食品中重金属元素的检测方法

陈黎明　蔡　畅　朱力敏　薛韧婕　薛民杰　陈　鹰 / 上海市计量测试技术研究院

食品中重金属元素的检测方法

陈黎明蔡畅朱力敏薛韧婕薛民杰陈鹰 / 上海市计量测试技术研究院

阐述食品中重金属元素的检测方法，包括样品的采集、样品的前处理、以及仪器的选择等，为重金属污染检测和食品安全保护提供重要的参考依据。

食品；重金属；检测

0　引言

随着我国工业经济的快速发展，环境污染与环境治理问题日趋严重，也导致食品中重金属污染问题越来越严重。近年来食品安全问题日益凸显，食品中重金属元素污染是食品安全的重要方面之一，主要来源于食品生产、加工、运输、包装、贮存等环节。日常生活食品（包括蔬菜、水果、鱼肉等）被重金属污染后， 仅仅通过简单蒸煮、浸泡或清洗并不能去除其中的重金属［1］。镉、铅、砷、汞等金属元素具有显著的生物毒性，这些元素一旦在人体内蓄积将直接影响人体健康。“民以食为天”，关注食品安全就是关注人类健康。因此，对食品中常见的重金属污染进行快速、准确检测意义重大。本文重点对食品中重金属检测常用方法，包括样品采集、样品的前处理和检测仪器的选择等方面进行了详细阐述。

1　样品的采集、制备和保存

1.1样品采集

食品样品的采集通常采用随机抽样和代表性取样的方法。采集的样品要均匀、有代表性，能反映全部被检食品的组成，采样过程要设法保持原有的理化指标，防止成分逸散或带入杂质，供分析检测用。

食品样品在采集过程中要注意采样工具的清洁，不应将任何有害物质带入样品中。设法保持样品原有微生物状况和理化指标，在进行检测之前不得污染，不发生变化。感官性质极不相同的样品，切不可混在一起，应另行包装，并注明其性质。样品采集完后，应迅速送往检测实验室进行分析，以免发生变化。盛装样品的器具上要贴好标签，注明样品名称、采样地点、采样日期、样品批号、采样方法、采样数量、分析项目及采样人。

1.2样品制备

对采取的样品进行分取、粉碎及混匀的过程，保证样品的均匀，使在分析时取任何部分都能代表全部样品的成分。防止易挥发成分的逸散和避免样品组成及理化性质变化。对于液体样品需将样品摇匀、充分搅拌；对于互不相容的液体如油与水的混合物，要将不相容的成分分离，再分别进行采样；固体样品采用粉碎法、匀浆法或研磨法等。

1.3样品保存

样品在保存过程中应注意干燥、低温、避光、密封，对容器密封加盖或预干燥，防止污染，防止腐败变质，稳定水分并在短时间内尽快进行分析。

2　样品前处理

食品样品的前处理基本原则包括：能使被测成分完全分离出来且无损失，不得引入被测成分和干扰物质，样品处理方式适于选定的测定方法，消耗试剂少，处理方法安全、快速、简便，试剂和器材易得。常用的样品前处理方法有干灰化法、湿法消解和微波消解法。

2.1干灰化法

干灰化法就是利用高温去除样品中的有机质，并使用酸将剩余的灰分进行溶解，溶解后作为样品的待测溶液。该方法广泛应用于对食品中大多数的金属元素进行分析，其优点是可处理大量样品，操作简便，不需大量试剂，空白值低。缺点是一些重金属元素如汞、锡、硒、铅等易挥发而造成损失。某些灰分易与坩埚以化学反应或黏附在未烧尽的碳粒上，通常在灰化前加入灰化助剂相混合，则干灰化法更为有效。灰化助剂主要起加速氧化和防止某些成分挥发的作用，例如使用干灰化法测砷的含量时，可先加入硝酸镁，其会与易挥发性砷发生反应生成焦砷酸镁，焦砷酸镁很难挥发。在样品中加入氧化钙、氧化镁，使其在被测物与坩埚壁之间形成隔绝层，这不仅可以减少被测物的损失，同时也有利于灰化的进行。

使用干灰化法要注意，含油脂成分较高的食品，如植物油，炭化时非常容易爆沸，同时易燃，因此不建议采用干灰化法。酒类样品，建议先低温挥干部分液体再炭化，以防液体飞溅。含糖、蛋白质、淀粉较多的样品炭化时会迅速发泡溢出，可加几滴辛醇再进行炭化，以防止炭粒被包裹，灰化不完全。含磷较多的谷物及制品，在灰化过程中的磷酸盐会包裹沉淀，可加几滴硝酸或双氧水，加速炭粒氧化，蒸干后再继续灰化。

2.2湿消解法

湿消解法是指在一定温度条件下，利用氧化性强酸（如HNO3、HClO4和浓H2SO4等）除去有机质，溶解被测元素。其优点是被测元素不容易流失，因此特别适用于测定易挥发性元素。缺点是样品消化时常使用的试剂硝酸、高氯酸、过氧化氢、硫酸都具有腐蚀性且比较危险，同时产生大量有害气体，消解时间长，试剂用量大，空白值可能偏高。

在消解含油脂成分较高的食品时，如植物油、桃酥等，在加入混合酸后，由于样品浮在混合酸表面，容易形成完整的膜，加热时液面上有剧烈的反应，容易造成爆沸或飞溅。操作时可以减少样品称样量，同时要在消解过程中随时补加硝酸，加入硝酸高氯酸混合液，放置过夜让其缓慢氧化。酒类样品如葡萄酒、果酒，因其含有大量的乙醇，在加混合酸消化之前一定要加热蒸发掉乙醇（注意不能干涸），待乙醇挥发完毕后，再加入酸消化。另外要注意样品消化液中残存酸必须除净，否则会影响试验。

2.3微波消解法

微波消解是指采用密封装置，在加入一定量的酸溶液，利用微波的穿透性和激活反应能力，使样品温度升高，达到样品中有机物质分解的目的。其优点是溶样时间短、消耗试剂量少、低耗能、低污染，能有效防止易挥发元素的损失。但该方法存在溶样量较小的缺点，当试样中重金属元素含量低时，便限制了其使用。水产品、肉制品、粮食中汞元素的测定通常使用微波消解法，在使用前加酸放置过夜，有利于下一步的消化。酒类样品需要先排干乙醇再进行消化。

3　仪器分析方法

随着食品工业的迅速发展，食品的种类不断增多，这也对食品安全分析检测提出了新的要求，技术不断创新与完善，仪器的检测灵敏度和检测能力也得到了不断的提高。目前常用的元素分析方法可归纳为7类。

3.1电化学分析法

具有设备简单、分析速度快、测定元素多、检测需要样品少、有机物干扰少、选择性好等优点。随着电子技术的发展和计算机技术的引进，电化学分析法得到了迅速的发展。主要包括离子选择电极法、极谱法、溶出伏安法、电位溶出法等［2］。

3.2比色法

通过试纸和试剂的使用，对被测的物体进行显色的一种检测方法，将检测的结果和色卡进行比较，然后得出结果［3，4］。但是这种方法存在的问题是，检出的结果有相关的限制，目前对于食品中的重金属检验还无法满足相关标准的要求。

3.3紫外可见分光光度法

用重金属元素与试剂反应后显色在紫外光下有吸收的原理来测定重金属的含量。该法操作简单，适宜在实验室中使用，是目前应用较多的一种方法［5］。缺点是检出限高，而且有些显色剂不易得到，需自己合成后才能使用。

3.4原子吸收光谱法

原子吸收光谱法是一种成熟的分析技术，依据自由基态原子对特征辐射光的共振吸收，通过测量辐射光的减弱程度，求出样品中被测元素的含量。具有操作简单、分析速度快的优点，特别适用于微量分析和痕量分析［6］。缺点是不宜测定在火焰中不能完全分解的耐高温元素、碱土金属元素以及共振吸收线在远紫外区的元素，基体干扰较严重，且不适合做多元素分析。

3.5原子荧光光谱法

通过测量待测元素的原子蒸气在辐射能激发下所产生的荧光强度来测定待测元素含量的一种方法［7］。该法基体干扰少，灵敏度高。缺点是应用面窄，测定时受散射光影响较严重。

3.6电感耦合等离子发射光谱法

等离子发射光谱法（ICP- AES）作为多元素的分析检测手段， 具有分析速度快、线性范围宽、灵敏度高等优点，能同时得出数十种元素的分析结果，方便快捷。该方法的广泛应用，受到国内外学者的普遍关注［8，9］。

3.7电感耦合等离子体质谱法与仪器联用技术

电感耦合等离子体质谱分析（ICP-MS）是无机微量元素分析应用的先进技术，几乎可分析所有元素，灵敏度高、检出限低、线性检测范围宽，且可进行多元素分析，是近年来发展最为快速的一种方法［10，11］，已经广泛应用于测定水产品中的重金属、化妆品中的有害元素、地质中的矿物质、生物样品痕量分析等领域。

食品样品基体复杂，基体效应的存在，将严重抑制该仪器的灵敏度，同时还存在各种干扰，如氧化物、分子离子、多原子离子干扰等。目前大多采用内标法或标准加入法消除基体效应。采用反应池、碰撞池或提高仪器分辨率消除各种干扰。

此外元素通常会存在不同的形态，有着不同的物理化学性质和生物活性，例如甲基汞的毒性要远大于无机汞，Cr（III）是维持生物体内葡萄糖平衡以及脂肪蛋白质代谢的必需元素之一，而Cr（VI）却对生物体具有很大的毒性和致癌作用；砷是一种有毒元素，但是不同形态砷的毒性差别也较大。因此，元素形态分析目前已成为食品中重金属检测的一个极其重要的研究方向。对于这种分析，各种仪器联用技术已得到了广泛发展［12，13］，本文不再赘述。

4　结语

关注食品安全就是关注健康，要解决食品的重金属污染问题，除了要控制污染源，切实执行有关环境保护法规，防止环境污染的发生，还要提高食品中重金属污染的检测技术水平，扩大和加强对食品污染的监控。

［1］ 王书言，檀尊社，张伟，等.浅谈农产品中重金属检测技术发展［J］.河南农业，2009，4： 39-40.

［2］ 刘成伦，杨琦，陈林.电分析法检测食品中痕量重金属的检测方法研究［J］.食品工业科技，2010，31（12）：373-376.

［3］ 刘媛媛，周焕英，周志江，等.比色法快速检测食品中硒含量［J］.营养学报，2012，1：79-81.

［4］ 金月，高德江，王宁.基于干灰化法和比色法的空心胶囊中铬含量快速测定方法研究［J］.现代科学仪器，2013，01：11-15.

［5］ 万益群，刘江磷，陈卫玲.新型固相分光光度法测定茶叶中痕量锰的研究［J］.分析科学学报，2000，16（5）：394-396.

［6］ 曹珺，赵丽娇，钟儒刚.原子吸收光谱法测定食品中重金属含量的研究进展［J］.食品科学，2012，33（7）：304-309.

［7］ 曾宇崇. 原子荧光光谱法同时测定食品中砷和硒［J］.理化检验-化学分册，2005，41（7）：475-476.

［8］ 陈伟珍，陈永生，赖惠琴.微波消解ICP_AES法测定食品中重金属的研究［J］.食品研究与开发，2008，29（6）：98-100.

［9］ 张宁，杨爱华.等离子发射光谱法在食品分析中的应用［J］.食品与机械，2005，22（4）：47-49.

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［11］ 冯先进，屈太原.电感耦合等离子体质谱法_ICP_MS_最新应用进展［J］.中国无机分析化学，2011，1（1）：46-52.

［12］ 王丙涛，谢丽琪，林燕奎，等.高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用检测食品中的五种硒形态［J］.色谱，2011，29（3）：223-227.

［13］ 黄红霞.离子色谱分离-电感耦合等离子体质谱联用法测定肉类食品中无机砷［J］.理化检验-化学分册，2010，46（10）：1122-1124.

Detection method of heavy metal elements in food

Chen Liming，Cai Chang，Zhu Limin，Xue Renjie，Xue Minjie，Chen Ying
（Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology）

Heavy metals pollution is one of the most primary factors which effect on food safety. Describes the detection of heavy metals in foods，Including the collection of samples ， sample pre-treatment and selection of the instrument etc. It also provide important foundation to the detection of heavy metals pollution and the food safety protection.

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