探究食品中重金属检测前处理技术

2022-08-09陈佳琛陈正源

食品安全导刊 2022年15期

狄慧，陈佳琛，陈正源

（河北省张家口市食品药品检验中心，河北张家口 075000）

重金属广泛存在于人们生产生活的各个方面，食品中也含有一定量的重金属成分，为避免重金属成分对人体健康造成危害，必须进行食品中重金属检测。目前，食品中重金属检测传统的前处理技术主要包括传统微波消解法、湿法消解法以及高压管消解法等。但传统的消解方法都有一定的弊端，影响到检测技术的推广和应用，为有效消除或减少前处理技术应用过程中存在的缺陷，需使用更新升级后的前处理技术进行工作。

1 重金属概述

重金属是指密度不小于4.5 g/cm3的金属元素，主要包括铅、铜、铬、镍等45 种金属物质。部分重金属元素能在人体内部产生毒性，这些金属元素被称为有毒重金属。重金属可以存在于食物中，被人食用后会进入人体，对人体健康造成一定危害。美国非营利组织“Healthy Babies Bright Futures”发布报告称，对168 种美国主要生产商生产、经销的婴儿食品进行测试，发现95%的受检产品含铅、73%含砷、75%含镉、32%含汞；且1/4 受检食品同时含有上述4 种重金属。按照不同食品重金属成分对智商影响的高低进行排序，结果如表1 所示。为减少重金属对人体健康的危害，需针对食品重金属污染情况进行治理，并在开展检测的过程中不断优化升级重金属检测技术和前处理技术，从而提高检测效率和检测质量[1]。

表1 不同食品中的重金属成分及对IQ 的影响

2 食品中重金属检测前处理技术

2.1 溶剂提取法

溶剂提取法是对酸、碱及有机溶剂等物质进行提取的一系列技术的总称，不仅操作相对较简单、成本低，而且在使用过程中不会对环境和生态造成威胁，能广泛应用于食品重金属检测和重金属形态检测的前处理工作中[2]。

2.1.1 酸提取技术

酸提取技术是指通过硝酸、硫酸等具有较强的金属元素溶解能力的酸作用于食品中的重金属，使食品中存在的重金属元素可以盐的形式溶解在提取液中，从而更好地使用仪器进行相应的检测[3]。在检测的过程中发现，使用的酸液种类以及酸液的浓度与酸提取效率相关，酸液浓度与提取效率呈正相关关系[4]。目前，我国用于农产品重金属含量检测工作中的国标法是较传统的微波消解法，使用该方法进行重金属检测的前处理工作存在一定的弊端，如使用该方法进行处理需要比较苛刻的工作环境和反应条件，而且应用这种技术所需要的设备价格昂贵，因此该技术在实际应用过程中受到很多限制[5]。李海露等[6]在实验过程中将稀硝酸作为提取剂，提取秸秆以及稻米中的镉元素，并在此过程中对硝酸浓度、浸提方式、浸提时间以及固液比等进行充分的对比研究，经过实验发现使用的提取液的浓度与重金属提取率之间呈正相关关系。

2.1.2 碱提取技术

碱提取技术是在含有重金属物质的食品样本中加入碱性提取剂，如氢氧化钠提取剂等，再通过一系列离心、振荡等操作，得到重金属聚合物溶液，从而使用一起对样品聚合物溶液中存在的重金属物质和重金属物质的含量进行检测。通过碱提取技术开展前处理工作，能有效减少低价态金属发生氧化变化的可能，因此其适用于检查食品中的重金属物质铬。但在使用碱提取法过程中也存在一定的弊端，碱液中的重金属离子无法长时间保持稳定的状态，会在一定程度上影响碱提取法的准确度和应用范围。

2.1.3 有机溶剂提取技术

有机溶剂提取技术是使用两种互不相溶的液体溶剂进行萃取，能将食品中的重金属萃取出。吕建菁等[7]在实验中分别采用微波消解法、乙酸提取法等方法对白酒包装中含有的重金属形态和重金属含量进行研究。结果显示，使用BCR 提取法进行重金属提取的重金属形态的总量为微波消解后总量的84.9%～109.38%，而且由于白酒是使用陶瓷进行包装，长期存放的情况下，由于白酒具有氧化还原的性质，有极大可能会溶出重金属物质，使用BCR 提取法能有效检测出白酒包装中的重金属物质在白酒中的溶出规律。但必须根据重金属物质检测的目标物质进行有机溶剂提取剂的种类选择，利用重金属物质和有机溶剂之间的相似相溶性形成沉淀物，从而完成对食品内部存在的重金属物质的提取。使用有机溶剂进行重金属物质的提取，相对来说操作较简单，且提取液中的含盐量较低，能广泛应用在重金属物质提取中，能取得较满意的工作效果。但在使用该技术进行重金属物质提取的过程中也存在一定的弊端，如需使用大量试剂，重金属易出现损失等。此外，使用有机溶剂提取技术进行提取需花费大量提取时间，单一的提取技术无法满足提取需求，需联合其他辅助技术进行工作，如联合应用超高压萃取、超声波萃取等方法。在使用有机溶剂进行萃取的过程中，部分有机溶剂可能具有一定的毒性，从而对食品加工安全以及检测人员的身体健康带来一定的风险。

2.2 微波辅助前处理技术

微波辅助前处理技术是通过微波辐射加速溶解溶剂，从而达到提取目标物质的目的。使用该技术相对传统的微波消解法来说，具有较明显的优势，该方法操作相对简单，对操作条件的要求不高，且目标物质的损失较少。张朵等[8]在应用这一技术对山茶花花粉中的重金属物质含量进行检测时发现该办法不仅前处理的程序相对简单，而且十分有效，稳定性也较高，在工作过程中很少出现故障情况，提取的效率也较高。微波辅助前处理技术中有一项技术为微波氧燃烧技术，使用该技术进行样品前处理能对成分多样化的样品中含有的重金属成分，以及各种样品中各种重金属成分的含量进行检测。适合使用该技术的食品主要包括含有丰富的油脂的粮油类、禽类、肉蛋类食品等，这些样品使用该技术进行处理能够很好地克服传统微波消解法使用过程中存在的各种问题，从而有效提高问题的解决效率和质量。使用微波氧燃烧技术能使样品在燃烧的过程中完成氧化反应，使碳元素以二氧化碳的形式排出，从而降低背景干扰的影响，而且十分有利于保护实验设备和仪器。根据上述内容来看，这一方法具备更高的消解效率和更低的检出限，但微波氧燃烧技术在重金属检测方面的应用相对较少，更多应用于食品中卤族元素的检验和分析。

2.3 紫外光解技术

紫外光解技术是利用紫外光的强氧化性对食品基质中的有机物进行消解的前处理技术，通过消解能获得一定的无机离子。使用该技术进行前处理能有效降低目标物受到复杂基质成分的影响，但使用该技术进行前处理会受到光照强度、光照时长和选用的氧化剂等众多因素的影响。郭璇华等[9]将紫外光解技术应用在酸奶和牛奶样品的前处理工作中，以提取出样品中的铜和铅，其在实验过程中优化了光照强度、光照时长等重要的影响因素，精确把握氧化剂的选择和配比情况，选择了最优参数，在优化控制所有因素的条件下对牛奶和酸奶中铅和铜的含量进行测定。测定出牛奶中铅离子的加标回收率约为97.8%，铜离子的加标回收率为94%左右，酸奶中铅离子的加标回收率和铜离子的加标回收率分别为97.20%和94.16%，使用该技术进行前处理与应用湿法消解前处理技术检测结果一致。

2.4 无需消解的直接进样技术

直接进样技术是目前使用的前处理技术中最先进的技术之一。直接进样技术可分为两种，分别是固体直接进样技术和悬浮液进样技术。固体直接进样技术是指通过进样器，将已完成均质流程的样品直接导入电离源或原子化器，可通过样品直接插入的方式进行，也可以使用激光烧蚀技术等。使用该技术进行前处理无需消解，能有效避免样品受到污染或出现损失。该前处理技术能极大地减少样品前处理的工作时长、有效节约试剂，已成为很多实验室广泛推崇和使用的前处理技术，并且广泛应用于我国水产品、粮油产品、茶叶、肉蛋制品和包装材料中重金属元素的检测，能对铅、汞、铜、铁和镍等多种重金属元素进行准确测定。刘艳菊等[10]使用固体直接进样技术进行前处理，使用快速检测法对粮食中汞元素含量进行检测，将检测结果与国家标准方法检测结果对比，发现结果无较大差别，检测结果的准确性高于国家标准方法。因此，该技术能得到广泛的应用。但该技术也存在一定的问题，如样品处理相对来说较困难、样品不具有较高的代表性、样品受热不均匀等，仍需进行进一步改善和升级。悬浮液进样技术是指将样品粉碎后，使其在液体介质中充分溶解，随即进行均质操作，最后将其直接导入检测仪。该技术的应用范围较广，尤其适用于水产品中重金属元素的检测。