食品中重金属检测及样品前处理方法综述

2022-04-15 08:13:27 | 浏览次数：

摘要：食品中重金属含量超标会给人体造成严重危害，如何快速、准确地检测出食品中重金属已成为各界关注的重点。本文总结了目前食品样品前处理方法和重金属检测方法，对各方法的原理和优缺点进行了阐述，以期为实际重金属检测工作提供参考。

关键词：食品;重金属;样品前处理;检测方法

中图分类号：R155.5

随着社会经济的快速发展，人们的物质生活水平显著提高，饮食文化也日益多样化，因此食品安全问题也得到了广泛的关注与重视。然而，各类污染物质通过直接或间接途径造成食品污染，已严重威胁到食品安全。根据污染性质不同，食品污染可以分为食品生物性污染、食品化学性污染和食品物理性污染;而食品化学型污染主要有3大途径，即农药污染、添加剂污染和重金属污染。

通常将比重>5的金属称为重金属（主要是密度）4.5g’cm^-3的金属），包括金、银、铜、铅、锌、镍、钴、镉、铬和汞等45种元素，还有部分非金属元素，如砷、硒等。在重金属元素中，铅、砷、汞、镉等对人体的危害极大。重金属污染是指由重金属及其化合物引起的污染，主要是指汞、镉、铅、铬和砷等生物毒性显著的重金属引起的污染。

动植物生长过程和食品的再加工过程都可能导致重金属污染，重金属对人体的危害具有潜在性，当少量重金属进入人体时并不会被察觉到，但是重金属不能被生物降解，会通过日积月累在人体内富集，达到一定浓度就会损害人体的健康，因此准确、快速地检测食品中的重金属含量对人体的健康具有重要意义。1样品前处理方法

食品中重金属含量较低，一般检测重金属含量时需将食品样品完全分解，转化成水溶液才能使用仪器进行测定，因此选择合适的前处理方法是准确分析的前提。目前，常用的消解方法有干灰化法、湿消解法、高压消解法、微波消解和萃取法。

1.1干灰化法

干灰化法是通过高温灼烧破坏食品中的有机物，使有机物脱水、炭化、分解、氧化，剩余的残渣即为无机盐，用酸或水溶解即可配制成待测溶液。干灰化法的优点是操作较简单、空白值低，缺点是灰化时间长，易引入杂质，汞、铅、镉、锡等元素在高温条件下易挥发损失，样品可能与容器发生发应导致回收率低。测定铜、铁、锰、锌、铬、镍、铝等元素时，适合采用干灰化对样品进行消解。例如，孙开奇等田对标准物质中铝的检测，采用氢氟酸体系消解或高温灰化法，可满足检测准确性的要求。

1.2湿消解法

湿消解法是在低温加热的条件下，用无机强酸、强氧化剂溶液将固体样品中的有机物质分解、氧化，使待测组分转化为可测定形态的方法。常用的氧化性酸和氧化剂有浓硝酸、浓硫酸、高氯酸、高锰酸钾等。由于单一酸的分解能力有限，不易将样品完全分解，且在操作中容易产生危险，因此在日常工作中需选择合适的酸体系，多将两种或两种以上的强酸或氧化剂联合使用，准确控制好温度，使有机物质能快速而又平稳的消解。

湿消解法的优点是使用设备简单、加热温度较低、可大批量处理样品、能够克服干灰化法中易挥发元素的损失问题，目前应用比较广泛;缺点是消解时间较长，使用强酸强氧化剂易产生危险，对环境有较大的污染，空白值较高，不适合用来做汞的测定。谭湘武等5采用不同方法食品样品进行前处理来测定食品中的总锑，通过实验证明湿消解法操作简单可大批量处理样品，但是消解时间较长，酸耗较大。

1.3高压消解法

高压消解法是利用外部加热高压罐产生的高温高压来消解固体样品。高压消解法所需设备配套成本低，可大批量处理样品，对样品分解能力强，可避免元素挥发损失。缺点是消解时间长，高压存在安全隐患，对高压罐的密封性能要求高。

王晓莹通过多次试验论证高压消解一石墨炉原子吸收分光光度法测定铬含量方法，该方法程序简单，样品消解完全，避免了铬元素的挥发损失;但是反复使用会降低压力罐的密封性，随之溢出的酸蒸汽会腐蚀不锈钢外罐，若外罐被腐蚀会对消解样品造成二次污染。

1.4微波消解法

微波消解法是利用微波产生的热效应使固体样品快速加热并分解，是一种结合湿消解法、高压消解、微波快速加热的“内加热”方法。微波消解技术具有样品分解快速、完全，挥发性元素损失小，试剂消耗少，操作简单，处理效率高，污染小，空白低等显著特点。缺点是不能实时监测消解过程，成本较高。微波消解法样品取样量较少，稀释倍数大，对样品的均匀性要求很高，同时也存在一定的安全隐患。黄滟斌7通过实验证明微波消解法在消解镉时十分精准，适合消解一些挥发性元素和一些可疑样品的确认。

1.5萃取法

萃取法是利用化合物在兩种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中，经过反复多次萃取，将绝大部分的化合物提取出来的操作方法。萃取法的优点是选择性强，不需要发生化学反应，可以在常温，条件下进行，操作简单方便等。缺点是两相界面可能产生乳化现象，导致溶质的损失。

超临界流体CO2萃取作为一种新型分离净化技术，具有无毒、无污染的特点，引起了食品、医药界的广泛关注。杨昌炎等[8]利用超临界流体CO2反胶团一络合萃取食品中痕量重金属铅、汞和砷，通过正交实验对实验条件进行优化，明显提高了重金属的萃取率。

2食品中重金属元素检测方法

能够快速、准确、简便地检测出微量甚至痕量重金属一直是各研究机构关注的重点问题，目前用于食品样品中重金属检测的方法有很多，主要有原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法、比色法、电化学方法等，根据元素的种类和检测条件可以选用合适的方法，达到检测目的。

2.1原子吸收光谱法

原子吸收光谱法（AAS）是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应原子共振辐射线的吸收强度来定量被测元素含量的分析方法，是一种测量特定气态原子对光辐射的吸收的方法。目前，根据原子化方式的不同可分为石墨炉原子吸收、火焰原子吸收、氢化物原子吸收三种方法。原子吸收光谱法现已成为无机元素定量分析应用最广泛的一种分析方法。具有选择性强、灵敏度高、分析范围广、抗干扰能力强、精密度高等优点，可测量70多种金属元素。但是不能多元素同时分析，测定不同元素时，必须更换光源灯。

张风海田综述了原子吸收法在食品重金属检测中具有分析速度快、抗干扰能力强、进样量少、检测灵敏度高、预处理操作简单等优点，能精准检测食品中重金属含量。

2.2原子荧光光谱法

原子荧光光谱法（AFS）是通过测量待测元素的原子蒸气在辐射能激发下产生的荧光发射强度，来确定待测元素含量的方法。原子荧光光谱法较原子吸收光谱法有更低的检出限，能同时测量多种元素。该法具有较高的灵敏度，分析校正曲线的线性范围宽，检测限低，能实现多元素测定。但是，由于大部分金属不能产生荧光，因此现阶段只能对汞、砷、铅、镉、锌、铋、锑、硒等十几种元素进行测定回。目前，对样品气态化的手段主要是氢化物法。陈锋等[10]采用高压微波消解原子荧光光谱法同时测定奶粉中痕量锡和硒，实验证明该方法具有较高的精密度和准确度，锡和硒的RSD控制在1.0%～3.4%，回收率控制在96.7%～100.6%。

2.3电感耦合等离子体发射光谱法

电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）是以等离子体为激发光源的原子发射光谱分析方法，样品在高温和惰性气氛中被充分蒸发、原子化、电离和激发，发射出所含元素的特征谱线，对元素进行定性与定量分析。电感耦合等离子体发射光谱法可同时进行多元素的测定，可有效地同时测量高、中、低含量的元素叫，具有灵敏度高、线性范围宽、分析速度快、检测限低、精密度高等优点，已经成为重金属分析的常用手段。

刘政平121采用电感耦合等离子体发射光谱法测定了水中Cu、Zn、Fe和Mn4种元素，加标回收率在95.2%～102%，满足样品分析中加标回收率的相关要求。2.4电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）是20世纪80年代发展起来的无机元素和同位素分析测试技术，它以独特的接口技术将电感耦合等离子体的高温电离特性与质谱计的灵敏快速扫描的优点相结合而形成一种高灵敏度的分析技术。该技术灵敏度高;速度快，可在几分钟内完成几十个元素的定量测定;检出限一般可以达到ng：kg"的级别;谱线简单，干扰相对于光谱技术要少;线性范围可达7～9个数量级;样品的制备和引入相对于其他质谱技术简单;既可用于元素分析，还可进行同位素组成的快速测定;测定精密度（RSD）可到0.1%。

谭秀慧等[13]采用电感耦合等离子体质谱法测定水产品中铬、铜、锌、砷、镉、铅的含量，各元素测定值的相对标准偏差（n=6）在1.2%～5.9%，回收率在96.6%～102%。李洁傲等[14）应用电感耦合等离子体质谱法（ICP一MS）测定海参中砷、铅、锶等17种金属元素的含量，这些元素的质量浓度在一定范围内与相应的分析信号值呈线性关系，检出限（3s）在0.0005～0.0700μgL"。测定值的相对标准偏差（n=6）在0.45%～7.4%。

2.5比色法

比色法是以生成有色化合物的显色反应为基础，通过比较或测量有色物质溶液颜色深度来确定待测组分含量的方法。比色法的优点是操作简单、成本较低、可对重金属进行快速检测;缺点是准确度不高，常用于定性或者半定量检测，溶液中有色物质的存在也会i影响测量。分光光度法是目前应用较多，也是测量结果较准确的一种比色方法，它是利用重金属与显色剂发生络合反应，生成有色大分子基团，然后用单色光照射，根据被测溶液的吸光度对待测物质进行定性和定量分析。紫外一可见分光光度法应用最普遍。

祁翰林等采用分光光度法测定不同水样中的六价铬含量，测得数据的线性回归方程有良好的线性关系，平均回收率为98.12%，有较高的准确度，适宜各类水体中六价铬含量的测定。

2.6电化学分析法

电化学分析法是应用电化学原理和技术，利用化学电池内被分析溶液的组成及含量与其电化学性质的关系而建立起来的一类分析方法，可对待测组分进行定性和定量检测。电化学方法可分为电位法、电解法、电导法和伏安法。电化学方法的检出限较低，测试灵，敏度高，抗干扰能力强，在重金属检测领域得到广”泛的应用。孙博博[17]对电化学分析法在保健食品检测中的应用进行了深入的探讨和分析，表明该法具有灵敏度高、检测速度快、检测精准度高、检测范围广、仪器操作简单等诸多优点。

3结语

食品中重金属含量超标会给人体造成严重危害，随着人们对食品安全的高度重视，相关部门严格把控食品质量问题，各类食品相关规范和标准日益严格，能够快速、准确的检测出食品中重金属已成为各界关注的重点。本文综述了食品样品前处理方法和检测方法，其中，微波消解法因具有样品分解快速、完全，挥发性元素损失小，试剂消耗少，操作简单，处理效率高，污染小，空白低等显著特点，而成为样品前处理的首选方法。

目前应用较多的检测方法为原子光谱法和电感耦合等离子体质谱法，而ICP-MS因灵敏度高，检出限低，速度快，可在几分钟内完成几十个元素的定量测定，线性范围可达7～9个数量级等优点也越来越来受到人们的青睐。各种方法各有优缺点，实际工作中需根据所测金属元素种类和检测条件，选用合适的前处理方法和检测方法，达到检测目的。

参考文献：

[1]张风海。食品中重金属污染及其检测技术[J].食品安全导刊，2016（36）：117.

[2]蒋承武，食品中重金属元素检测方法研究进展[J].食品安全导刊，2017（36）：96.

[3]章连香.食品中重金属元素检测方法研究进展[J].中国无机分析化学，2017（1）：13-18.

[4]孙开奇，沙博郁，侯艳红，等.不同前处理方法在标准物质铝检测中的应用[J].卫生研究，2018（4）：634-637.

[5]譚湘武，马金辉，萧福元，等.不同消解方法测定食品样品中总锑含量的比较研究[J].微量元素与健康研究，2017（4）：66-68.

[6]王晓莹.原子吸收分光光度法测大米中铬的方法研究[J].农业与技术，2018（9）：24-25.

[7]黄滟斌.大米镉检测中消解方法的选择[J].现代食品，2017（1）：126-128.

[8]杨昌炎，赵非洲，丁一刚，等.正交实验优化超临界流体CO2反胶团——络合萃取痕量重金属[J].化学与生物工程，2010（4）：26-29.

[9]王纪华，马智宏，韩平.重金属检测技术研究与应用[J].北京工商大学学报（自然科学版），2012，30（5）：23-25.

[10]陈峰，杨清华，戴志英，等.高压微波消解原子荧光光谱法同时测定奶粉中痕量锡和硒[J].医学动物防制，2019（3）：303-306.

[11]陈会明，罗小龙。原子发射光谱法简述[J].环境与发展，2017（8）：105-106.