粮油产品中金属元素检测技术分析

王卫萍 李文文 侯艳冰 季春柳 刘玉玲

目前，社会公众对食品安全问题高度关注，而確保食品安全的关键一步就是对食品进行检测。作为日常必需品的粮油产品，更是需要重点检测，尤其要加强对粮油产品中的金属元素进行检测，因为金属元素一旦超标，就会对人体造成严重的危害。所以，粮油产品在流入市场之前必须进行检测，只有出具相应的检测合格报告单才能流入市场，从而保障消费者的食用安全。

一、粮油产品中金属元素的来源

随着现代社会的发展，工业生产等污染物的直接排放导致环境污染问题越来越严重，汽车尾气带来的污染也不容小觑。这些夹杂着重金属的污染物长时间飘浮在空气中，经过一定时间后自然沉降到土壤中，而粮食作物的生长需要从土壤中汲取养分，土壤中的金属元素因而被吸收，容易造成粮食产品中的重金属元素超标。

在降水量不充足时，农业生产者会选择人工灌溉，以保证农作物的正常生长，而这些灌溉农作物所使用的水源如果被工业废水污染，重金属元素就会逐步渗透到农作物中。

在农业生产过程中往往会施加农药或化肥，如果为了过度追求生产效率而过量使用农药或化肥，其中必然会含有一定量的金属元素，比如铜、镉、锌等。尤其是农业生产中常使用的除草剂，重金属含量过高，如果不对农药的使用量加以控制，就可能导致重金属物质的游离量超标，累积后导致粮油产品中金属元素超标。

此外，在食品加工过程中也可能会存在污染。粮油产品一般不是直接将原产品进行售卖，而是需要经过研磨、提炼等，在加工过程中就不可避免地要接触一些重金属物质。比如在研磨面粉时，研磨机就可能会将自身的金属元素带入到产品中。

二、粮油产品中金属元素检测的预处理

金属物质在粮油产品中普遍以化合物的形式存在的，但是由于粮油产品中含有的蛋白质较多，并且也是以化合物的形式存在，所以在对粮油产品的金属元素进行检测之前，就需要进行一定的预处理，即将化合物形式的金属元素转化为离子状态，排除其他干扰技术检测的因素，尽可能地保证检测结果精准。目前所使用的预处理方法主要包括以下四种：

1.湿消化法。湿消化法是在粮油产品中加入硝酸、浓硫酸等具有氧化性的强酸，通过加热破坏粮油产品中的有机物，待需要检测的无机物成分被充分释放出来后，可以形成不易挥发的无机化合物。这种预处理方法不但消化的时间比较快，要求也比较低，而且检测样品非常普遍，但其过程需要人工监视且试剂的空白较大，因此不宜大批量地处理样品。

2.干灰化法。干灰化法是通过高温灼烧的方式使粮油产品中的有机物成分与无机物成分发生一系列的物理变化与化学变化，最后有机物成分会被分解成二氧化碳及含氮的气体再挥发出去，其他的无机盐与氧化物构成的无机成分会残留下来，也被称为灰分，可以供之后的检测使用。这种预处理方法的特点在于消化时间比较慢，对客观环境的温度条件具有一定的要求，但过程中对人工监视的依赖较小，适用于大批量样品的处理，试验中可以加入几滴双氧水或者硝酸催化灰化过程，以缩短反应时间。

3.消解罐消解法。消解罐消解法包括常温消解法、高压消解法及微波消解法三种，以高压消解罐为主，在高温高压的条件下，密闭的消解罐内可以完成预处理。在罐内加入强酸或者强碱，使检测样品中比较难消解的物质得到较好的消解，许多传统方法不能完成消解的物质也被很好地处理。这种预处理方法的操作比较简单，所需要的消解完成时间较短，适用范围较广，可以进行批量处理，成本也较小。

4.微波消解法。微波消解法是通过微波加热消解罐来完成反应，既具备了消解罐消解法的特点，又融合了微波加热的技术优势。这种预处理方法的使用比较简单且快速，具有低空白性的优点，是消解实践操作中最常应用的方法。

三、粮油产品中金属元素检测技术的应用

1.原子吸收光谱法（AAS）。该方法的技术原理是和无机元素定性分析的方法相互配合，对无机化合物进行元素定量分析。原子吸收光谱法最早创立于20世纪50年代，需要配合新型仪器进行分析，技术人员可以根据待测元素的基态原子与其产生的共振辐射吸收强度来测定元素含量。该方法的灵敏度和精准度都较高，数据分析速度也较快，可以检测的金属元素高达70多种，所使用的仪器设备也比较简单，可以在此基础上研究出新的检测方法，但缺点是不能同时测定多个元素。

应用检测方法时，需要先将粮油产品的取样制成溶液，再制备一系列已知浓度的分析元素的校正溶液作为标样，依次给出空白及标样的相应值，再依照上述的相应值绘制出用于校正的曲线，然后对未知样品的相应值进行测定，根据其与校正曲线得出抽取样品的浓度值。在计算机技术的推动下，该检测方法的精密度与自动化程度大大提升，经过微机处理以后的仪器操作程序得以简化，进一步节约了分析时间，技术人员也已经研制出气相色谱一体的联用仪器，极大拓宽了该技术的应用领域。

2.原子荧光法（AFS）。该方法是通过检测金属原子在蒸汽形式下产生的荧光强度来分析金属元素的含量，在特定情况下，技术人员可以通过激发金属蒸汽的荧光，为检测技术的应用做准备。原子荧光法虽然属于一种发射光谱检测的方法，但与AAS密切相关，兼具两种方法的优点，同时克服了两种方法的不足。原子荧光法的发射谱线比较简单且灵敏度较高，可用范围较广，受到的干扰较少，可以同时测定多种金属元素，检出限要比原子吸收法更低，但是适用检测的金属种类比较少，只适用于汞、锑、铅、锡、镉、锌等约11种金属元素，在环境监测及饮用水检测等领域中有着广泛应用。

目前，已经在该项技术的基础上研制出原子荧光光谱仪，将多个高强度的空心阴极灯作为光源、具有较高温度的电感耦合等离子体作为核心，可以同时对粮油产品中的多种金属元素进行原子化处理，再将ICP原子化器的周围安装多个检测单元，和设备中的空心阴极灯形成直角对应，然后进行检测，最后由计算机完成对各个部分结果的处理。

3.紫外可见光光度法（UV）。该项检测技术的应用原理是通过金属物质与显色剂的反应生成有色的分子团，技术人员可以根据溶液的颜色深浅和浓度进行比对，在特定的波长下完成比色检测。通常来说，该方法的应用包括两种情况，一种是物质本身对紫外线及可见光的吸收，可以用于测定金属物质；另一种是生成有色化合物以后再进行测定，属于“显色”的过程。尽管粮油产品中不少的无机离子在紫外线及可见光区域可以吸收，但吸收的强度并不理想，能够直接用于定量分析的情况较少，技术人员加入显色剂以后，可以等物质转化为可以吸收的部分再进行光度测定，这也是目前粮油产品金属检测中最常用的方式。

检测中使用的显色剂包括无机与有机两种形式，实践中对有机显色剂的使用情况较多，大多数此类产品本身就属于有色化合物，即便与粮油产品中的金属物质发生反应以后，所产生的化合物也是性质比较稳定的螯合物，因为显色反应的灵敏度比较高，所以螯合物可以在溶解以后进行萃取，进而完成比色检测。目前，多元配合物的显色体系受到技术领域的关注，三个或三个以上组成部分形成的配合物就属于多元配合物，该类物质可以显著提升分光光度测定的灵敏度，进一步改善该方法的分析特性。

4.X射线荧光光谱法（XRF）。该项技术的检测原理是利用待测样品对X射线的吸收，根据样品中成分的变化來完成定性或者定量检测。该技术的优点包括分析速度较快、样品前期处理比较简单、可适用范围较广、受到的光谱干扰较少、试样的形态可以维持多样性等，不仅常被应用于物质的常量元素定性分析与定量分析中，还可以对粮油产品中的微量元素加以检测，检出限高达10-6。将该项技术与分离或富集等手段相结合之后，检出限度可以延展至10-8的程度，元素周期表中从F至U的元素都可以检测，甚至可在几分钟之内利用多台分析仪同时测定20多种金属元素。

X射线荧光光谱法适用于对块状样品的分析，对多层镀膜中各层镀膜的成分与膜厚分析也非常适用。在粮油产品的样品受到X光射线照射以后，高能离子束会与试样的原子进行碰撞，将原子内的电子逐个撞出形成空穴，而原子处就会作为激发态的形式，这种形式的离子寿命比较短，在跃迁过程中会将多余的能量以X射线的方式发散出，新的空穴产生新的X射线，这一系列特征就可以作为检测使用的依据。

5.电感耦合等离子体法（ICP）。该技术主要包括ICP-AES与ICP-MS两种。ICP-AES是与原子发射光谱法结合应用，通过高频感应电流产生的高温为反应过程持续加热、电离，借助金属元素发射的特征光谱线，测定其强度与重金属量。ICP-AES的灵敏度较高且受到的干扰较少，可以同时测定多种金属元素，如汞、锑等。ICP-MS是将质谱联合应用，利用电感耦合将样品中的金属元素汽化，等到待测的金属元素分离出来，再进入到质谱之中后进行测定，通过离子荷质来进行定量分析或者定性分析，也可以对多种金属元素及其同位素进行确定。与原子吸收法相比，ICP-MS的检出限更低，也是目前金属元素分析方法中最为先进的一种技术，但由于市场造价比较高，所以应用程度不是非常广泛。

6.电化学分析法。该方法的应用原理是根据试验样品中某项物质的电化学变化规律，通过电流、电压及电导等电学量与物质之间的关系，对其中物质的某些成分进行定量分析或者定性分析。该方法具有较高的灵敏度，检测限制较低，已经普遍应用于粮油产品中铅、镉等金属元素的检测。从技术流程上来看，电化学分析法与电感耦合等离子体法具有一定的区别，电化学分析法是应用金属物质不同的电化学性质，再通过电的作用来体现其变化，而电感耦合等离子体法是将样品用气溶胶形式的状态导入到等离子体炬焰中，等到样品发射出各个金属元素具有特征波长的光以后，仪器会分析出来再转变成电信号用于识别。相对来说，电化学分析法的成本较低，可以大范围应用，而电感耦合等离子体法的精确度较高，但成本也会随之提升，一般小型的检测公司难以承担。

综上所述，在当前粮食产品金属元素的检测中，可以使用的方法较多，普遍需要仪器设备参与检测，对操作人员的专业技术要求较高，需要技术人员严格按照技术标准进行操作，而相关部门也需要根据特定的情况选择与之相对应的检测技术，以保证检测的结果。其中，AAS和XRF是中小企业可以优先考虑的检测方法，这两种方法所使用的仪器体积较小且方便携带，操作流程比较简单，获取数据的速度也较快，可以在应急检测中加以使用，也不会对中小型企业造成成本压力。

作者简介：王卫萍（1994-），女，汉族，河南太康人，硕士研究生，研究方向为粮油产品检验。