水产品中重金属检测方法研究进展

钮冰，钟海林,，赵超敏，张润何，樊祥，蔡文萱，吴池莹，许晓薇，邓晓军

（1.上海大学生命科学学院，上海 200444）（2.上海海关动植物与食品检验检疫技术中心，上海 200135）

水产品包括海洋、江河、湖泊中生产的动植物及以新鲜水产品为原料经过综合加工利用而制成的加工产品[1]。水产品中优质蛋白含量高，脂肪含量低、且多为不饱和脂肪酸，也是补充维生素和矿物质等营养物质的良好来源。与普通畜禽肉相比，鱼类水产品中的肌纤维非常短，且其水分含量更高，肉质更细腻，其营养成分更易被人体消化吸收[2]。因此，水产品也成为了越来越受到人们喜爱的一类食品。现今，各种重金属伴随着现代工业的发展不断地流入河流、湖泊和海洋，导致水质问题日益严重，而重金属又可通过食物链的富集作用沉淀在人体内，并且在一定的条件下可转变成具有更大毒性的金属有机物，过量摄入不可避免地会威胁到人们的健康。

密度大于4.5 g/cm3的元素被称为重金属，且与重金属的性质相似的非金属砷和硒也被归为重金属，例如：铅、镉、铬、砷等。产品中重金属污染来源广泛，国际癌症研究组织将重金属镉列为Ⅰ类致癌物[3]，其主要来源于矿产工业废水的排放、废弃的电池和含镉的农药与化肥等。水产品中重金属铅的主要来源是水产饲料及水生植物从土壤中吸收的铅离子，据张秀成等人[4]的研究报道水产饲料金属污染物中主要有镉、铜、铅、汞、铬等重金属元素，大量使用含有重金属的饲料将会致使水产品体内富集较多的重金属。

重金属对生物体具有一定的毒副作用，当人体摄入超过一定量的重金属时，将会对机体产生各种危害，如损伤成人、儿童的各类脏器，影响胚胎正常发育，造成生殖障碍等[5,6]。最近的研究一致表明，长期暴露于低浓度汞中，可能导致心血管毒性，生殖和发育毒性，神经毒性，肾毒性，免疫毒性和致癌性[7]。长期低剂量的接触砷，会致使人体慢性中毒、腐蚀消化道，甚至导致癌症的产生[8]。

水产品中重金属含量的控制倍受世界各国和组织的关注及重视，中国[9]、美国[10]、欧盟[11]、澳新[12]、CAC[13]等对此都制定了相关的技术法规与标准。

表1 世界各国和组织水产品重金属限量的比较Table 1 Comparison of heavy metal limits in aquatic products of countries and organizations in the world

1 样品前处理方法

1.1 干灰化法

干灰化法是利用高温灼烧的方式分解试样中的有机物，将未能被高温分解的残渣溶解于稀酸中，使被检测的元素形成可作为后续测定的可溶态。铬、砷等重金属元素的含量均可使用该方法进行检测，且操作简单可进行较大样品量的处理。但此法消耗的时间长，在高温下汞、铅、镉等金属元素易挥发损失影响实验的回收率[14]。邹燕娣等[15]、陈新焕等[16]人在优化灰化温度、时间等条件后分别对样品中的砷和铅进行了检测，取得了比较理想的结果。其中，邹燕娣等[15]的实验结果中，其加标回收率达到100%～106%。

1.2 湿法消解

湿法消解是使用强氧化剂、无机强酸将待测品中的有机物氧化分解成可测定的形态存在于溶液中，浓硝酸、高锰酸钾等是常用的无机强酸和强氧化剂，在日常操作中常用两种及以上强氧化剂或强酸的联合酸体系[17]，使有机物的消解能快速且平稳地进行。湿消解法能克服干灰化法挥发性元素损失的问题，设备简单，可实现较大样品量的处理，应用广泛；但该方法具有消解时间长，使用的无机强酸和强氧化剂易造成环境污染和产生危险的缺点。Isabel Rucandio等[18]建立了浓硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾混合体系的消解方法，对海藻中的汞提取分析，取得了良好的效果。李文廷等[19]对海鱼粉中的总汞和总砷采用浓硝酸、高氯酸和硫酸联合酸体系的冷热消解结合的提取方法，该方法的回收率为93.33%～96.62%。

1.3 微波辅助提取酸和双氧水的混合体系进行微波消解只需要2～4 h，与传统的湿法消解法比较可明显地缩短前处理时间以及增加提取效率。Saucedo-Velez等[24]通过优化微波消解的条件测定家畜饲料中的有机砷，对样品的加标回收率在95.2%～97%之间，检测限为0.13 mg/L。Maciel等[25]建立了微波诱导燃烧法消解鳀鱼，然后用电感耦合等离子体质谱测定重金属的含量，加标回收率可达94%±7%。

1.4 超声辅助提取法

超声辅助提取技术[26,27]就是通过超声波产生热效应、空穴效应和机械效应等多级效应增加溶剂穿透力，从而达到快速提取待测物。因此该方法相较于微波消解可明显地缩短提取时间以及增加提取率，是一种新型的重金属检测的前处理方法，主要适用于提取低温加工的食品。Krishna等[28]使用超声波辅助提取，并用四甲基氢氧化铵的稀溶液对鱼和植物组织中的汞进行形态分析。超声处理后，离心获得的上清液直接通过冷蒸汽原子吸收光谱法（CVAAS）进行测定，在95%的置信水平下，分析结果与无机汞、甲基汞和总汞的标准参考值一致，无机汞的检出限为0.014 mg/kg，标准添加回收率为95%～102%。

微波消解主要是利用微波直接深入到试样的内部作用于物质分子使之运动产生“内加热”的热效应，促使加热更迅速、更均匀而使得试样快速分解，是近年广泛地应用于分析检测中的样品前处理方法[20]。微波消解法具有样品分解完全且速度快，重金属元素无挥发损失，酸消耗量少，操作简便等优点，且加热速度快，比常规加热法快10倍以上。但成本投入较大，处理的样品量较少，只能检测均匀性较高的样品。此外，微波氧燃烧作为一种新型的微波辅助提取的新技术[21]对含油脂高的样品、基体复杂的样品消化效率高，背景干扰少，但该法多应用于卤族元素的检测[22]，重金属检测中鲜有报道。Yoda等[23]对牡蛎样品采用硝

1.5 离子交换预富集

离子交换是在固体离子交换剂存在的时，溶液中的离子与交换剂中的离子进行交换，最终溶液中的离子进入到交换剂之中达到分离的目的[29]。陈一铭等[30]利用强酸性的大孔阳离子交换树脂去除鱿鱼肝脏组织匀浆液中的镉离子，结果表明镉离子吸附率在一定时间范围内随吸附交换时间的增加而升高，吸附达平衡状态时，离子吸附率为94.34%。刘世辉等[31]利用离子交换树脂对降水中的镉等金属元素进行富集，具有良好的检测结果，其检出限接近ppb级。

表2 样品前处理方法的比较Table 2 Comparison of sample preparation methods

2 重金属检测方法

2.1 电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）

电感藕合等离子体质谱法是将电感藕合等离子体与质谱联用，利用ICP使试样去溶剂化、汽化、解离、原子化、电离，再将待测离子送入真空质谱系统进行测定。既可以按照荷质比进行半定量分析，也可以按照特定荷质比的离子数目进行定量分析。利用该方法可以实现多元素的快速分析，具有线性范围宽、检出限低、速度快等特点[32]。但该法运行成本高，电感耦合等离子体的高温会引起诸多的化学反应，从而使得分子离子的强度过高，致使测量结果受到干扰[33]。

Griboff[34]的研究中建立了ICP-MS法测定鱼类样品中砷元素，检测限为8 μg/kg，标准添加回收率为88.9%。利用此方法检测富营养化水库中银环鱼的砷含量，可评估食用该水库的鱼类是否会存在健康风险。Guérin[35]经硝酸和过氧化氢消化提取后对159种鱼和其他海产品进行电感耦合等离子体质谱检测，此方法对铅、铬的LOQ值分别为5、20 μg/kg，LOD值分别为83%和87%。

李爱阳等[36]通过将O2作为反应气通入八级杆碰撞反应池（ORS）中消除质谱干扰，而建立了电感耦合等离子体串联质谱法准确测定水产品中多种重金属元素，结果发现淡水产品中重金属的含量在整体水平上低于海水产品，其中以草鱼最为突出。

2.2 原子吸收光谱法（AAS）

原子吸收光谱是近年来最常用的重金属检测方法，在食品重金属含量的检测中被广泛应用。原子吸收光谱分析是原子蒸气中被测元素的基态原子受特征波长的辐射产生共振吸收，其基态原子含量与吸光度成正比，以此测定试样中该元素含量的一种仪器分析方法。相较于其他传统方法具有更高的灵敏度、更高的准确度等优点[37]。

Lavilla[38]采用塞曼（砷、硒）或氘（镍、钒）背景校正的电热原子吸收光谱法，以超声波辅助提取技术检测。在优化条件下，干组织中砷、硒、镍和钒的检出限分别为0.6、0.3、0.2和0.4 mg/kg，相对标准偏差在3%～10%范围内。

李万杰等[39]的研究中建立的硝酸和高氯酸微波消解技术，并用石墨炉原子吸收光谱法检测贻贝、鱼等海产品中重金属含量。检测结果表明，该方法对样品中重金属镉、铅的检测限均都小于0.08 μg/g。任兰等[40]采用硝酸和过氧化氢进行微波消解样品，基体改进剂选用磷酸二氢铵和抗坏血酸，然后用优化后的石墨炉原子吸收光谱法对重金属进行检测。此方法对来自鱼和河蚌中重金属镉、铅的检测限分别为0.01、0.05 μg/g，其相对标准偏差在实际样品的检测结果当中分别为11.9%和8.1%，加入标准品的回收率为91.8%和84.5%。然后对牡蛎的标准参考样进行检测，结果发现测定值在标准值可接受的范围之内。

2.3 原子荧光光谱法（AFS）

原子荧光光谱法是原子蒸气在激发态回到基态时产生荧光发射强度，不同元素具有各自的特征原子荧光光谱，一定条件下，可根据原子荧光强度和单位体积该元素基态原子数成正比来测量待测元素含量的方法。具有选择性好、谱线简单、操作简单等明显优势。Rodolfo[41]用冷原子荧光光谱法测定四种不同消化处理后的海藻中汞含量，检测结果表明，高温石墨加热回流的敞口容器消解系统是最佳选择，该消化方式的汞提取率为83%～103%，相对标准偏差＜10%。此外，原子荧光光谱法可与电化学冷蒸汽发生器等方法结合使用，Zu[42]等将原子荧光光谱法与电化学流动池相结合检测重金属元素汞的含量，甲基汞的检测限被优化到了1.88×10-3ng/mL，相对标准偏差为2.0%。然后对市售的海产品进行检测，结果表明海产品中甲基汞含量在3.7～45.8 ng/g范围内，加标回收率为105%±8%，相对标准差＜5%。

2.4 X射线荧光光谱法（XRF）

X射线荧光光谱法是使用X射线源产生能量光子激发出特征波长的荧光，不同种元素具有各自特定的X射线荧光波长，且元素的荧光X射线强度与样品中该元素的浓度成正比，从而对样品中的重金属进行定量和定性分析。此法具有分析速度快，前处理简单，分析元素范围广，谱线简单，不需破坏样品等优点[43]。

Sosa等[44]应用XRF法测定马铃薯块茎样品中的铁和锌，通过校准以及外部和独立的验证表现出较高的测定系数且具有较低的标准误差，表明可以通过X射线荧光光谱法高精度地估计铁和锌。李梅[45]研究表明X射线荧光光谱法经过软件处理自动计算样品中镉的含量，能在20 min内完成精确定量，检出限为34 μg/kg，实物标样标准偏差为1.6×10-2。

2.5 液相色谱-电感耦合等离子体质谱法（LC-ICP-MS）

液相色谱-电感耦合等离子体质谱法[46,47]原理是样品溶液经过前处理，通过雾化器雾化后送入高温等离子体中，干燥、原子化、电离，元素离子经接口室进入质谱仪，检测器对相应元素离子做出响应，经软件处理，响应强度和时间组成的峰面积与相应组分离子浓度成正比关系进行定性定量分析。该方法具有低的检出限，谱线简单、较小的干扰，所需样品量少等优点，与液相色谱联用时还可进行形态分析[48,49]。

Li等[50]建立了微波辅助萃取-高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法对贝类中砷和汞进行检测，三价砷、五价砷、甲基汞的检出限分别为52、100.3和1.5 μg/kg。将此方法应用于连云港和烟台贝类中砷和汞的健康风险评价，测得新鲜贝类中的砷和甲基汞浓度分别为0.10～1.69 mg/kg和0.46～6.38 mg/kg。

Zmozinski[51]通过阴、阳离子交换液相色谱-电感耦合等离子体质谱法进行砷的形态分析，检测限在0.02～0.71 mg/kg之间，无机砷的回收率为103%±3%，所提出的方法为未来的风险评估分析提供了可靠的无机砷数据。Yao等[52]通过使用反相C8柱，建立了一种简单、快速的液相色谱和气动雾化电感耦合等离子体质谱联用技术对鱼油中汞的形态进行分析，汞化合物的检出限为0.5～1.0 ng/g，加标准添加回收率在93%～107%之间。

Zhao等[53]建立的方法中，以蛋白酶辅助萃取，在阴离子交换色谱柱上用梯度洗脱进行分离，建立了酶辅助萃取-液相色谱-电感耦合等离子体质谱法的检测技术，该方法在鱼类样品中对砷的检测限为0.11～0.59 μg/kg，加标回收率为91%～106%。

2.6 液相色谱-原子荧光光谱法（LC-AFS）

液相色谱-原子荧光光谱法的原理是利用液相色谱的输液泵将样品注入色谱柱，按不同形态、价态元素进行分离后经消解生成气态组分，气态分子进入原子化器进行原子化，由原子荧光检测器测出不同形态、价态组分的荧光强度值[54]。该方法具有分析成本低且灵敏度较高，操作方便，转换灵活，稳定性高、重现性好等优点[55]。

Xie等[56]使用阴离子交换柱，建立了高效离子交换色谱-氢化物发生-原子荧光光谱法测定海产品中硒的形态，在检出限80 μg/L范围内具有比较好的效果（R2＞0.999），该方法的重复性（以相对标准偏差表示）小于5.0%（n=10），实际海产品样品中三种分析物（硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸和亚硒酸盐硒）的加标试验平均回收率为87.3%～103.0%。

Grijalba[57]采用反相高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱法分离与测定食品中硒，使用C8柱在12 min内实现完全分离并分析了不同离子液体作为流动相改性剂对亚硒酸盐、硒酸盐。与使用反相高效液相色谱电感耦合等离子体质谱等灵敏检测器相结合的方法相比，所提出的方法获得的检测限相当甚至更好，硒元素的检测限为1.41 μg/L。该方法已成功应用于葡萄酒、啤酒、酵母和牡蛎等复杂样品中硒的形态分析。

水产品中质量是否安全的重要指标之一是砷的含量，在孟春英[58]的研究中，建立了高效液相色谱-原子荧光光谱法的检测技术，所建立的方法在线性范围0～100 μg/L之间，对As(Ⅲ)和As( )Ⅴ具有较好的检测效果（R2≥0.999），检测限达到0.02 mg/kg，其相对标准差均在3%以下。采用该方法检测的324份水产品，绝大部分的产品中只检测到了三价砷的存在，其中有相当一部分的贝类产品中砷含量超过了国家标准。

表3 重金属检测方法的比较Table 3 Comparison of heavy metal detection methods

2.7 其他方法

此外对于水产品中重金属含量的检测还有比色法、核酸适配体、阳极溶出伏安法、光寻址电位传感器等快速检测方法。Zhang等[59]用一种基于光寻址电位传感器的快速大范围测定鱼组织中镉、铅、铜和汞的方法，当每个目标元素的测量范围在0.1～1000.0 mg/L时，响应时间小于10 s。

3 结论与展望

3.1 随着对重金属危害性研究的深入，且重金属具有很强生物富集性，人们对食物中重金属含量也越发关注。在重金属检测的过程中影响水产品重金属检测准确性的一个重要因素是样品的前处理，传统的干灰化法虽能大批量处理样品，但耗时长、不适用于易加热挥发的重金属元素；湿法消解设备简单，能克服干灰化法挥发性元素的损失，但该法消耗大量的无极强酸或强氧化剂易造成环境污染；目前，国际通用的方法是采用微波消解，只需添加少量强酸或强氧化剂进行；此外，超声辅助提取具有更强的试样穿透力，但该方法在重金属检测的前处理中报道的较少。样品消解过程中强酸和强氧化剂的种类与用量的恰当选择对测定结果具有重要的影响，因此，以后的发展方向是可通过建立多种消解方式的结合以及采用合适的强酸、强氧化剂种类和用量以提高测定的准确度，还有如何提高痕量重金属在前处理中的提取率和准确性亦是新的重点。

3.2 当前，人类主要摄入重金属的方式是食用了容易富集重金属的水产品，因此建立起简便、高效的检测方法十分必要。目前在水产品中重金属含量分析检测的较成熟方法是电感耦合等离子体质谱等单一仪器的检测，但该类方法检测成本高、受背景干扰大。液相色谱与原子荧光光谱联用的方式具有分析成本低且灵敏度较高、操作方便等优点，因此联用技术将成为今后的发展方向，包括建立更适宜的前处理技术与检测方法联合使用、通过各检测技术之间的联用互补各自的不足以提高检测的灵敏度及效率。另外，对水产品中重金属含量的检测方法加以完善并用统计学的方法对结果进行分析具有重要意义。