯一一种金属化合物，可能会造成人类生育方面的疾病，影响人体健康。目前检测锡的方法主要有原子吸收光谱法、等离子发射光谱法、电化学法和氢化物原子荧光光谱法等。原子吸收光谱法和电化学法操作复杂，选择性、灵敏度都较差；等离子发射光谱法虽然操作简单，但因仪器较为昂贵，难以普及应用；氢化物原子荧光光谱法灵敏度高、选择性强、操作简单、而且仪器易普及，广泛应用于重金属的检测。陈湘莹等［42］利用微波消解/HG－AFS法测定海产品中的总锡含量，方法灵敏、准确，相关系数为0.9999，回收率为101%～112%。梁群珍等［43］在酸体系中对样品进行微波消解，以硫脲—抗坏血酸为预还原剂，利用HGAFS法测定罐头食品中的锡，最低检出限0.067 mg/kg，相关系数为0.9998，加标回收率为99.7%～108.3%，该法灵敏度高、准确度好，且安全环保，适用于罐头食品中锡的测定。

2.7 镉

镉是人体的一种非必需微量元素，毒性较大，会对呼吸道产生刺激，被人体吸收后，主要沉积于肝脏和肾脏产生危害。张丽云等［44］利用微波消解样品，硼氢化钾为还原剂，稀盐酸为载流，另加入钴离子，生成镉的挥发性物质，再利用原子荧光光谱法测定食品中的微量镉，检出限为0.1ng/mL，回收率为96.9%～104.0%，此方法适用于微量镉元素的检测。

3 结语

综上所述，原子荧光光谱法具有操作简单、灵敏度高、检出限低、线性范围宽、分析速度快、干扰少、精确度高等优点。近年来，原子荧光光谱法不仅应用于检测食品中的微量重金属，还广泛应用与卫生、医学、化工、地质、农业、环境科学等各个领域。研究工作者现不断地对传统的原子荧光法进行改进，以期获得针对不同金属元素检测的最优条件，同时联合其他分离检测技术，如液相色谱等，优化实验条件，获得更理想的实验结果。今后，原子荧光光谱法将会发展更加成熟，也必将是检验技术中一种非常重要的方法。

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