食品中不同前处理方法检测重金属含量的分析

■文/孙晓仲

食品中不同前处理方法检测重金属含量的分析

■文/孙晓仲

摘要随着我国人民生活水平的逐渐提高，人们对于食品的安全问题关注逐渐增加。然而随着工农业的逐渐发展，食品的污染问题逐渐成为了危害人类健康的主要原因之一，其中最主要的污染物则是重金属。由于在农作物种植期间各种农药的喷施，导致作物本体内含有大量的重金属，并在作物体内不断积累，然后通过食物链进入人体，严重危害人们的生命健康。本文作者通过自身的工作经验，总结了当前比较常见的几种检测事物中重金属含量的方法，并对几种方法的优缺点进行了简单的分析。

关键词重金属检测食品污染仪器

前处理指的是将待测的样品中的金属离子形成可溶性盐转入溶液中，也叫做分析样品制备。这一步骤在元素分析中是必不可少的，同时也是整个检测过程中最为繁琐的步骤，该步骤处理好坏对于检测结果具有直接影响。我国的元素分析方法不断进行改进，并对样品的制备提出了和以前完全不同的要求。目前比较常见的食品样品前处理分析方法有以下几种：微波消解、湿法消解和干法消解。

一、重金属污染的现状和危害

（一）食品中重金属污染现状

重金属指的是其密度大于或者等于5g/m3的金属元素，而其中有些重金属元素能够通过食物进入到人体，并对人体造成巨大的危害。目前，我国的重金属污染土地已经达到了我国总耕地面积的20%左右，并因污染而造成的粮食减产则有1000万吨左右。此外，在加上受到污染的粮食，我国每年的粮食生产，因重金属污染而造成的损失达到了200多亿。

（二）有毒重金属对人类的危害

重金属对人类的危害可以通过两种方式实现：首先，重金属离子能够和人体内的蛋白质分子中的疏基和氨基等具有较高酶活性的集团进行结合，从而使这些活性集团失去其生理特性，造成人体内酶的结构发生畸形变化，失去其应有的活性和作用。然后，另一种危害则是一些重金属离子能够同酶集团中的一些金属离子发生置换作用，使这些酶集团失去了其本来应有的生理活性，造成对人体的危害，影响人类身体中酶的正常运行。在这些重金属中，以铅、铬和砷等的毒性作用最大，这些重金属是危害人类身体健康的主要重金属污染源。这些具有高毒性的重金属在人体内会长期进行积累，且潜伏期较长，导致其被摄入后，对人体的危害具有长期性，且危害较大。由于重金属元素对人类的生命健康具有巨大的危害，且能够在人体内进行长期的累积，导致其危害时间较长，难以去除，在我国的食品安全监督中，对重金属的检测力度不断加大。

二、几种不同前处理方法

首先是微波消解方法，这种方法需要先将待测定的样品进行粉碎，然后从中称取0.30g的样品放入到消解内罐，再向消解内罐内加入一定数量的硝酸和过氧化氢组成的混合酸，然后将消解内罐置于微波消解系统内，并将程序设定为微波消解，该消解系统就会对样品进行消解操作。在消解工作完成后，将消解后的内罐放置在电热板上进行加热，使消解完成的样品内含有的氮氧化物清除出样品，然后将其进行冷去处理。在冷却完成后，向样品溶液内加入超纯水，使其容量达到25mL，最后放置在测定机上进行样品测定工作。

第二种是干法消解，所谓的干法消解和微波消解具有一定的相似性，首先也需要对样品进行粉碎操作，再从中称取3.00到5.00g的样品，将其放置在干燥、清洁的瓷坩埚内，然后将瓷坩埚防止在电热板上或者电炉上，并对其进行小火加热工作，一直到样品炭化，则停止加热，并将样品移到马沸炉内，进行500到550度的高温灰化操作，持续时间大约为6h，灰化完成后，将样品进行放置冷却。在灰化操作完成后，若样品中存在灰化不完全的样品，可以在样品内加入一定数量的硝酸，然后将其放置在可调温度的电热板上，对其进行小火加热操作，经过多次重复上述操作，直到样品溶液内没有其他物质，完全变为澄清状态时，向样品溶液内加入超纯水，使样品溶液达到25mL，然后将其放置在测定机上进行测定工作。

最后是湿法消解。湿法消解较为简单，先将样品进行粉碎，再从中称取1.00到2.00g的样品放置于50mL的三角锥形瓶中，然后将10mL的硝酸溶液加入到样品中，等其反应反应结束后，向其内加入1mL的过氧化氢，然后将三角锥形瓶放置在电加热板上，等到其消化至溶液变为澄清、无色或者微有黄色时，停止对其加热，将其进行冷却处理。将冷却后的样品溶液用水定容至25mL，而后将样品溶液放置在测定机上进行测定。

三、测试方法

由于重金属元素对环境和人体具有较大的危害，我国对于重金属的测定一直不断加强研究，目前，比较常见的测定方法有以下两种：光谱法和电化学法。

（一）光谱法应用于重金属检测的研究

首先是原子吸收光谱法。这种方法的测定原理是基于蒸汽相中被测元素的基态原子对其他的原子共振辐射的吸收强度来对被测定的元素含量进行测定的方法。这种方法的测定具有较高的灵敏度，能够很好的对所测定元素进行选择。同时，测定的数据较为准确，能够适用于大多数的重金属检测工作，且没有太多的干扰因素。但是，在进行测定时，不能对非金属进行测量，且每次只能测定样品中的一种重金属含量，测定完成后需要更换一支元素灯，测试其他元素含量。在进行多种元素的同时测定时，这种方法不适合使用，较为繁琐，影响测定的准确性。另外，其测定的工作曲线线性范围较窄，对于样品较为复杂的情况，操作繁琐且数据准确度不高。

另一种是原子发射光谱法。这种测试方法是根据试样中不同原子或者离子在热激发或者电激发的状态下的电磁辐射对需要测定的元素进行定性和定量分析的方法。对于元素原子来说，其由于自身结构的不同，导致其在光源的激发下，出现不同的特征光谱，这就是测定的基础。然后，根据不同元素的特征谱线，能够对样品中的不同元素含量进行定量的分析。该测试方法的优点是具有较快的分析速度，且能够很好的选择需要测定的元素，在进行分析时灵敏度较高。另外，随着样品中待测元素含量的增多，其测定的数据准确度越高。然而其缺点也非常明显：该方法需要的测定仪器较为昂贵，且对于非金属元素无法进行测量。

（二）电化学分析法应用于检测重金属的研究

所谓的电化学分析方法是基于物质在溶液中的电化学反映而建立的一种测定方法。在电化学分析中，一般需要电导和电位等电信号，而不需要特定的信号转换装置就能直接对元素的含量进行定量的测量。因此，电化学分析仪器在进行重金属测量时结构较为简单，且操作较为便捷，能够自动进行测量工作。电化学包含多种测量方法，像伏安法和极谱法以及电位分析法等。下面对其中应用较多的几种进行简单的介绍：

伏安法和极谱法。这两种测量方法都是通过对样品的电解得到电流-电位的时间曲线，然后根据得到的曲线对溶液中的离子进行定性的分析，其所得到的极化曲线就叫做极谱。而伏安法则是从极谱法中分离出去的一种测定方法，这两种测定方法的不同在于其极化电极一种是固体，另一种则是液体。近些年以来，随着脉冲极谱法等的兴起，特别是极谱催化波等的成功应用，导致极谱法和伏安法在重金属检测中的应用越来越重要。伏安法在重金属检测中的优点是其能够测量含量极低的重金属含量，且能够对多种元素进行识别。通过激励电压对响应电流进行测量，然后将电流和电压进行记录并绘制成曲线，从而分析其重金属含量。

四、测定结果和分析

（一）不同前处理方法测定标准物质的结果比较

待测样品分别为黄鱼和猪肉，通过湿法和干法以及微波消解法进行测定，能够对样品中的重金属含量进行平均，然后将平均值进行对比。通过对比数据我们可以发现，在湿法和干法以及微波测定中，其前处理都会存在一定的消解损失，从而影响测定数据的准确性。但是，相对来说，湿法和干法测量的损失是高于微波法的，因此，在进行测定时，选择微波消解能够减少样品的损失。但是对于不同元素的测定，各种测量方法的变异系数不同。像在对铅进行测定时，三种消解方法的结果基本相同，也就是说对于这三种方法来说，在进行铅含量测定时，其处理效果基本一样，回收率基本都达到了80%左右。而对于砷和汞来说，微波消解的效果明显好于其他两种消解方法，因此，在对样品中的砷和汞进行测定时，最好选用微波消解方法，其回收率能够达到70%到85%，而另外两种消解方法的回收率仅仅才50%。

通过对上述三种消解方法的原理进行分析可以发现，在进行样品的消解时，微波消解需要在密闭的容器中进行，且其消解过程中需要高温和高压以及强酸条件，这些原因导致其在消解过程中基本不会受到外部污染，因此能够大大提高消解的完全性和可靠性。而对于湿法和干法来说，其消解是在外部进行的，且消解时间较长，对于温度等的控制较为困难，导致消解过程中不可避免出现一些元素的损失，造成回收率的降低。此外，对于各种元素来说，其沸点存在着较大的差别，在进行湿法或者干法消解时，随着温度的升高，其内的一些元素会发生蒸发现象。另外，样品中的砷和汞等的含量本来就很低，在进行测定的过程中对仪器的要求较高，导致其测量结果严重和实际不符。

（二）不同前处理方法回收率对比

通过对样品进行回收，测定其内含有的重金属元素含量。根据相关数据显示，对于不同的前处理方法，其回收率之间存在着较大的差别，其中的干法消解回收率是较低的，大概范围在55到75%之间，而且结果的分散性较大。而湿法消解是回收率最低的，且结果的精确度不高。

对于消解过程来说，汞的蒸汽压较低，导致其在消解过程中容易挥发，因此，在高温的干法消解过程中具有较大的损失，回收率大大降低，严重影响测定结果。对于汞的测定，最好的方法是微波消解法，这种方法的回收率能够达到73.5%，另外，对于食品来说，其汞的含量一般较低，因此，在测定时最好选用微波消解法，能够避免造成较大的误差。

（三）不同预处理方法优缺点对比

取相同的样品采用三种消解方法进行处理，然后对其试剂和时间的消耗等进行测定。通过对比可以发现：微波消解是一种高效节能的样品溶解技术，且其消耗的时间较短，空白值低，是当前最好的消解方法之一。然而由于该种消解方法在进行操作时的消解罐个数是一定的，每次只能消解固定数量的样品，不利于大批量的样品处理。同时，该消解方法的仪器价格较高，消耗的配件也比较昂贵，导致一般的实验室很难承受。另外，该消解过程还存在着一定的危险，对仪器会有较大的损害，因此，对于一些特殊的样品不能采用该方法进行消解处理。

干法消解能够同时处理多个样品，且试剂使用量少，重复性高。该消解方法的处理效果远好于湿法消解，但是对于汞等易于挥发的重金属，其处理效果的回收率太低，对于这些元素测定效果较差。

最后是湿法消解，这种处理方法具有较强的通用性，对于所有的食品测定都能使用。但是在进行操作时，其操作难度较大，且会对环境造成一定的污染，另外，其试剂的用量较大，空白值较高。

五、结论

综合上述所说，对于食品中重金属测定的前处理方法，各自具有不同的优点和缺点，在进行实际操作时，应根据需要测定的食品具体情况，同时结合自身的实验条件，选择合适的处理方法。另外，对于一些特殊的食品和测定元素，在选择处理方法时需要特别注意。

参考文献：

[1]许贺.食品中重金属检测的方法研究与仪器研制[D].华东师范大学,2009.

[2]张敬锁.不同前处理方法测定黄瓜中重金属镉[J].福建分析测试, 2006,04: 34-36.

[3]倪张林,汤富彬,屈明华.不同前处理方法测定植物油中重金属的研究[J].中国油脂,2012,07:85-87.

[4]何小丽.不同前处理方法对红花化学成分提取的影响[D].内蒙古大学,2014.

[5]倪张林,汤富彬,屈明华.不同前处理方法测定植物油中重金属的研究[J].中国油脂,2012,07:85-87.

（作者单位：吉林市质量技术监督局）