水产品中重金属检测能力验证关键技术控制与分析

史永富，田良良，黄宣运，顾润润，袁瑞，黄冬梅，蔡友琼

(中国水产科学研究院东海水产研究所，农业部水产品质量监督检验测试中心(上海)，农业部水产品质量安全控制重点实验室，上海 200090)

水产品中重金属检测能力验证关键技术控制与分析

史永富，田良良，黄宣运，顾润润，袁瑞，黄冬梅，蔡友琼*

(中国水产科学研究院东海水产研究所，农业部水产品质量监督检验测试中心(上海)，农业部水产品质量安全控制重点实验室，上海 200090)

水产品中重金属能力验证是衡量水产品检测实验室检测水平的方法之一。文章从样品消解、仪器性能、标准曲线以及质量控制等方面进行分析，总结了对水产品中重金属铅、镉、总汞、总砷检测能力验证的关键技术的要点控制，以确保获得相对准确的能力验证结果。检测能力验证对实验室检测资质的评价，实验室水产品检测水平的提高具有重要意义。[中国渔业质量与标准，2017,7(2):24-29]

水产品；重金属；检测；能力验证；关键技术

重金属污染物向环境的释放，导致河流、湖泊、海洋受到污染，水产品质量安全受其影响日益突出，水产品中重金属问题是世界范围普遍关注的食品安全问题。中国水产品中重金属污染情况根据地区划分来分析，华南地区水产品中，软体、虾蟹、贝壳类生物重金属镉(Cd)污染比较普遍，特别是贝壳类生物，受Cd污染较为严重；华东地区水产品中重金属铅(Pb)、Cd污染比较普遍，受污染品种主要集中在虾、蟹、贝壳类生物，华东的浙江地区，重金属砷(As)的污染严重，且主要集中在海水蟹类；华中的湖北地区，受重金属污染的水产品很少，而河南地区，重金属污染严重，水产品中Pb、As、Cd、汞(Hg)污染较为普遍 ；东北地区水产品的重金属污染问题主要为 Pb、Cd污染 ，而Cd污染较为严重，污染品种以贝类为主[1]。由此可见，水产品中常见的有毒有害重金属有Pb、Cd、Hg和As等[2-3]。

准确地对水产品中有毒有害重金属进行定量分析，对于评价水产品食用安全性具有重要意义。重金属能力验证是评价实验室重金属检测能力的有效手段[4]。能力验证是利用实验室间比对，按照预先制定的准则评价实验室技术能力的外部质量保证活动，是实验室内部质量控制程序的补充。水产品中重金属的检测分析过程中主要的关键技术为样品的消解、分析仪器的分析性能、标准溶液的配制、标准曲线绘制以及质量控制，本文以常见重金属Pb、Cd、Hg和As为例，将对水产品中重金属检测过程中的关键技术进行分析，通过对关键技术的控制，以获得准确的检测结果，为水产品中重金属的含量提供准确的数据。

1 关键技术分析

1.1 样品消解

一般而言，水产样品中重金属以化合态存在，在检测重金属含量前，需要对样品进行消解，使其中的重金属以离子状态存在才能客观准确地分析[3]，样品的消解是分析过程中的重要环节。传统的预处理方法主要包括湿法消解和干灰化法，随着发展，陆续出现了压力罐消解法、微波消解法以及基于湿法消解的全自动石墨消解仪等。其中湿法消解操作简便，无需特殊设备，但酸的用量大，消解时间长，且易造成元素挥发损失，影响样品之间结果的平行性；干灰化法步骤多，灰化时间长，增加了元素损失的可能性，样品平行性差；压力罐消解法在密闭加压容器内，借助烘箱升温，在加热加压下进行湿法消解，较开放式湿法消解，在密闭环境中，减少了易挥发元素的损失，减少了有毒气体的直接排放，但对容器耐受度要求高，存在一定安全隐患[5-6]，且消解时间长；微波消解法是微波快速消解和高压密闭消解的结合，酸用量少，消解彻底且时间短，样品平行性好，是目前各实验室较常用的样品消解方法。

1.1.1 水产品中铅和镉的消解

国家标准(GB5009.12—2010、GB5009.15—2014)中规定了水产品中铅和镉的消解及检测方法[7-8]，在能力验证的过程中，可根据国家标准中列出的消解方法选择所在实验室适合的消解方法。进行实验时，首先保证实验室环境洁净，所用试剂空白值符合要求。

采用湿法消解时可在电热板上铺上石英砂或石棉布，以确保受热均匀、恒温，逐级升温，避免暴沸、溅失。样品消解温度≤180 ℃，避免待测元素损失。消解过程中要注意观察，避免碳化，若溶液颜色变深，则停止加热，冷却后补酸，继续加热消解，湿法消解时所用高氯酸易对铅、镉测定产生干扰，同时缩短原子吸收石墨管寿命。因此，样品消解后要赶尽高氯酸，冷却定容待测，同时增加试剂空白的数量，保证准确。

采用压力罐消解时，消解时间较长，对加入试剂的量，以及压力罐的安装尽最大程度保持一致，保证每只压力罐的温度保持一致，这样可提高样品结果之间的重复性。

干法灰化，目前各实验室采用的较少，影响此法的关键点在于碳化时温度的控制，以及在马弗炉进行灰化时，样品灰化的彻底与否，由于样品之间碳化、灰化程度不能保证完全一致，在样品的重复性与准确性方面，此法优势不明显且处理时间长。

采用微波消解法时，控制消解罐以及试剂的本底干扰，虽然此消解法用酸量小，但要保证消解充分的酸量以及保证消解的温度及时间，因为此法升温程序皆由程序可控，故样品之间消解程度高度一致，保证了样品的重复性和准确性。国家标准中提到样品消解后，需要经赶酸后再进行分析，但未提及具体的赶酸温度，根据大量的数据及能力验证结果表明，铅的结果受赶酸温度影响较大，一般为避免赶酸过程中元素的损失，铅的赶酸温度应控制在150 ℃左右，镉的赶酸温度应低于180 ℃。

1.1.2 水产品中砷的消解

在能力验证中，涉及到砷指标的考核，一般皆为总砷。水产品中总砷的消解较其他食品类，有较大差异，这主要因为水产品中砷形态复杂，包括砷酸盐(AsV)、亚砷酸盐(AsIII)、一甲基砷化合物 (MMA)、二甲基砷化合物(DMA)、三甲基砷氧化物(TMAO)、砷甜菜碱(AsB)、砷胆碱(AsC)和砷糖(ASS)等[9-10]。一般而言，将各形态砷化合物完全消解转化为无机态，是准确定量的基础，而根据所使用分析仪器的不同，水产品中总砷的消解方法也有所差异。国家标准中(GB5009.11—2014)前两法给出了电感耦合等离子体法(ICP/MS)以及氢化物原子荧光光谱法(AFS)，在能力验证过程中，如果采用ICP/MS法检测，微波消解即可满足分析的需要，而如果采用AFS方法，则需采用国家标准中所列湿法消解进行。本实验室在进行总砷分析时，研究得出采用微波消解与湿法消解结合，既减少了酸的用量，又可达到准确定量[11]。先采用硝酸双氧水体系对样品进行微波消解，经微波消解后，除已变成无机砷的砷化合物外，动物性海产品中大部分的砷甜菜碱和砷胆碱，经中间体TMAO后转变成DMA；此时将消解液转移至锥形瓶中，加入高氯酸、浓硫酸，置于加热板上，加热至高氯酸白烟冒起后，继续加热，此时除二甲基砷酸外，其他形态的砷化合物大部分已转化为无机砷；高氯酸白烟变淡后，继续加热，此时消解液变成黄绿色，此为高氯酸在高温下分解产生的氯气溶解在溶液中所产生的颜色；继续加热至高氯酸完全分解挥发，此时消解液颜色会由黄绿变为透明，继续加热待硫酸白烟冒起，持续5 min，此时整个消解过程结束，动物性海产品中的砷已完全转化为无机砷。图1所示即为有机砷向无机砷转化的反应式，也是决定能否准确检测总砷的关键步骤。

本实验室采用不同消解方法消解检测总砷时，实验结果如表1所示，在采用不同消解方法处理质控样品会导致总砷分析结果的差异性。

1.1.3 水产品中汞的消解

在进行水产品中汞的能力验证过程中，根据采用的分析仪器，消解方法也有所区别。可采用直接测汞仪进行分析，此分析方法，由于可以直接固体进样，样品无需消解，方便快捷，准确，但是由于进样量小，所以对样品均一性要求极高，样品必须非常均匀，检测结果才能准确可靠。另外国家标准(GB5009.17—2014)中也规定了原子荧光光谱法(AFS)检测总汞[12]，样品预先经过消解，采用AFS进行分析，与铅、镉、砷相比较，汞的消解不同之处在于汞元素具有易挥发的特性，所以消解时温度不能太高，按照国家标准中所列，在采用压力罐消解时，温度控制在140～160 ℃；在采用微波消解法时，消解温度为160 ℃，在消解结束后，置于100 ℃左右的电热板上，赶去红棕色气体后，冷却，定容后待测。

1.2 分析仪器的性能

对于重金属元素的分析检测，目前的方法主要有电感耦合等离子体质谱法(ICP/MS)、原子吸收光谱法(AAS)、原子荧光光谱法AFS、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP/AES)以及酶联免疫法、生物传感器法等新兴方法[2]。但在能力验证过程中，最常用的还是前3种仪器定量法。分析仪器的性能直接决定检测结果的准确与否。

图1 砷甜菜碱和砷胆碱消解转化机理Fig.1 Digestion mechanism of arsenobetaine(AsB) and arsenocholine(AsC)

表1 不同消解方式测定结果比较Tab.1 Comparision on determintaion results of different pretreatment methodsn=4

消解方式Digestionmethod测定值/(mg·kg-1)Measuredvalue相对标准偏差/%RSD标准物质参考值/(mg·kg-1)Referencevalueofstandardsubstance相对误差/%Relativeerror微波消解2.805.6111.2075.00微波-湿法消解结合10.802.0011.203.60

1.2.1 原子吸收光谱仪

采用原子吸收光谱仪分析铅和镉时，主要用石墨炉法，为了保证仪器的性能，要经常检查空心阴极灯、氘灯。如果是连续光源原子吸收光谱仪，要定期检查氙灯的能量，并定期清洗透镜，保证光路的清洁；另外由于石墨管使用寿命有限，要经常检查、清理石墨管上残留，如果石墨管出现了涂层爆皮或开裂等，则需要及时更换，以避免石墨管引起的性能误差；仪器所用的氩气气源必须符合标准。

在进行原子吸收光谱仪分析时，往往容易受到各种因素的干扰，影响分析精度，常见的干扰有光谱干扰。谱线干扰是由单色器光谱通带内进入了发射线的临近线或其他吸收线引起的，因此可通过提高仪器分辨度来减小误差，此外，还可以通过降低灯电流或者选择没有干扰的其他吸收线的方法，从而将共存的干扰元素分离出来。背景干扰是在原子化过程中，由于分子吸收和固体微粒产生的光散射而造成的干扰效应，是无法消除的，在具体实践中，通常采用抑制或校正背景干扰的方法来减小误差。在石墨炉原子吸收光谱分析中，常添加基体改进剂，选择性地抑制分子吸收的干扰。此外，还可以采取光谱背景校正的方法降低测定误差，即先对背景吸收进行测定，确定背景吸收的值，再在待测物测定后去掉这部分误差值。优化灰化、原子化温度以及控制载气的纯度对于消除干扰、获得精确的分析结果也很重要[13-15]。

1.2.2 电感耦合等离子质谱仪

电感耦合等离子质谱仪能够同时进行多元素分析，是目前最常用的元素分析仪器。为了保证仪器的性能，要经常检查仪器的雾化器、矩管、采样锥及截取锥，检测样品数量多，容易导致采样锥截取锥上积盐或者残留，影响仪器灵敏度，要经常清洗更换；进样管路以及在线内标管路要经常检查更换，以免进样不通畅及管壁吸附；定期做调谐及性能报告，保证仪器处于最佳性能状态。

电感耦合等离子体质谱定量过程中同样存在一些干扰因素，如基体酸的影响、氧化物和氢氧化物、同位素影响、复合离子影响以及双电荷离子影响等。样品溶液中含有硝酸、磷酸和硫酸时，可能会生成N2+，PO+、P+，ArP+等离子，这些离子对Si、Fe、Ti等测定产生干扰，遇到这种情况的干扰，可以通过选用被分析物的另一种同位素离子得到消除，同时尽量避免使用高浓度酸，并且尽量使用硝酸，可减少酸的影响。金属元素的氧化物在ICP中是完全可以离解的，但在取样锥孔附近，由于温度稍低，停留时间长，于是存在重新氧化的可能，氧化物存在，会使原子离子减少，因而使测定值偏低，可利用Ce+和CeO+强度之比来估计氧化物的影响，通过调节取样锥位置来减少氧化物的影响。常见的同位素干扰有40Ar+干扰40Ca+，58Fe干扰58Ni，113In干扰113Cd+等，选择同位素时要尽量避开同位素的干扰；其他方面的干扰主要有复合离子干扰和双电荷离子干扰等。复合离子包括40ArH+、40ArO+等。对于第二电离点位较低的元素，双电荷离子的存在也影响测定值的可靠性，可以通过调节载气和辅助气流量，使双电荷离子的水平降低。

1.2.3 原子荧光光谱仪

原子荧光光谱仪灵敏度高，操作简单，可用作分析汞、砷等元素。为了保证仪器的性能，要经常检查连接管路，是否有破损漏气，保证载气和屏蔽气通畅；要定期检查炉心中的管路是否通畅，以免氢化物还原反应剧烈导致的气液混合物通过气液分离器冲入管路及炉心，造成堵塞，导致零响应值或灵敏度低，甚至导致炉丝熔断。

在进行原子荧光分析时，仪器还有可能受到多方面的干扰，比如光源的漂移和波动、试剂、气源等。光源是原子荧光光谱仪中重要的部分，直接影响仪器测量结果的准确性和稳定性，但是空心阴极灯随温度的变化其光强度变化很大，尤其是汞灯，在分析时，更应引起注意，为了避免汞灯的漂移，仪器开机后，有足够的时间预热光源，可采用大电流预热，小电流实测，进行样品分析前，一般空载做30个样品左右，汞灯可趋于稳定状态；外部工作环境对仪器稳定性也有很大影响，温度过低氢化反应速度、效率降低，稳定性变差，易出现波动，温度过高则氢化反应加剧，样品不稳定，同样导致稳定性变差，工作环境温度应控制在15～35 ℃；另外，实验用水建议使用阻值在18 MΩ以上的纯净水，酸应是优级纯或更高纯度，原子荧光气路系统多用氩气，纯度要求在99.99%以上。

1.3 标准曲线

标准曲线与目标化合物的定量结果准确与否密切相关。进行标准工作溶液配制时，所使用标准溶液必须为有效期内的有证标准溶液，配置过程中所用的移液管、容量瓶等必须经过计量，实验用水必须满足GB/T6682所规定的一级用水标准，以保证无干扰元素的存在。

标准曲线相关系数在达到0.999以上时定量较准确。标准曲线的截距反映了系统误差和随机误差，斜率反映了灵敏度，在进行标准曲线绘制及定量时，应尽量保证标准曲线的溶液组成及比例与待测试样一致，待测溶液的浓度值应在标准曲线线性范围内，且应尽量使待测溶液浓度值点落在标准曲线浓度范围中间，以保证能够取得较为准确的定量结果。

1.4 质量控制

在能力验证过程中，质量控制是能否取得满意结果的关键步骤，也是用来评价所用方法是否适用的一个重要指标。一般常用的质量控制方法为加标回收率法和标准物质法(质控样品)。

作为内部质量评价的一个重要手段，加标回收率法从某种程度可以反映出被测样品的数据的准确度。一般来说，加标回收率的测定方法会首先选定一种样品的子样，在其中加入定量的标准物质，然后将它的测量结果减去样品本体的测定值，就能得到该样品的标准物质加标回收率。公式为：P( 回收率 )=( 加标试样测定值 - 试样测定值 )/ 加标量×100%。

但对于水产品中重金属检测时，加标回收率往往并不能确切代表方法的准确性。以砷为例，由于加入的砷标准溶液本身即为无机态，即使样品中总砷并没有完全消解转化为无机态，此时也可获得满意的加标回收率，从而使得检测结果偏低，所以为了更加准确地进行质量控制与方法评价，应使用与待测盲样基质类似的质控样品。质控样品是具有准确量值的测量标准，如果检测得到质控样品中目标元素值在准确量值范围内，则可确定所使用的方法及实验操作过程的准确性，可以更大程度地保障数据的准确[16-17]。因此，在进行能力验证时，建议使用与待测盲样基质类似的质控样品进行质量控制。

另外检测机构在进行日常内部质量控制时应定期使用有证标准物质进行监控和评价，可分别使用相同或不同方法进行重复检测或校准，对存留样品进行再检测或再校准；并对不同方法之间数据的差异进行分析，通过类似的质量控制既可以提高检测人员对于标准方法的掌握程度以及操作的标准性以及可控性，也可以对分析仪器性能进行掌握，对于能力验证具有重要作用。

1.5 其他方面

1.5.1 人员

人员是能力验证中最主要的主体，所在实验室要定期开展内部质量控制工作，包括技术培训，实验室内部的人员比对、仪器比对，参加实验室间比对等[13]，提高实验人员的技术能力和实践心理应对能力。能力验证过程中做到专人负责，配备辅助人员，能力验证前按照检测方法要求准备仪器设备、器皿、试剂等，按照检测方法配制试剂、标准溶液等，负责人应全程参与样品的保存、称样、样品消解、仪器操作和定量报告，及时发现实验过程中的问题，做到零失误，实现数据的可控性以及可重复性。

1.5.2 试剂耗材与器具

试验中所用试剂耗材应满足痕量元素分析的要求，实验所用消解罐、容量瓶等玻璃器皿使用之前需要经过硝酸溶液(1+5)浸泡24 h以上，超纯水冲洗3遍，通过控制试剂耗材与器具，使试剂空白本底值满足实验要求。

2 小结

能力验证是实验室自身、实验室客户、实验室认可机构等评定实验室检测能力的关键依据[13]。水产品中重金属能力验证过程中，实验人员应充分考虑水产品基质的特殊性、成分的复杂性以及其中重金属形态的多样性，加强平日内部及外部质量控制工作，从人、机、料、法、环、测各环节进行严格管理与控制，提高实验室重金属检测水平，实验室在获得能力验证结果报告之后，应对能力验证过程及结果进行系统分析，规范检测技术，优化实验室管理流程，不断提高实验室的可信度，保证数据报告的准确性。

[1] 陈海仟, 吴光红, 张美琴, 等. 我国水产品重金属污染现状及其生物修复技术分析[J]. 科学养鱼, 2010(3):3-5.

[2] 黄安香, 姬宁, 杨霞, 等. 食品中重金属的检测技术应用进展[J]. 应用化工, 2016, 45(9): 1777-1780.

[3] 黄亮亮, 吴志强, 李艳红, 等. 鱼体重金属检测方法的研究进展[J]. 安徽农业科学, 2013,41(14): 6305-6307.

[4] 谢庆楠. 能力验证在认可实验室的应用[J]. 现代测量与实验室管理, 2016(4):40-41.

[5] 朱奕, 葛飞, 许雄飞. 微波消解 ICP—OES法同时测定总悬浮颗粒物中多种重金属[J]．环境科学导刊, 2013,32(2): 112-115.

[6] 冯春明．土壤中重金属元素分析的前处理技术的现状[J ]. 科技视界, 2015(26):259-260.

[7] 中华人民共和国卫生部. GB5009.12—2010食品安全国家标准食品中铅的测定[M]. 北京：中国标准出版社, 2010.

[8] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会. GB5009.15—2014食品安全国家标准食品中镉的测定[M]. 北京：中国标准出版社, 2015.

[9] 孙建华, 王联珠, 林惠山. 水产品鲜样中无机砷的氢化物原子荧光检测方法探讨[J]. 水产科学, 2010, 29(6):366-368.

[10] 李卫华, 刘玉海. 高效色谱电感耦合等离子体质谱法分析海藻类海产品中砷的形态[J]. 分析试验室, 2012, 3(18):74-78.

[11] Shi Y F, Zhan Q Y, Yu H J. Digestion Mechanism Analysis of Total Arsenic Determination in Animal Origin Seafood by Atomic Fluorescence Spectrometry[C]∥Ding H B, Yuan Z. Biological Sciences and Technology(BST2016). Chicago Illinois : Atlantic Press, 2016:319-324.

[12] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会. GB5009.17—2014食品安全国家标准食品中总汞及有机汞的测定[M]. 北京：中国标准出版社, 2015.

[13] 贾婷. 原子吸收光谱仪日常维护与故障处理[J]. 广东化工, 2016, 43(15): 236.

[14] 刘小星. 原子吸收光谱分析中的干扰因素及消除方法[J]. 广州化工, 2012, 40(13): 17-18.

[15] 罗习文. 原子吸收分析法干扰因素与处理方法浅析[J]. 工业技术创新, 2016, 3(5):876-878.

[16] 张惠峰, 潘发林, 李霞. 水产品检测实验室的质量控制要点[J]. 计量与测试技术, 2015(11): 109-111.

[17] 吴蓓琦, 吴光红. 水产品检测实验室管理初探[J]. 分析试验室, 2008,27(S1):337-339.

Control and analysis for critical techniques of proficiency testing in thedetermination of heavy metal in aquatic products

SHI Yongfu, TIAN Liangliang, HUANG Xuanyun, GU Runrun, YUAN Rui, HUANG Dongmei， CAI Youqiong*

(East China Sea Fisheries Research Institute, Supervision and Test Center for Aquatic Products of the Ministry of Agriculture of China, Chinese Academy of Fishery Sciences(Shanghai)；Key Labrotary of Control of Quality and Safety for Aguatic Products，Ministry of Agriculture,Shanghai 200090, China)

The proficiency testing of determination of heavy metal in aquatic products is one of the important methods for evaluating the determination ability for aquatic products testing laboratory.By analyzing sample digestion, instrument performance, standard curve and quality control, the paper summarized the control mainpoints on key technology of proficiency testing for heavy metals (lead, cadmium, total arsenic and total mercury) in aquatic products in order to ensure relative accurate results for proficiency testing. Proficiency testing is an effective method for assessing laboratory qualification, and it is of great significance for improving the determination ability of aquatic products testing laboratory. [Chinese Fishery Quality and Standards, 2017, 7(2):24-29]

aquatic products; heavy metal; determination; proficiency testing; critical techniques

CAI Youqiong, caiyouqiong@163.com

2016-11-08；接收日期：2017-01-03

农业部公益性行业(农业)科研专项(No.201503108)

史永富(1983-)，男，博士，副研究员，研究方向为水产品质量安全与控制，xyzmn530@sina.com 通信作者：蔡友琼，研究员，研究方向为水产品质量安全与控制，caiyouqiong@163.com

S984.1+1

A

2095-1833(2017)02-0024-06