食品中重金属检测的前处理技术研究进展

□ 王莉莉 河南省粮食科学研究所有限公司

1 引言

随着我国工农业的高速发展，全社会对于食品安全问题也提高了重视，其中重金属污染是引发食品安全问题的主要原因之一，为了避免这类问题的出现，除了要加强环境监管以外，还需要重视食品生产、运输及销售等环节的污染问题。而食品中的重金属少且形态多样，分析仪器精密，针对性强，需要通过前处理将待测元素提取分离出来，常用食品前处理方法主要包含干法消化法和湿法消化法。由于二者耗时较长，所以业内人士与专家学者则提出要加强对前处理技术方法的研发，确保技术能够更加快速方便且有更高的提取率，这一研究也成为了食品重金属检测的主要方向。将更为高效的前处理技术方法融入到食品安全快速检测技术当中，能够减少基体干扰对快速检测的影响，保证快速检测的精准度。

2 食品中重金属快速前处理技术

2.1 微波消解技术

微波消解技术作为时下较为常见的食品处理技术，具体来讲就是将食品样品放在聚四氟乙烯消解罐中，添加浓酸之后将罐放在消解仪微波场当中，保证分子在微波电场作用下因为碰撞与摩擦而产生热量，从而对其中的酸和溶质进行加热，在密封罐内部发生氧化还原反应且释放热量，生成大量气体，整个容器内部形成高压，此时溶样酸的沸点、活性及氧化能力均有不同程度的提高[1]。采用微波消解前处理技术对食品进行重金属检测时，最常用到的酸便是硝酸，其作为一种强氧化剂，非常适用，且广泛应用于痕量元素的分析与检测。食品样品的主要成分基本为有机成分，在微波消解中会产生大量CO和HNO3的还原产物NO，所以在消解反应产生之后，内部压强会快速升高，HNO3处在1.01×105Pa压力中的沸点为120℃，当压力提高到5.05×105Pa时，沸点会高达176 ℃，此时能够加速食品样品的消解[2]。如果样品为难消解的物质，在采取这一前处理方式时要关注添加的酸的剂量，通过减少消解过程中释放出的气体量保证系统能够更快的降温与降压。

采取微波消解的前处理技术与方法，融合高压消解和微波快速加热两者的优势，能够明显提升食品样品消解效率，并且对于各类固体食品样品的重金属元素有更好的萃取效果，再加上食品样品始终处在密闭容器当中，隔绝了一切可能污染。目前，微波消解法已被美国环保总署采纳应用，许多食品重金属检测机构也将此作为主要的前处理手段，而且市面上的微波消解装置多样且成熟，该项技术在食品重金属的现场检测和实验室检测中都适用。

2.2 高压消解技术

高压消解法是另一种常见的快速前处理方法，它指的是利用外部高温高压加热罐，利用罐体的高温高压来消解固体样品。高压消解法的优势在于设备可同时大量消解多种样品，密闭抽风，能够最大程度避免样品损失。这样一来大大降低了消化成本，能够大规模应用。其缺点是高压高温的条件对实验室安全设施要求较高，对仪器材质要求高。反复使用对仪器壁材是个考验，要求其抗压抗酸能力很强[3]。

2.3 酸提取技术

酸提取技术方法主要是采用稀酸在温和条件下对食品中的重金属元素进行提取与检测，此方法不会破坏有机物完全破坏，而且该方法所用酸试剂剂量较少且对温度的要求偏低，既能减少能耗，也能降低污染，有效缩减了食品样品的前处理时间与材料成本。对于食品中的重金属元素而言，酸提取技术方法主要用到盐酸、硝酸等具有较强溶解能力的酸，致使食品样品中的重金属元素能够以盐的形式渗入到提取液当中，而且能够被仪器检测到。具体的提取效率会因为酸的不同种类和浓度而受到影响，并且对不同形态和类型的重金属阳离子造成影响。

一方面，酸的种类会影响到提取效果。综合前人研究总结来看，原因在于氯离子能够与金属中的阳离子络合且形成金属阳离子—氯络合物。采用酸提取技术方法可检测蔬菜可食用部分中的As元素，因为盐酸不仅能够与无机砷产生氯化物而提取无机砷，同时盐酸也不会与有机砷发生任何化学反应，所以能够完整保留砷在食品中的形态，有效分离有机砷和无机砷，该项技术方法在各类食品样品的无机砷提取中得到广泛应用。另一方面，酸的浓度会影响到提取效率。采用浓度在0.20%～0.50%的硝酸能够完全提取稻米中的镉元素，在确定这一定浓度之前，会发现如果硝酸浓度为0.01%，稻米样品的提取率仅有17%，而将浓度提升到0.20%之后，提取率会直接升至97%。

2.4 无需处理的直接进样技术

当前，随着检测技术的进一步发展，无需前处理的直接进样技术也逐渐发展开来。简单地说，直接进样技术就是以食品固体或者悬浮液的方式进行直接进样，后期完成监测过程，大大节省了前处理工序和实验材料，更加安全环保。具体来说，直接进样技术是是样品在进入检测器之前先通过碳材料或者金属材料的进样管，对于这种进样管可以采用外部加热的方式使样品中的有机物直接蒸发，有机物被消耗掉，金属元素原子化之后，再对其进行测定。但是这种技术目前还存在一些问题，比如悬浮液粘度较大，进样过程不够稳定，基体干扰噪声较大等。

2.5 固相萃取技术

固相萃取技术属于对食品样品进行分类、纯化、浓缩的关键性前处理手段，处理原理在于让样品通过固体形态的吸附剂，在不同化合物或是吸附剂的吸附作用下，实现目标化合物与样品基底和干扰物的完全分离，再经过洗脱液的洗脱，达到分离与富集的目的[4]。该项技术的优势在于回收率高、富集倍数高、耗材少、自动化程度高，且对微量样品能够进行良好处理等等。再加上分子印迹技术的发展，传统的固相萃取技术衍生了更多的创新性技术，大大提高了食品重金属检测中的前处理工作效率。具体来讲，常用到的固相萃取剂主要有如下几种：

2.5.1 键合硅胶

该材料是目前固相萃取中最常用的材料，而且在其应用之下，固相萃取技术也得到了极大的进步。相较于其他材料来讲，键合硅胶应用在食品重金属检测中能够表现出更快的吸附速度和更高的吸附容量，并且无溶胀等情况发生。

2.5.2 分子印迹技术

该项技术对特定分子能够表现出较强的识别功能，属于一种分子印迹聚合物技术。而分子印迹聚合物主要是对拟酶和底物或是抗体和抗原之间的相互作用进行模拟，进而对待测物展开精准识别。该项技术能够有选择性地识别出食品样品中的目标物，具有分离和富集双重效果，而且分子印迹技术与分析技术融合后，凭借表现不错的灵敏度能够在食品重金属检测中发挥重大作用。

2.5.3 树脂

从来源角度看，树脂有天然与合成两种，在食品重金属检测中属于重要的固相萃取剂，在吸附性、脱除率等方面有明显优势，而且拥有众多型号，可结合待测重金属元素类型去灵活选择。实验发现，样品中的重金属与CMC—Na进行化学交联，达到对多种重金属离子的分离和富集的目的。而且如今更多出现了更多的螯合树脂，同样能够用于痕量重金属离子的检测中，如氨基羧酸类螯合树脂在重金属萃取过程中能够表现出极高的萃取率。

2.5.4 纳米材料

纳米材料相较于其他固体材料来讲，有着截然不同的性质，能够对痕量物质形成快速且明显的吸附富集效果，特别是在食品样品的重金属检测工作中，能够很好地填补传统分离密集技术的弊端，比如响应慢、灵敏度低等等，进而成为了目前食品安全检测工作中常用的吸附材料。将纳米技术与固相萃取技术相结合，可制备出掺杂氢硫基的新型二氨基硫酰树脂，它对水中的二价铅离子有良好的富集吸附，提高了重金属检测的灵敏度。现阶段，氧化物纳米材料、磁性氧化物纳米材料等作为前处理技术材料，在饮用水及其他食品的重金属检测中有着广泛应用。

3 结语

食品中重金属含量一旦超标，会对人体造成严重危害，所以需要对食品重金属检测工作提高重视。然而在食品重金属检测的前处理过程中，最为常见的是微波消解法，尽管相较于传统方法在效率方面有了很大提高，但此类方法对仪器的要求较高，并且还存在空白值偏高、稳定性不足等弊端。唯有高效的前处理技术与食品重金属检测技术联合，才能够减少基体对检测过程的干扰，表现出快速、简便且自动化的优势，减少因为人员操作所带来的误差，大大简化了现场快速检测的工作流程。再加上更多便捷式设备的成功研发，且仪器设备得到良好使用，也提高了食品重金属检测的准确性与工作效率，这也是今后食品安全检测技术的发展方向。