饲料中重金属检测技术的研究进展

周衡刚， 朱克卫， 杨学灵， 徐正华，郑思珩， 王 伟， 余裕娟

（1. 黄埔海关技术中心，广东 广州 510730； 2. 国家酒类检测重点实验室（广东），广东 广州 510730；3. 广州中科检测技术服务有限公司，广东 广州 510650）

我国是饲料消费大国，2018年全国饲料产量为24 213.3万吨，位居世界第一。饲料质量安全关系着养殖业的健康发展，与人类的健康和生存密切相关，而其中重金属污染是饲料安全性中比较突出的问题[1]。饲料被畜禽食用之后，一部分通过消化系统被畜禽吸收，还有一部分重金属未被消化被排出体外，因重金属元素难于分解转化，随着畜禽摄入量的增加，重金属元素在动物体内富集，蓄积在其肝脏和肾脏等器官，长期残留会导致动物中毒，再通过食物链进入人体，直接危害人体健康；而因无法被动物吸收而而随排泄物排出的那部分重金属进入土壤、水体和农作物，对环境和人类的生存造成威胁[2-3]。因此，应当高度重视饲料在生产加工过程中重金属的污染情况，并提高重金属的检测水平，以加强原材料的污染监控，保障饲料的安全卫生生产。

近年来诸多学者对食品及食品添加剂、海洋水产品、农产品、土壤、中药中重金属的检测方法研究进展进行了大量报道，但目前还没有关于对饲料中重金属检测方法的综述。本文综述了目前饲料中重金属的检测技术以及发展趋势，旨在为饲料中重金属检测方法的应用与发展以及相关研究者和从业者提供一定参考。

1 检测方法比较

饲料中重金属检测方法多采用光谱分析法、电化学分析法和分光光度法，这些方法是目前常规使用的重金属检测方法。但因各类方法的技术原理和制造成本等原因所限制，不同的检测方法各有优缺点，具体比较如表1所示[4-14]。

表1 饲料中重金属的检测方法比较

2 各检测方法在饲料重金属检测中的应用

查阅相关检测标准和技术文献，各类检测方法在饲料重金属检测中的应用情况如下：

2.1 原子吸收光谱法（AAS）

原子吸收光谱分析是根据物质基态原子蒸汽对特征辐射的吸收来进行金属元素分析的方法，定量基于朗伯比尔定律。在现行标准中，饲料元素的分析仪器中采用AAS的有17项（行业标准1项，国标6项，地标9项）（包含火焰原子吸收和石墨炉原子吸收），其中大部分是检测重金属元素[15]。陈明飞等[4]用微波消解仪处理猪饲料样品，采用火焰原子吸收法测定了铜和锌的含量，测定结果令人满意。刘娟丽等[16]优化了样品测试条件，采用石墨炉原子吸收光谱法测定了饲料中硒，其中检测限为 0.33 µg/kg，回收率为95.0%～105.3%，表明该方法可用于饲料原料和成品中硒的含量测定。

2.2 原子荧光光谱法（AFS）

原子荧光光谱法是根据待测元素的原子蒸气在辐射能激发下产生的荧光发射强度，来对待测元素进行定量的方法。在现行标准中，饲料中重金属元素的分析仪器中采用AFS的有9项（行业标准1项，国标3项，地标5项）[15]。徐爱平等[17]采用湿法消解对饲料样品进行消解，利用AFS法测定了样品中的砷和汞，检出限分别为0.010和0.003 mg/kg，加标回收率在95.7%～99.0%之间，RSD小于4.8%。结果表明该方法适用于不同类型饲料中砷和汞的检测。李宏[5]论述了利用氰化物发生-原子荧光光谱技术测定饲料中重金属元素需要解决的技术难点和问题，文章指出利用AFS法测定元素时，需要将待测元素的价态变为反应价态，选择合理的反应酸介质及浓度以及前处理方法，根据测定的元素不同选择合适的还原剂及浓度，同时还需按照不同元素对反应体系和还原体系的特殊要求进行全面优化。

2.3 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收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。重金属离子在紫外和可见光区的吸收强度一般较弱，需要加入显色剂与金属离子反应生成稳定的螯合物，通过测试螯合物的吸收度来进行定量分析。现行标准中有饲料重金属分析中有多个标准采用分光光度法，其中在GB/T 13088-2006中，饲料中的铬的测定第二法为分光光度法；GB 17777-2009中，饲料中的钼的测定方法中均为分光度法；而在GB/T 13079-2006中，饲料中总砷的测定方法第5法和第6法均为分光光度法[15]。李人宇等[18]以1,10-菲啰啉-和酸性铬蓝K作为螯合剂，利用分光光度法测定饲料中的铜含量，其中测量波长为548 nm。检测限为6.9 µg/L，样品加标回收率为97.6%～99.7%，结果与AAS一致。董洪霞等[6]以二苯碳酰二肼为显色剂，测定波长为 540 nm测定饲料中的微量铬，平均标准偏差为1.02%，加标回收率为99.59%～101.12%。结果表明分光光度法适用于鸡饲料中铬含量的测定。

2.4 电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）

电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）是一种以等离子体为激发光源，根据特征谱线的强度确定样品中相应元素的含量的原子发射光谱分析方法。现行饲料标准中，采用 ICP-AES法的有三项，均为地标[15]。罗悠等[19]用硝酸和过氧化氢溶液对样品进行湿法消解，利用电感耦合 ICP-AES外标法定量，测定了鱼饲料中Cr、Ni、Cd、Pb等19种微量元素，其中所有元素校准曲线的线性相关系数均在0.999以上，加标回收率范围为90.7%～107%。结果表明ICP-AES法简便快速，准确度高，可用于鱼饲料中微量元素的定量分析。周利英等[20]采用微波消解对饲料样品进行前处理，建立了ICP-AES同时测定样品中的砷、钡、镉、铬、汞、铅、锑、硒8种重金属元素的标准曲线法。其中方法检出限为0.001～0.004 µg/mL，相对标准偏差为1.91%～4.66%，加标回收率为89.3%～103%，结果表明ICP-AES法适用于饲料样品多种重金属元素的检测。

2.5 电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）

ICP-MS是以电感耦合等离子体为离子源，样品离子化后，以质谱计进行检测，根据元素的质谱图或特征离子进行定性定量的分析技术。白淑艳等[21]利用微波消解进行样品前处理，建立了ICP-MS检测大菱鲆饲料和冰鲜野杂鱼中11种微量元素的检测方法。结果表明，2种样品均含有一定量的重金属，其中潜在有毒元素Cr、As含量较高，而 Pb、Cd、Hg含量较低。张丽娜等[22]以硝酸作溶剂，用微波消解法进行前处理，使用电感耦合等离子体质谱测定进口鱼粉中的铅、镉、汞、砷、铜、铬、钴、镍 8种元素的含量。其中加标回收率为85.4%～107%，相对标准偏差为 0.5%～4.1%。证明该方法可用于进口鱼粉样品的多元素同时检测。

2.6 X-射线荧光光谱法（XRF）

X-射线荧光光谱（XRF）是基于对X-射线照射样品后所产生的特征X-射线荧光的波长与强度进行定性、定量的仪器分析方法。吉林省质量技术监督局颁布的DB22/T 1994-2013《饲料中铜、铁、锰、锌的测定 X-射线荧光光谱法》是现行标准利用XRF法进行饲料中重金属测定的唯一标准，适用于预混合饲料中铜、铁、锰、锌的快速筛查[15]。徐澄飞等[23]用XRF法检测了饲料矿物中的元素，其中重金属元素的检测限为0.7～2.0 mg/kg，分析结果与化学分析结果比对，对比误差均在国标规定的允许实验误差范围内，表明XRF法适用于饲料矿物添加剂的重金属元素的检测。

2.7 激光诱导击穿光谱法（LIBS）

激光诱导击穿光谱（LIBS）技术是以高能量脉冲激光烧蚀材料表面，令其微量样品瞬间气化，形成高温、高密度的激光等离子体，进而发射带具有元素特征波长的等离子体光谱，利用特征谱线的波长和强度来进行定性和定量的分析技术[24]。目前已有学者将其用来分析食品样品中的重金属[25-27]，但利用LIBS法分析饲料中重金属的研究相对较少，刘珊珊等[28]利用LIBS法测定了猪饲料中Cu元素含量。其中Cu元素的特征分析谱线为CuⅠ324.74 nm，以单脉冲激光作为激发光源，建模集样品中Cu元素真实浓度与光谱强度值的相关拟合系数为0.985 2，预测集样品中Cu元素含量的预测值与实际值的线性相关系数为0.989 1，平均相对误差为4.77%。结果表明，LIBS法用于饲料中的Cu元素含量的分析与传统方法相比，精密度和准确度尚存在不足，但证明利用LIBS法测试饲料中的重金属是可行的。

2.8 电化学分析法

电化学分析法是以溶液中物质的电化学性质及其变化规律为依据，以电位、电导、电流和电量等电化学参数与被测物质待测参数之间的计量关系的为基础，对组分进行定性和定量的仪器分析方法。在重金属检测中主要有离子选择电极法、极谱法、电位溶出法和溶出伏安法。陆园[29]利用离子选择电极法测定了饲料中的铅含量，其中标准曲线在 1.0×10-3～1.0×10-6mol/L范围内相关系数为 0.999 73，加标回收率为94%～104%，检测下限位1.0×10-6mol/L，精密度和准确度令人满意。王永青等[30]用催化极谱法连续测定了饲料及硫酸锌中微量铅镉，铅镉的浓度在 0.01～2 µg/mL范围内与波高成线性关系，标准回收率为95.5%～109.5%，结果表明该方法满足饲料级硫酸锌中铅、镉含量＞0.5 µg/g试样的测定要求。

3 结语与展望

在饲料中重金属检测中，传统的检测技术已得到广泛的应用，随着检测技术的发展和日益提高的检测要求，饲料中重金属检测呈现如下几个趋势：

1）从单元素分析到多元素分析发展。从我国现行饲料标准体系分析，2012年以前所有饲料中重金属检测标准均为单元素分析，到 2012年以后，出现了多个利用 ICP法和 XRF法的多元素分析的地方标准[15]。2016年，卫计委和食药监总局颁发了食品中多元素的测定的国家标准GB 5009.268-2016，目前尚无饲料中多元素测定的国家标准，但正如本文前面所提到的，已有相当多的研究人员进行了饲料中多元素的检测研究，研究结果表明饲料的多元素分析技术已经成熟，相信在不久的将来，将会出现饲料中多元素的检测国家标准。

2）向重金属的形态分析发展。对于部分元素，形态不同其毒性差异很大。以As为例，无机砷的毒性（以半致死率 LD50为评价依据）远大于一甲基砷、二甲基砷等有机砷[15]。重金属的形态分析中，单一的检测技术往往不能满足需求，分析仪器联用技术广泛应用于重金属的形态分析，比如液相色谱与 ICP-MS联用、毛细管电泳与ICP-MS联用、液相色谱与原子荧光联用、离子色谱与原子荧光联用等[31]。因此，今后对饲料重金属的分析当中，除了要测定重金属元素的总量外，还需要利用分析仪器的联用技术来对重金属的形态进行分析。

3）朝快速化、自动化发展。首先表现在前处理方面，比如近期已有全自动消解仪上市，此类仪器高度自动化，可一次性完成加液、消解、赶酸、浓缩、冷却、定容、混匀等操作，提高了实验效率，降低了劳动强度，同时还保护了操作人员的安全，比传统的湿法消解技术更加适应现代分析实验的要求[32]。另外前文所述的XRF和LIBS技术中，几乎不需要前处理，大大缩短了检测时间，提高了检测效率。其次表现在检测技术自动化程度方面，现在大型检测设备都与计算机紧密结合，自动采集处理数据，更科学准确地提供结果，实现进样、分析、数据处理、报告一条龙，形成检测的自动化系统。

4）新型检测技术不断涌现。除本文前面所综述的几种检测技术外，随着科学技术的发展，还不断涌现新型的重金属检测技术。如酶联免疫吸附技术、核酸适配体技术、生物传感测定技术、光纤传感测定技术等等，这些技术目前尚未应用于饲料的重金属检测当中，但随着检测技术的发展、成熟，必将推动这些新型检测技术应用于饲料的重金属检测。

随着人们对饲料安全性问题的不断重视，将对饲料中重金属限量有更严格的要求，因此饲料中重金属检测技术只有向更简便快捷、灵敏度更高，适用范围更广和各种检测技术之间的联系更加紧密的方向发展，才能对饲料的安全进行有效监控，保障养殖业的健康发展。