饲料中5种有害重金属的检测方法研究

■徐爱平 杜应琼杜瑞英 李 蕾 陈永坚

(广东省农业科学院农产品公共监测中心农业部农产品质量安全检测与评价重点实验室，广东广州 510640)

饲料是含有一种以上养分，能被畜禽采食、消化和利用的物质。饲料按成分可分为：饲料添加剂、预混料、浓缩料和全价饲料等，饲料的安全关系到食品安全和环境安全。铅、镉、铬、砷和汞是当前饲料中存在主要安全隐患的五种重金属元素，它们会被动物吸收，蓄积在肝脏和肾脏等器官中，然后通过食物链进入人体，危害身体健康。另一方面，大量没有被动物吸收的有害重金属通过排泄物进入土壤和水体中，对环境造成污染[1]。

现行国家标准对饲料中铅、镉、铬、砷和汞含量的检测标准方法分别为GB/T 13080—2004[2]、GB/T 13082—1991[3]、GB/T 13088—2006[4]、GB/T 13079—2006[5]和GB/T 13081—2006[6]。样品通过盐酸加热溶解、微波消解或高温灰化，然后分别采用火焰原子吸收光谱仪和荧光分光光度仪测定[7]。这些方法各自独立，前处理方法复杂多样，样品经处理后，只能对每种元素单独进行测定，检测周期长，线性范围窄，试剂使用量大，对矿物质含量特殊的饲料样品检测存在一些技术问题。因此需要建立一套稳定、系统、快速的检测方法对这五种有害金属元素进行测定，为饲料的安全性评价提供科学依据。

电感耦合等离子体发射光谱技术是近二三十年发展起来的分析测试技术，其具有检出限低、线性范围宽、干扰小、精密度高等特点，且可多种元素一次性同时测定，能满足复杂体系的痕量或超痕量元素分析[8-9]。原子荧光分光光度计是我国自行研制的仪器，测砷和汞稳定性好、灵敏度高。电感耦合等离子体发射光谱仪和原子荧光分光光度计在食品、药品、生物和环境等领域有广泛应用。

采用ICP-AES法同时测定饲料中铅、镉和铬的含量，效果好，一次能同时准确测定这三种元素，但测定砷和汞时干挠较大，灵敏度低，很难满足国标饲料标准中对砷和汞的限量要求，而采用荧光分光光度计能很好地解决这个问题，测定砷和汞效果好。

该方法主要采用9+1混合酸（硝酸和高氯酸）消解包括饲料添加剂、预混料、浓缩料和全价饲料等不同类型的饲料样品，定容后分取样液用ICPAES和AFS测试，系统解决饲料中这五种重金属元素的测定，建立简便、快速、有效的检测方法，为避免饲料重金属引起的食品安全和环境问题提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

iCAP6000型电感耦合等离子体发射光谱仪（美国Thermo公司）；AFS-9310原子荧光分光光度仪（北京吉天仪器有限公司）；EG20A-plas石墨电热消解仪（莱伯泰克公司）；AL104-IC电子天平(METTLER TOLEDO)；超纯水仪(南京EPED仪器公司)。

1.2 铅、镉、铬、砷和汞标准液

五种标准溶液均为1 000 μg/ml（国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院），高氯酸、盐酸（优级纯，广州化学试剂厂）；硝酸（优级纯，Merck公司）；硼氢化钾（分析纯，天津科密欧）；硫脲（分析纯，天津大茂）；试验所有用水均由怡宝纯净水经超纯水仪制备。

1.3 试验方法

1.3.1 样品前处理

采集具有代表性的饲料样品，经四分法缩分后，取200 g左右烘干，磨碎，过1 mm筛混匀备用。准确称取已粉碎混匀的饲料试样0.750 0 g(精确到0.000 1 g)于50 ml烧杯中，加入混合酸10 ml，盖上表面皿，放置过夜，然后在石墨电热消解仪上消化，先120℃加热，待大量棕色烟雾冒出后每半小时升高20℃，直至180℃，持续加热，消化液冒白烟时消化完毕，取下冷却，加入2.5 ml 50%盐酸和2.5 ml 5%硫脲，转移至25.00 ml容量瓶中用超纯水定容待测，每个样品七个平行，同时做七个空白对照。

1.3.2 标准溶液的配制

由于ICP-AES法具有较宽的线性范围，在优化条件下，铅、镉、铬在0～8 000 μg/l有良好的线性关系，考虑到样品中铅、镉、铬的含量和产品限量标准，标准溶液经逐级稀释，配制成所需使用液，铅、镉、铬混合标准使用液中铅和铬的浓度为0、0.100、0.500、1.000、1.500、2.000 mg/l；镉的浓度为 0、10.0、50.0、100.0、150.0、200.0 μg/l。砷标准使用液浓度为0、1.00、2.00、5.00、10.0、15.0、20.0 μg/l；汞的标准使用液浓度为0、0.10、0.20、0.50、1.00、1.50、2.00 μg/l。

1.3.3 仪器测定件

ICP-AES测铅镉铬：铅、镉、铬分析波长分别为220.353、228.802、283.563 nm；射频功率1.150 kW；等离子氩气流量22 L/min；辅助气流量0.5 L/min；冷却气流量18 L/min；泵速50 r/min；进样延迟15 s；清洗时间10 s；读数时间30 s。

AFS测砷：负高压270 V；灯电流60 mA；原子化器高度8 mm；载气流量400 ml/min；屏蔽气流量800 ml/min；读数时间7 s；延迟时间0.5 s；分析信号为峰面积。

AFS测汞：负高压270 V；灯电流30 mA；原子化器高度8 mm；载气流量400 ml/min；屏蔽气流量800 ml/min；读数时间7 s；延迟时间1.0 s；分析信号为峰面积。

2 结果和分析

2.1 前处理方法的选择

2.1.1 消解方法

试验中采用了干灰化法、湿法消解法和微波消解法处理不同类型的饲料样品，结果显示：干灰化法处理样品速度慢、部分全价饲料要多次灰化，加入硝酸消煮才能完全消解，待测元素铅、砷和镉易挥发损失，汞基本全挥发，因此无法采用该方法同时对这五种元素进行前处理。微波消解的优点是耗时短，酸用量少，消化温度低，适宜基质单一的样品消解，但样品消解后，要转移赶走的剩余酸液，过程相对复杂。饲料样品种类繁多，基质复杂，有些含油量高饲料样品使用微波消解，易爆，有一定的安全风险，另一方面，由于消解温度低，有机砷不能彻底分解成无机砷，测定时，总砷结果会明显偏低。湿法消解法耗时稍长，但设备造价低，使用方便，可同时对不同组分的饲料进行批量前处理，使用该方法还可通过加大称样量提高检出限。根据饲料样品多样性的特点，对5种元素进行分析，采用湿法消解是比较好的前处理方法。

2.1.2 消解液

样品常用消解液有盐酸、硝酸、高氯酸、浓硫酸、双氧水及其混合液，试验中我们采用不同混合消解液进行比对，发现硝酸和高氯酸（9+1）混合酸能很好地对不同类型、不同组分的饲料完成消解，混合酸中高氯酸比例低，冒白烟时消解完成，克服湿消解前处理耗时长的缺点。另一方面，选择硝酸和高氯酸混合酸消解体系，高温处理，可将有机砷完全转化成无机砷，保证了总砷含量测定的准确性。

2.1.3 消解温度

铅、镉、铬、砷和汞中，采用湿法消解，电热板温度高于200℃时，对铅、镉、铬和砷的消化无影响，汞是比较容易挥发的元素，损失较大，当电热板温度低于180℃，汞能很好的保留在消化液中，测定结果准确。因此，同时测定这5种元素时，电热板最高加热温度不易超过180℃。

2.2 上机条件的选择

2.2.1 ICP-AES测铅、镉和铬

用光谱仪器进行元素分析时存在光谱干扰和非光谱干扰，对ICP-AES来讲，非光谱干扰即基体效应相对比较小，测定时对结果影响不大。光谱干扰主要是背景干扰和谱线干扰，ICP-AES根据软件设置，能有效降低背景影响，谱线干扰方面，可根据仪器波长谱线库资料，以谱线强度高（高含量元素采用弱线）、线性好、无谱线重叠或谱线干扰少、仪器检出限低为原则，通过对不同元素谱线分析，结合以上原则，测定饲料铅、镉和铬最佳分析谱线分别为220.353、228.802 nm和283.563 nm。

2.2.2 AFS测砷汞

原子荧光法测定时，样品溶液酸化和载流中一般采用盐酸，这样有利于氢化物发生过程的稳定。 在测定汞和砷使用同一样品消解溶液的情况下，我们选用盐酸载流体系，测定结果稳定，线性关系良好。硼氢化钾作为生成原子态氢的重要试剂，其浓度直接影响氢化物发生过程的稳定性，浓度过高，氢气生成量过大，灵敏度下降、重现性差，同时还会产生各种干扰；浓度过低，氢气生成量过小，则氢化物不易生成。试验中，根据待测溶液中砷和汞的浓度，选取硼氢化钾溶液浓度为1.0%，效果良好。

2.3 标准曲线和检出限

按上述仪器工作条件，由低浓度至高浓度依次测定系列标准工作溶液，每个点重复测定2次取平均值，得出相应的发射强度，以浓度为横坐标，发射强度为纵坐标制作标准曲线，计算回归方程及相关系数r值，见表1。同时测定7份空白溶液重金属含量，计算标准偏差，按公式MDL=t(n-1，0.99)×S[式中n为样品的平行测定次数；t为当自由度为n-1、置信度为0.99时的t分布(单侧)；S为n次平行测定的标准偏差]。计算方法的检出限，其数值约为标准偏差的4倍。

表1 方法线性关系和检出限

从表1可看出，各元素在选定的线性范围内，谱线强度和对应元素浓度呈良好的线性相关关系。相关系数r都在0.999 6以上，检出限在0.01 mg/kg以下，符合国家饲料样品标准对检出限的要求。

2.4 方法的精密度和加标回收试验

按试验方法对4种不同类型的5个试样各称取14份，其中7份加入一定量的铅、镉、铬、砷、汞标准溶液消解，做加标回收试验，测定结果取平均值，数据见表2，加标回收率在95.5%～103.0%之间，RSD小于4.8%，表明该方法准确、可靠。

表2 精密度和加标回收试验(n=7)

3 结论

系统地建立了不同类型饲料五种有害重金属的检测方法，样品经硝酸和高氯酸（9+1）消解，利用电感耦合等离子体发射光谱仪和原子荧光分光光度仪分别测定饲料样品中铅、镉、铬、砷和汞5种重金属含量，结果表明：各元素在标准溶液浓度范围内，线性关系良好，方法检出限在0.003～0.010 mg/kg之间，相对标准偏差小于4.8%，该方法准确、灵敏度高，简单方便，适于不同类型饲料中这五种重金属检测。