原子吸收光谱法在食品重金属检测中的应用

2022-04-01李欣芝

食品安全导刊 2022年3期

关键词：重金属食品

李欣芝

摘要：随着社会经济的快速发展，人们越来越重视食品安全问题。重金属的检测是食品质量检测的重要组成部分。本文重点介绍了原子吸收光谱法检测重金属的基本原理以及原子吸收光谱法在食品重金属检测中的应用。

关键词：原子吸收光谱法;重金属;食品

Application of Atomic Absorption Spectrometry in the Detection of Heavy Metals in Food

LI Xinzhi

（Shaanxi University of Science and Technology， Xi，an 710016， China）

Abstract： With the rapid development of social economy， people pay more and more attention to food safety. Detection of heavy metals is an important part of food quality detection. This paper focuses on the basic principle of the detection of heavy metals by atomic absorption spectrometry and the application of atomic absorption spectrometry in the detection of heavy metals in food.

Keywords： atomic absorption spectrometry; heavy metals; food

所有过量的重金属元素都会对人体造成损害。土壤中重金属含量的增加可导致农作物中重金属含量相应增加，如谷物、蔬菜等，并通过食物链进一步传导到畜牧产品、渔业产品中，且在这一过程中不断富集[1]。在食品的生产过程中，对食品的原材料、半成品、成品需要合理地开展重金属检测，控制产品的质量。此外，在食品市场监管方面也需要经常进行食品中重金属含量的检测。这要求食品中重金属含量的检测要精准、便捷、低成本。其中原子吸收光谱法是最重要的一种重金属检测方法。

1 原子吸收光谱法的相关理论

目前检测重金属含量主要采用仪器分析的方法，主要有原子吸收光谱法、高效液相色谱法、原子荧光法等。其中原子吸收光谱法有检出限低、适用范围广、选择性好、操作便捷等优点，是目前应用最广泛的一种重金属检测方法。

原子吸收光谱法的基本原理是气态的原子可以对光辐射进行选择性的吸收。当入射辐射的能量等于原子外层电子跃迁的能量时，气态的原子可实现最大的吸收。不同金属原子的外层电子跃迁所需要的能量是不一样的，依据原子的最大吸收能量可区分原子的类别。入射特征谱线因吸收而减弱的程度称为吸光度，吸光度与金属原子的浓度成正比。依据吸光度可计算金属原子的浓度。

1.1 原子吸收光谱法的分类

依据原子吸收光谱法中试样原子化的方法，可以将其分为火焰原子吸收光谱法、石墨炉原子吸收光谱法、氢化物原子吸收光谱法和冷原子吸收光谱法。

1.1.1 火焰原子吸收光谱法

火焰原子吸收光谱法是目前应用最早的一种食品重金属检测方法。在原子吸收光谱中，被雾化后的试样被喷入火焰进行原子化。常用的火焰是空气-乙炔火焰，它能檢测出30种以上的金属元素。火焰原子吸收光谱法的特点是测试时间短、成本低、抗干扰能力强、维护简单以及测试的结果是ppm级别。火焰原子吸收光谱法的原子化效率一般低于20%，试样的原子化需持续进行，因此需要相对较多的试样。

1.1.2 石墨炉原子吸收光谱法

石墨炉原子吸收光谱法是利用电流加热石墨容器中的试样使其原子化后进行分析的方法。加入的试样全部得到原子化，原子化的效率可达到100%。相对于火焰原子吸收法，该方法能避免待测元素在火焰中的稀释，测试的灵敏度相对较高，可达到ppb级。同时这一测试方法需要的试样数量更少，固体样品能直接用于测试，应用领域更加广泛。该方法的缺点是待测金属元素的范围有限，测试的时间较长。石墨炉原子吸收光谱法与火焰原子吸收光谱法经常互补应用。

1.1.3 氢化物原子吸收光谱法

氢化物原子吸收光谱法利用氢化物发生装置进行试样的原子化。通常用于砷、铅、硒的检测。该检测方法将金属氢化物反应与原子吸收光谱结合，利用硼氢化钾等氢化物将待测重金属转化为金属的氢化物。金属氢化物为具有共价性质的易挥发物质。利用载气将氢化物导入原子化反应器，分解为原子化的金属。再测试其特征吸收波长及吸收强度，由此分析重金属的类别，计算重金属的浓度。这种方法需要对试样进行分离和富集，操作较烦琐，但能降低外部干扰，提高检测的精确度。

1.1.4 冷原子吸收光谱法

汞在常温下即是液体，原子态汞易挥发，将原子态汞通过载气导入原子吸收光谱仪的分析单元，即可实现对金属汞的定性、定量分析。在试样中，金属汞通常以化合物的形式存在，需要用还原剂将汞的化合物还原为金属汞。常用的还原剂为SnCl2或盐酸烃胺。冷原子吸收光谱法的灵敏度和测试精度均较高，是测试试样中汞含量的优选方法。

1.2 原子吸收光谱法的预处理方法

在食品行业，待测试样品的种类千差万别，在利用原子吸收光谱对重金属进行检测前，需对试样进行预处理。预处理是可消除试样中的干扰物质，是提高检测精度的关键步骤。依据食品的类型，预处理方式主要有以下4种形式。

1.2.1 酸消解法

酸消解法是利用硝酸、盐酸、高氯酸等强酸性物质处理试样，制成试样的溶液的方法。酸消解法简单易行、制备成本低、操作便捷。

1.2.2 微波消解法

微波消解法是在酸消解法的基础上，利用微波产生热对流，使溶液中的极性分子重新排列，加速试样和强酸的反应。相对于传统的酸消解法，微波消解具有制备效率高、操作环境友好、试样用量少等优点。

1.2.3 干灰化法

干灰化法是最常用的一种试样预处理方法。将一定量的试样至于坩埚中加热炭化，待无烟后转移至马弗炉中，500 ℃处理8～10 h，直至样品呈灰白色。停止加热，将全部灰化后的物质用酸溶解定容，此溶液可用于原子吸收光谱的检测。

1.2.4 分离富集法

当试样中的待测重金属含量较少或干扰因素过多，检测设备难于精确检测时，可将试样分离富集。常用的分离富集方法有共沉淀、色谱分离、萃取分离等。

2 原子吸收光谱法在食品重金属元素测定中的运用

常见的食品可分为粮食、水果蔬菜、肉类和酒水饮料等几个类别。本文分别介绍原子吸收光谱法在上述几个类别中的应用。

2.1 粮食中的重金属元素检测

针对粮食中重金属的检测可以采用原子吸收光谱配合酸消解、微波消解、固相萃取等方法来实现。对于粮食中的铅与镉重金属，可以选择石墨炉原子吸收光谱法;对于砷的检测可选择氢化物原子吸收光谱法;对于汞的检测可选择冷原子吸收光谱法。植物对土壤中不同重金属的吸附能力有所不同[2]。在土壤受到多种重金属污染时，植株对重金属的吸收要强于单种重金属的污染[3]。对粮食中重金属的检测主要集中在镉、铬、锌、铜和铅等几种重金属。

在石墨炉原子吸收光谱法的基础上，朱庆麒等[4]开发了一种快速检测大米、小麦、玉米中重金属镉的方法，称為快速酸㓎提法。酸㓎提法具有操作便捷、成本低、无需消解等优点。唐英[5]利用石墨炉原子吸收光谱法对稻谷粉、玉米粉和小麦粉中的重金属铅进行了检测，得到石墨炉原子吸收光谱法对铅的检出限为0.003 ng/mL，精密度为0.1%。对玉米、豌豆和蚕豆中的重金属镉进行了检测，石墨炉原子吸收光谱法对镉的检出限为0.147 ng/mL。

2.2 蔬菜中重金属元素的测定

蔬菜是大众饮食的重要组成部分。对蔬菜中的重金属检测可以采用微波消解或干灰化法进行前处理，采用石墨炉原子吸收光谱法对试样进行检测。在试样的制备过程中可依据待测样品的种类添加基体改进剂来得到良好的测试效果[6]。

陈少滨等[7]利用硝酸-高氯酸-硫酸消解法处理西兰花与蒜薹样品，利用石墨炉原子吸收光谱法测定其中的铅与镉的含量。结果显示该方法具有测试便捷、结果准确的特点，能满足分析要求。许四五等[8]利用PinAAcle 900T原子吸收光谱仪，采用石墨炉原子吸收光谱法测定蔬菜中的金属铅。铅标准曲线在0～50 µg/L的线性范围内有较好的线性关系，R2>0.999 8，相对标准偏差在3%～10%，可为蔬菜中重金属铅含量的检测提供可行性方法。

2.3 肉类及其制品中重金属元素的测定

养殖业中的部分饲料添加了重金属添加剂，其中的重金属可在生物体内富集而导致重金属超标[9]。国家强制性标准《农产品安全质量无公害畜禽肉安全要求》（GB 18406.3—2001）对禽肉产品中的砷、汞、铅、铜和镉等重金属的含量有严格的要求。常用的测定肉类产品中金属汞的方法有冷原子吸收光谱法和双硫腙分光光度法。

魏永义等[10]利用石墨炉原子吸收光谱法测定肉类罐头中的重金属镉含量。实验得出该方法具有灵敏度高、选择性好、检测精度高等优点。曹丽玲等[11]采用酸消解法和微波消解法预处理鸡肉样品，利用石墨炉原子吸收光谱法测定鸡肉样品中的金属铬含量，检出限较低，为0.053 mg/kg，且该方法操作便捷，具有良好的灵敏度和精确度。

2.4 饮品中的重金属元素检测

饮品包括饮用水、饮料、酒等。饮品是日常生活中每天必需的食品，与人们的健康关系最为密切。目前主要采用火焰原子吸收光谱法来检测饮品中的重金属含量，这一方法最为快速、便捷。如果待测样中的重金属含量较少，需对试样进行富集。唐祝兴等[12]利用非离子表面活性剂TritonX-114为萃取剂，分离富集萃取饮料中的铅，并利用火焰原子吸收光谱法进行测量，这一方法称为浊点萃取预富集-火焰原子吸收光谱法。陈学泽等[13]利用吡咯烷二硫代氨基甲酸铵（APDC）作配位剂，使其与铅离子结合，然后用氧化铝对Pd-APDC进行捕集，用滤纸将配合物过滤后溶于盐酸溶液中，得到的溶液可用氢化物发生原子吸收光谱法测定其中的铅含量，这一方法的特征质量为0.04 ng/1%。

3 结语

本文介绍了原子吸收光谱法的基本原理，依据试样的原子化方法对其进行了分类和详细介绍，并重点介绍了原子吸收光谱法在食品重金属元素测定中的运用。原子吸收光谱法在食品的重金属检测领域是一种快速便捷、检测精准的测试方法。在检测过程中需要依据试样的种类、检测目标、目标的大致含量选择合适的检测流程及方法。

参考文献

[1]王宏镔，束文圣，蓝崇钰.重金属污染生态学研究现状与展望[J].生态学报，2005（3）：596-605.

[2]莫争，王春霞，陈琴，等.重金属Cu，Pb，Zn，Cr，Cd在水稻植株中的富集和分布[J].环境化学，2002（2）：110-116.

[3]王新，吴燕玉.不同作物对重金属复合污染物吸收特性的研究[J].农业环境保护，1998，17（5）：193-196

[4]朱庆麒，张祎.酸提直接进样石墨炉原子吸收光谱法快速测定粮食谷物制品中的镉[J].粮食与饲料工业，2016（5）：65-68.

[5]唐英.原子吸收光谱法在粮食铅、镉检测中的应用[J].现代食品，2018（20）：75-77.

[6]邹可可，彭博.原子吸收光谱法在测定水中重金属的应用[J].世界有色金属，2016（15）：115-116.

[7]陈少滨，杨念东.石墨炉原子吸收光谱法测定蔬菜中铅和镉[J].质量探索，2016，13（4）：45.

[8]许四五，杜长春.石墨炉原子吸收光谱法测定蔬菜中的铅[J].现代农业科技，2018（19）：142-143.

[9]雷泽剑，胡淑芬，姚明印，等.激光诱导击穿光谱技术分析鸡肉中的重金属元素[J].应用激光，2010，30（5）：417-420.