粮油食品污染物检测中原子吸收光谱法的技术分析

张洪春　杨凯

我国是农业大国，粮油食品安全直接关系到人们的日常生活和生命安全。我国粮油食品安全的核心问题包括重金属污染和真菌毒素污染，尤其是粮油在储存过程中大面积药剂与重金属残留的现象屡见不鲜。常见的粮油食品污染物包括汞、铅、镉、砷等重金属元素，这些重金属元素如果长期积聚在体内，不仅会导致慢性中毒，而且还会直接导致致癌、致畸等更严重的后果。针对此类情况，可以选用原子吸收光谱法来检测粮油食品中的重金属含量，与传统的化学检测方法相比，这种方法能够使检测结果更具灵敏度和精确度，已在食品等多个领域的重金属检测中得到了广泛应用。

一、原子吸收光谱法的技术特性

1.样品检测要求。原子吸收光谱法本质上是一种基于物质产生的原子蒸汽来进行测量的方法，这些原子蒸汽能够根据待测元素的特征谱线吸收作用来展开定量分析，一旦光源通过样品蒸汽，从光源发射的特征光谱就可以被基态原子吸收，入射光的吸收程度和减弱程度与样品中的元素含量呈正比关系，因此这种方法可以精确测定样品中某类元素的含量，而且检测灵敏度高，分析范围广泛。当前普遍使用的冷原子吸收法可以检出微量值极低的金属含量，借助火焰物原子化系统、石墨炉原子雾化系统和氢化物发生器都可以实现精度检测。

目前粮油食品样品的提取和制备是食品检验过程中的关键点，这一阶段的工作应明确要求样本具有代表性，测试报告的客观性和可靠性也要满足对应的技术标准要求。同时，标准化样品的提取和制备程序能够从根源上确保测试结果，每一项样品对应的检测环节都能反映被检样品的多方特征，这是确保测试结果有效性的先决条件。在进行整体检测之前，要重视各类设备的使用要求，尤其是在原子吸收光谱法的应用环节中更应该考虑如何改善现有元素检测仪器性能的出限性。例如在汞元素的检测过程中，基于光谱分析法的汞元素检测技术和仪器使用已经非常普遍，但与国外的一些技术指标相比，国内仪器的检出限水平还需要进一步提高。

2.技术特点。根据原子化方法不同的原子吸收光谱，又可以划分为火焰原子吸收光谱、石墨炉原子吸收光谱和氢化物原子吸收光谱。其中，火焰原子吸收光谱的结构相对简单，操作成本低，但是由于原子化效率较低，导致仪器检出限和灵敏度并不高，因此通常会使用样品易处理技术进行辅助，从而弥补此类缺陷。

在各类方法的使用过程中都要考虑到背景干扰因素，这是当前影响原子吸收光谱检测精度和检出线的直接因素。在近年来的技术应用中，已经开始尝试应用连续光源高分辨率原子吸收光谱对多种元素同时展开检测，这就解决了传统原子吸收光谱法只能测定单一元素的缺陷，整个检测流程也明显加快。以汞检测为例，未来的汞检测过程中将集中考虑样品预处理技术的改进及现有技术的组合。

3.技术应用。原子吸收光谱技术可以有效检测粮油食品中的药物和农药残留，目前的实验室检查结果中蔬菜类、粮油制品和米类的农药残留量相对较高，而农药当中汞元素的危害最大，因此加强对汞含量的检测工作将直接关系到食品安全。除此以外，由于粮食在生长发育期间受光合作用和吸收作用的影响，一些重金属会被直接吸收进入作物内从而长时间残留。在实际检测过程中，可以基于原子吸收分光光谱法来判断样本中的各类重金属含量，然后在检测结果出来后选择微波处理法预处理样品，从而判断样品中的重金属含量是否在合格的范围之内。

值得一提的是，在酒类的检测过程中，原子吸收分光光谱法同样可以扮演非常重要的角色。例如在对白酒中铅的含量进行检测时，可以使用石墨炉原子吸收光谱法，借助石墨管加热带检测物质原子，以改变原子形态，满足处理要求之后再获得光谱发射吸收数据，然后通过分析结果获取白酒中的铅含量，并与国家标准进行对比。

原子吸收分光光谱法也可以对蛋类、禽类、海产品、果蔬类食品进行综合检测，不仅能够测量出食物外围的微量元素，还能够横向比较检测结果。

二、基于原子吸收光谱的

食品污染物检测技术原理

1.检测需求分析。粮食中的重金属污染物会对人体健康产生极为严重的影响，所以各类仪器的检出限性能问题一直是原子吸收光谱法应用过程中的关键点。以汞元素为例，国家标准对食品中汞元素的含量有着非常明确的规定，所以在仪器使用过程中，如何能够让仪器在多次和重复测量的前提下始终保持稳定性，就成为技术应用环节需要重点考虑的部分。具体来看，由于仪器的工作环境温度较高，且温度变化较大，所以检测系统不仅要有稳定的抗干扰能力，能够在温度和环境参数变化的前提下满足长时间运作的要求，还要适用于更复杂的检测环境。

2.技术方法选择。要想确定最佳的系统检测方案，在利用原子吸收光谱法进行检测的过程中就要对各类技术方案进行定量对比和定性对比，然后从仪器结构和检出线性能的角度确定不同类型方法适用的范围与技术特性。在多数情况下，原子吸收光谱是原子发射光谱的逆过程，谱线数目和原子发射光谱相比会略少一些，但正因如此，通常情况下不会产生谱线重叠干扰的问题，元素分析过程也更便捷。在对元素含量较少的样品进行单元素定量分析时，只需要用单色器分离出其中的一条特征谱线，然后展开强度信息测定就可以完成单元素的定量分析，而且仪器结构简单，对光源光强度的要求也不会过高。

3.整体技术方案。在实际的技术应用环节，可以设定实现痕量元素检测的原子吸收光谱系统结构，包括光源驱动电路、光电接收器、光强信号调理线路、上位机等组成部分。进入吸收池的自由原子蒸汽是原有樣品原子化之后的产品，光波的强度信息被接收器接收之后上传至上位机之内，上位机会记录光强变化所产生的调理电路电压变化，再借助有关算法将变化转换为元素含量信息。

仪器的检出限与原子化效率密切相关，而原子化作用是将样品中的各类重金属元素转换为自由的原子蒸汽，所以检测仪器会通过检测自由原子蒸汽对入射光辐射吸收的强度来完成定量分析。如果金属元素达到仪器检出限的临界阈值，那么在进行检测时，很多样品中的元素都会被转换为自由原子蒸汽，其吸收强度也可以被检测仪器检测到。反之，如果原子化机器的效率较低，那么参与吸收的原子数量同样会减少，吸收强度也会因此减弱，仪器也就不能完全检测到吸收光谱。

在技术方案中，原子吸收光谱的干扰源问题也是需要改进的地方。例如，待测的金属元素和样品中的其他元素之间如果发生化学反应和干扰效应，就会直接影响到样品的原子化效率，最终影响原子吸收光谱分析阶段的精确数值，此时可以考虑加入一定的稀释剂或保护剂。对于可能出现的背景吸收干扰问题，为了避免出现吸收假象，导致仪器检出限制的检测结果和实际结果出现较大程度的偏差，可以考虑采用光学方法进行背景校正。

现阶段原子吸收测量系统的噪声水平和检出限性能之间同样存在关联。设置光源紫外辐射光强和辐射噪声之后，就可以经过仪器光路系统确定光强信号调理电路的光强值，即：Ire=α（Ira+Nra）。其中，α代表的是光路系统的光学传递系数，Ira代表的是光源、紫外辐射光强，Nra代表的是辐射噪声。

4.检测系统与检测过程。检测的目的是确定吸光度以及金属含量之间的比例，所以可以选择几组已知金属含量的样品，分别测试这些样品的吸光度以获得实验数据。用仪器测试空白样品时，基线噪声信号对应的浓度或质量就是仪器的检出限，完成系统标定实验之后，就可以搭建原子吸收测试系统。例如，可以选择生活中常见的大米或饮用水作为待测样品，分别测试其中的重金属含量，以此为基础获得吸光度曲线，然后通过标定曲线计算出对应的金属含量范围。在排除最大测量差值过大的数据之后，就可以利用全自动热解仪器对同等质量的几类样品分别展开检测，最终得到样品的检测结果偏差值（一般来说，几类样品的检测结果偏差都保持在1pg以内）。例如按照国家标准，谷物及其制品中的汞含量应该在0.02mg/kg以内，饮用水中的汞含量则应该在1μg/L以内，如果测试结果在这些数据范围之内，就表明金属含量符合国家标准。

当然，在整个检测过程中还要考虑到离心时间、干扰离子、样品体积、样品消解过程、样品测定过程等对测试结果的影响，从根源上降低各类影响因素对结果的干扰，从而提供更精确的检测数据。

三、原子吸收分光光谱分析技术

和其他技术的联合应用

1.原子荧光光谱法。原子荧光光谱法可以和原子吸收光譜法联合应用，前者主要根据荧光强度对各类元素展开定量分析，确定各类重金属的检出限。当气态原子受到强特征辐射时，就会由基态跃迁为激发态，再由激发态重新跃迁回基态，辐射出和吸收波长相同或不同的荧光。主要的荧光类型包括共振荧光、敏化荧光和非共振荧光三种，如果光源强度稳定，那么发射荧光的强度就会与基态原子特定频率吸收光的强度保持相应的比例关系。由于原子荧光光谱法的灵敏度比原子吸收光谱法的灵敏度更高，所以在使用原子吸收分光光谱分析无法获得精确的结果时，就可以联合应用原子荧光光谱法来分析奶制品、肉类等食品中Hg、Pb、Sb、As、Se等诸多类型的金属元素。

2.高效液相色谱法。由于重金属离子不具有紫外吸收能力，所以在检测之前需要对这些重金属离子进行衍生处理，再借助吸光度大小测定金属含量，而高效液相色谱法可以联合原子吸收光谱分析法来测定重金属含量，分析的主要对象是低分子量和低沸点的有机化合物。例如在检测食品防腐剂的过程中，就可以利用高效液相色谱技术来测定防腐剂含量是否符合国家标准，并借助色谱柱和阴离子交换柱来保障检测精度。值得一提的是，高效液相色谱法本身具有极强的抗干扰性，在检测食品中的物质含量时可以确定最低检出限。

3.电感耦合等离子体质谱法。电感耦合等离子体质谱法在很多情况下会被应用于食品外包装的检测，例如咖啡杯、方便面桶和食品纸制品容器中很有可能存在重金属残留问题，包括油墨印刷以及纸制品接触层的材料等。在具体的检测过程中，被测样品依次进入雾化系统，可以被转化为正离子，在使用电感耦合等离子体质谱仪进行分析之后，就可以确定这些包装中的重金属含量，并与国家标准限量进行比较。

作者简介：张洪春（1981-），男，汉族，山东平邑人，助理工程师，大学本科，研究方向为检验检测。

杨凯（1990-），女，汉族，山东平邑人，工程师，硕士研究生，研究方向为食品安全检测。