饲料中铜和锌的检测方法研究进展

刘珊珊， 黎 静*， 刘木华， 林思寒， 张 俊

（1.江西农业大学工学院，江西南昌 330045；2.江西农业大学动物科学技术学院，江西南昌 330045）

饲料中铜和锌的检测方法研究进展

刘珊珊1， 黎 静1*， 刘木华1， 林思寒1， 张 俊2

（1.江西农业大学工学院，江西南昌 330045；2.江西农业大学动物科学技术学院，江西南昌 330045）

饲料检测是保障饲料安全的重要技术手段，本文对饲料中铜和锌的检测技术和方法（原子吸收光谱法、分光光度法、电感耦合等离子体-原子发射光谱法、电感耦合等离子体-质谱分析法、激光诱导击穿光谱）进行了综述，分析了各检测方法的特点以及研究进展情况，并对饲料中铜和锌检测技术的应用及发展前景进行了展望。

微量元素；饲料；检测方法

微量元素是动物机体生长过程中重要的营养成分，它影响并决定着生物体内许多代谢活动（王慧等，2015；高祝兰，2006）。日粮中铜、锌不足或者缺乏，会影响仔猪的食欲、体质、生产性能和健康状况等（董志岩等，1999）。研究表明，高铜锌饲料可以提高仔猪的增重，在一定程度上增加仔猪的生长速度，避免腹泻的发生（van der Aar P和金立志，2013）。动物饲料中过量铜会蓄积在动物肝脏等组织中引发铜中毒，最终导致肝脏和肾脏损伤并致死；而锌过量则会引发食欲减退、发育不良、贫血、关节肿大、胃肠炎等锌中毒症状。并且畜禽饲喂铜锌超标日粮后，其肝脏、畜禽肉等食品中铜锌含量将远远超过食品卫生标准，畜产品品质降低遭遇贸易壁垒，人类食用后还会在肝、肾、脑等组织中积累，危害人体健康。此外，有研究表明，若猪饲料中硫酸铜添加量达250 mg/kg，氧化锌达2500mg/kg时，则有95%以上的铜锌未被生猪吸收，这些铜锌大部分随着粪便排出体外，对水和土壤造成严重污染，这种环境污染很难逆转修复且对整个生态链都将产生巨大危害 （柏云江，2010；王建辉和康琳，2003）。

饲料的安全与否影响着人类健康和生活环境，为了保证人类生存环境的健康和可持续发展，必须采取有效的控制和管理措施，以减少饲料的危害。为了更好地控制饲料中铜和锌的含量，本文将对饲料中铜和锌的检测方法进行综述。

1 铜和锌的检测方法

1.1 原子吸收光谱法 原子吸收光谱法（AAS）又称原子吸收分光光度法，是一种仪器分析方法，用于确定样品中元素的含量，在气相中测定元素的基态原子的吸收强度。原子吸收光谱法是检测动物饲料中钙、铜、铁、镁、锰、钾、钠和锌含量的国家标准方法，国标方法中关于样品的前处理方法采用干灰化法，铜和锌的检测限是5mg/kg。它是测定痕量和超痕量元素的有效方法，具有灵敏度高、干扰少、选择性好、操作简便、快速准确、可靠、适用范围广、仪器简单、成本低等优点，可以使整个操作自动化，是近年来发展迅速且应用较广泛的一种仪器分析技术。

原子吸收光谱法中应用最为普遍的是火焰原子吸收光谱法，该方法适用于易被原子化的元素的测定，具有良好的重现性，易于操作，而且对大部分元素有较高的灵敏度和检出限 （朱明华，1993）。火焰原子化系统在火焰原子吸收光谱法中起着重要的作用，原子化的效率直接影响到测量的准确性和灵敏度（李雯和杜秀月，2003）。雾化装置、预混合室和燃烧器三部件组成火焰原子化器。该装置可将样品溶液雾化成气溶胶，与燃料混合，变成火焰，通过燃烧的灯起到干燥、蒸发、分解样品的作用，元素是在基态的原子完成检测。

研究表明，采用火焰原子吸收光谱法测定饲料中的铜、铁、锌、锰含量，具有易操作、快速、高精密度、高回收率等优点，且适用于饲料中铜、铁、锌、锰含量测定（商军等，2003）。张小琴和陆小凤（2014）、曹洪等（2013）、陈新焕等（2006）均采用微波消解-火焰原子吸收光谱法对饲料中铜和锌等微量元素含量进行检测。通过对消解方法的选择、样品消解体系的选择等试验选择微波消解的最佳条件，从而设定微波消解程序，而后在动物饲料中铜、锌等微量元素含量测定中选用了火焰原子吸收光谱法。

当前饲料中微量元素的国标检测方法采用干灰化-原子吸收光谱法，在样品前处理时选用干灰化法，但是干灰化法存在灰化时间过长、回收率较低、待测元素易挥发的缺点 （梁兆斌和韦衢，2015）。通过对比国际标准检测方法，国标中前处理干灰化需要3 h，而微波消解前处理方法仅需33min（张小琴和陆小凤，2014），节省了分析时间，消解速度大大加快，另外该方法提高了消解效率，减少了氧化剂的用量；同时由于样品的消解是在密闭容器中进行，可以避免样品的挥发，因此微波消解样品前处理方法已广泛应用于各样品处理中。可见，微波消解在饲料微量元素检测中相对国标方法具有快速、简单、安全、准确等特点。

1.2 分光光度法 分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸光度或发光强度，对该物质进行定量和定性分析的方法。分光光度法和原子吸收光谱法的相同点是两者待测样品均是在光通过时通过对比样品对光的吸收率而得知待测元素的浓度。不同点包括：（1）分光光度法通常选用可见光和紫外光 （恒定的光源），依据不同的元素改变相应波长，样品是由液体状态吸收的光；（2）原子吸收光谱法可以选择相应的空心阴极灯，被测样品需要经过雾化和火焰原子化器的原子化。廖峰等（2001）采用该法测定饲料添加剂中铜的含量。工作曲线的线性相关系数大于0.999，变异系数小于5%，样品的回收率在95%～102%，与国标（GB/T 13885-92）的原子吸收光谱法所测结果相吻合，达到了预期的试验设计要求。张穗娟等（2009）利用NPBPT-CPB体系分光光度法测定饲料中的锌。该方法的相对标准误差≤2.24%，加标回收率在96.7%～104.3%，检出限为 9.8×10-7g/L，用本方法测定饲料样品中的锌，获得了满意的结果。可以看出这个试验方法具有灵敏度较高、选择性良好、操作较简便、可以排除绝大多数常见阴阳离子的干扰等众多优点。

1.3 电感耦合等离子体-原子发射光谱法 电感耦合等离子体-原子发射光谱法（ICP-AES）是利用物质在被外能激发后所产生的原子发射光谱来进行分析的方法。叶少媚等（2015）建立了电感耦合等离子体发射光谱法检测配合饲料中铜和锌等矿物质元素含量。试验选用干灰化法对样品进行前处理，采用ICP-AES对消解液进行检测，验证结果采用GB/T 13885-2003中的方法。结果表明，本方法的线性相关系数高于0.9990，检出限为0.002～0.068μg/mL，相对标准偏差均小于4% （n=7），其测定结果与国家标准方法测定结果的标准偏差为0.16%～3.86%，加标回收率为95%。电感耦合等离子体原子发射光谱法具有低检出限、高精度、基体效应小、高准确度、线性分析范围广、多种元素同时测定等优点。

1.4 电感耦合等离子体-质谱分析法 电感耦合等离子体质谱法 （ICP-MS）是将ICP的高温（8000K）电离特性与四极杆质谱计的灵敏快速扫描的优点，通过一种独特的接口技术相结合而形成一种新型的元素和同位素分析技术（肖亚兵等，2013）。该方法具有灵敏度高、干扰少和多元素分析等优点，可以准确地分析复杂基体中的微量元素（杨凡等，2012）。王培龙等（2007）研究了一些因素对测量的影响，如谱干扰、基体效应和记忆效应。在优化的条件下，该方法检出限达到10-9，线性范围达到3个数量级，线性相关系数大于0.999。将此方法用于实际样品的测定，各元素在标准品小麦粉中的测定值和标示量具有较好的吻合性，配合饲料中微量元素的回收率在86%～115%，相对标准偏差≤8.2%（n=6）。预混合饲料中微量元素的含量与国家标准方法的测量值吻合良好。该方法与传统方法相比，具有简单快速、灵敏度高、能够同时测定多种元素的优点。

1.5 激光诱导击穿光谱 激光诱导击穿光谱技术（LIBS）是通过利用激光等离子体发射光谱法对样品中各元素的组成成分进行定量分析（许洪光，2007）。LIBS是一种颇有技术前景的分析和测量技术（王建伟等，2008），但是该技术在饲料中铜、锌等微量元素的研究试验中应用并不多。张旭（2013）进行了相关试验研究，选用硫酸铜和氯化镉溶液对脐橙样品进行浸泡污染处理，获得含镉和铜元素污染样品各52个，用五点平滑法和中心化法对LIBS光谱数据进行预处理，再利用原子吸收分光光度计对Cd和Cu元素含量进行检测，最后，建立了一个以镉和铜含量为偏最小二乘法的定量检测模型，其中39个样本建模，剩13个样品进行验证模型。结果显示，对于Cd和Cu元素，建模模型的相关系数分别为0.9806和0.9926，验证模型的相关系数分别为0.9936和0.9911，预测检测限分别为3～5μg/g和10～13μg/g.

LIBS相比传统的光谱分析方法，如原子吸收光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱分析法，其突出的优点是可以同时对各种元素进行检测，且无需对样品预处理或者仅需简单的样品粉碎等前处理，可满足实时快速（数秒钟就可以得出结果）、灵敏（检测限达到10－6～10－12，固体：10-6～1μg/g，液体：10-6～1μg/mL），无接触现场原位探测的需求（侯冠宇等，2013；李颖，2011）。

综上所述，LIBS在饲料中铜和锌元素含量的检测的应用是可行的 （郑美兰等，2014；韩见同，2012；林永增等，2012）。

2 结论与展望

2.1 饲料中铜、锌含量超标不仅对人体健康造成严重危害，而且对环境将造成严重污染，应重视和加强监测工作。如今饲料中铜和锌等微量元素的检测技术日渐成熟，微波消解-原子吸收光谱法在饲料微量金属检测中具有快速、简单、安全、准确等特点；分光光度法具有仪器比较简单、价格较低廉等优点；电感耦合等离子体质谱与传统方法相比，具有简单快速、灵敏度高、能够同时测定多种元素的优点。

2.2 LIBS方法是农产品中铜锌检测的一种先进方法，其突出优势在于可对多种元素同时检测，且无需对样品预处理或者仅需简单的样品粉碎等前处理，能满足实时快速，无需接触现场检测。然而该方法在饲料上的检测应用，目前相关报道较少，大量研究工作有待开展。

2.3 饲料检测技术的发展方向可主要分为四个部分：饲料检测技术标准化（国家标准将规范饲料检测技术的使用和应用范围，并且严格规范在哪些情况下必须使用饲料检测技术对饲料质量进行检测）、快速检测技术的普遍应用（要求饲料检测技术检测效果好、使用装置便捷、检测误差小、检测成分多样性、检测速度快、检测过程简单以及检测成本较低）、饲料检测技术更新速度快（要求饲料检测技术要相应的进行技术更新）以及检测范围更广泛（需要饲料检测技术检测范围越来越广，以检测出更多的有害物质，从而保证饲料质量）等（何芳明，2013）。努力研究出更高效、更方便、更安全的检测方法，为保障饲料安全提供了重要技术手段，为确保人类生活环境的健康和可持续发展奠定了重要基础。

[1]柏云江.铜锌砷等过量对饲料安全的影响及对策 [J].现代畜牧兽医，2010，3∶55～57.

[2]陈新焕，王正良，熊芳，等.微波消解-火焰原子吸收光谱法测定饲料中铁铜锰锌[J].理化检验∶化学分册，2006，42（12）∶1050～1051.

[3]曹洪，吴允凯，周浩丰.微波消解-原子吸收法测定饲料Fe，M n，Cu，Zn含量[J].科技视界，2013，33∶65～65.

[4]邓学法，杨国明.微量元素对小猪生长发育的影响[J].饲料研究，1983，3∶1～2.

[5]董志岩，方桂友，童斌，等.饲料中不同铜，铁，锌水平对早期断奶仔猪生长性能及相关酶指标的影响[J].福建农业学报，1999，14（4）∶42～46.

[6]高祝兰.毛皮动物尸体剖检技术的应用[J].现代畜牧兽医，2006，10∶39～40.

[7]何芳明.饲料检测技术的研究现状及发展方向[J].当代畜牧，2013，6∶29～30.

[8]侯冠宇，王平，佟存柱.激光诱导击穿光谱技术及应用研究进展[J].中国光学，2013，6（4）∶490～500.

[9]韩见同.烟草中金属元素的LIBS技术定量分析∶[硕士学位论文][D].兰州∶西北师范大学，2012.

[10]林永增，姚明印，刘木华，等.LIBS装置检测赣南脐橙中Cu元素时的参数范围分析[J].光谱学与光谱分析，2012，32（11）∶2925～2928.

[11]李颖.LIBS在金属元素定量分析中的应用及其影响因素研究∶[博士学位论文][D].青岛∶中国海洋大学，2011.

[12]李雯，杜秀月.原子吸收光谱法及其应用[J].盐湖研究，2003，11（4）∶67～72.

[13]梁兆斌，韦衢.微波消解一原子吸收法测定饲料中Pb Cd Cu Zn含量[J].畜牧兽医科技信息，2015，9∶32～34.

[14]廖峰，李云.分光光度法测定饲料添加剂中的铜含量[J].四川畜牧兽医，2001，28（3）∶19～20.

[15]商军，沈富林，王蓓，等.微波消解—火焰原子吸收光谱法测定饲料中铜铁锌锰含量[J].中国饲料，2003，13∶21～22.

[16]王建辉，康琳.猪饲料中高铜，高锌的危害[J].当代畜禽养殖业，2003，9∶40～42.

[17]王慧，黄美州，王胜义，等.微量元素硒，铜，锌在饲料添加应用中存在的问题与对策[J].畜牧与兽医，2015，8∶123～126.

[18]王建伟，张娜珍，侯可勇，等.LIBS技术在土壤重金属污染快速测量中的应用[J].化学进展，2008，20（7）∶1165～1171.

[19]王培龙，苏晓鸥，高生，等.应用电感耦合等离子质谱测定饲料中的微量元素的研究[J].光谱学与光谱分析，2007，27（9）∶1841～1844.

[20]肖亚兵，蔡国瑞，王伟.电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术进展[J].食品研究与开发，2013，34（8）∶124～129.

[21]许洪光.土壤中重金属元素的LIBS实验研究∶[硕士学位论文][D].芜湖∶安徽师范大学，2007.

[22]叶少媚，李浩洋，陈海莹，等.电感耦合等离子体发射光谱法测定配合饲料中钙，铜，铁，镁，锰，钾，钠和锌含量的方法研究[J].粮食与饲料工业，2015，10∶62～64.

[23]袁磊.饲料中微量元素含量及影响因素[J].中国饲料，2001，22∶16～17. [24]杨凡，孟庆雄，彭珍华，等.电感耦合等离子体质谱联用技术应用进展[J].现代仪器，2012，18（5）∶1～6.

[25]郑美兰，姚明印，陈添兵，等.共线DP-LIBS定量分析水中Cu含量的试验研究[J].光谱学与光谱分析，2014，34（7）∶1954～1958.

[26]朱明华.仪器分析（第二版）[M].北京∶高等教育出版社，1993.

[27]张旭.激光诱导击穿光谱技术定量分析赣南脐橙中镉与铜的实验研究∶[硕士学位论文][D].南昌∶江西农业大学，2013.

[28]张穗娟，李琼芳，莫海洪.NPBPT-CPB体系分光光度法测定饲料中的锌[J].中国饲料，2009，7∶36～37.

[29]张利庠，纪海燕.饲料安全与环境污染治理[J].环境保护，2007，1∶65～68.

[30]张小琴，陆小凤.微波消解样品-火焰原子吸收光谱法测定饲料中的微量元素铁，铜，锰，锌[J].当代畜禽养殖业，2014，4∶3～5.

[31]van der Aar P，金立志.猪配合饲料中铜和锌的需要量的最新研究进展[J].饲料工业，2013，34（12）∶1～5.■

Feed detection is an important technicalmeans to protect the safety of feed.In this paper，from the atomic absorption spectroscopy，spectrophotometry inductively coupled plasma atomic emission spectrometry and inductively coupled plasmamass spectrometry，laser-induced breakdown spectroscopy in recent years to feed in copper and zinc detection technology and methods were reviewed，the detection methods and research progress were analyzed，and application and development of copper and zinc in feed detection technology for the futurewere prospected.

trace element；feed；detectionmethod

S816.17

A

1004-3314（2016）22-0029-03

*通讯作者

DOI∶10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20162209