水產品中重金屬鎘的檢測技術研究

◎ 陶 森，阮世勇，林對儉，許小嬋，馮正滔，馮 濤

（陽江市檢測檢驗中心，廣東 陽江 529500）

鎘是一種毒性很強的重金屬，會刺激人的呼吸道，嚴重時導致嗅覺喪失，且蓄積在肝臟或腎臟中從而造成毒作用[1-2]。1972年聯(lián)合國糧農組織（FAO）和世界衛(wèi)生組織（WHO）提出的食品污染物中鎘排名第三[3]，1974年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署將鎘的危險等級排到第一位[4]。2010年，世界衛(wèi)生組織（WHO）提出了人類每周耐受攝入鎘的量為7 mg·kg-1[5]。《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）規(guī)定重金屬鎘在魚類和甲殼類水產動物中的最大殘留限量為0.1 mg·kg-1和0.5 mg·kg-1，在魚類罐頭和其他魚類制品中的最大殘留限量為0.2 mg·kg-1和0.1 mg·kg-1。隨著社會工業(yè)發(fā)展，鎘的利用也不斷增加，導致進入環(huán)境中含鎘的污染物越來越多。雖然環(huán)境中鎘的濃度對人體還不足以導致傷害，但是鎘通過生物鏈的富集作用使人們食品中的鎘含量超標，尤其是水產品，其對重金屬鎘的富集作用很強，當濃度過高會導致人體造成傷害，是人體攝入鎘的重要來源之一[6-7]。因此，為了使人們的健康安全得到保障，對水產品中重金屬鎘的檢驗分析工作十分必要。

1 前處理技術

在元素分析檢測的過程中，需要從樣品中提取出待測組分，因此，樣品前處理是一個非常關鍵的步驟，對檢測結果的準確性有著決定性作用。樣品的前處理是指根據(jù)樣品的性質，使用生物、化學或物理方法，將待測元素從樣品中提取出來，要求對被測樣品的待測組分盡可能地回收，且不能引入待測組分以及影響檢測結果的雜質。目前，在實際應用中，運用較為廣泛的樣品前處理方法有3種，分別是干法灰化法和濕法消解法以及微波消解法。

1.1 干法灰化

干法灰化首先要將樣品粉碎，再從中稱取3～5 g樣品[8]，將其放入干燥、清潔的瓷坩堝內，隨后將瓷坩堝放在電爐上或電熱板上，并進行小火加熱，待到樣品炭化，無白煙生成，即可停止加熱；隨后將其放入馬弗爐內，在500～550 ℃下進行6 h的高溫灰化操作，灰化完成后，將樣品冷卻。完成灰化操作后，如果灰化不完全，還存在較多雜質，可繼續(xù)加入一定數(shù)量的硝酸溶液，然后將其放在電爐或電熱板上進行小火加熱，多次重復此操作，直至樣液澄清透明，灰化完全后，用超純水或去離子水定容后測量。

該方法不僅操作簡單便捷，且試劑用量少、空白值低、后續(xù)處理較簡單，適合微量元素的分析，并可批量處理樣品；但由于該方法需要用到較高的灰化溫度和較長的灰化時間，容易導致樣品中部分鎘蒸發(fā)損失，同時消耗能量較大，成本較高。另外，油脂含量高的樣品，不適用此方法。

1.2 濕法消解

濕法消解是稱取適量的樣品中加入濃硝酸、鹽酸、高氯酸等強氧化性的酸，充分加熱，使樣品中的有機物完全氧化分解成為CO2、水和其他各種氣體，同時可加入催化劑加快氧化分解。如果樣品中含有較多的有機物，可使用混合酸體系進行消解[9]。

濕法消解的操作簡單便捷，適用于大部分金屬含量的測定，基體成分較簡單，大部分元素幾乎無損失，不易與容器發(fā)生反應。濕法消解的氧化反應時間較長，有的樣品需使用混合酸浸泡過夜。消解過程中的所使用的酸是一些濃鹽酸、高氯酸等具有強氧化性酸，對操作人員有較大的安全威脅。

1.3 微波消解

稱取0.5 g左右固體樣品或1.0 mL左右液體樣品。若樣品中存在酒精成分則必須加熱使酒精揮發(fā)完全，否則易引起爆炸[10]。進行微波消解前，向樣品中加入5 mL硝酸，放置2 h。微波消化，放置冷卻，定容測量。升溫程序：溫度和功率都要從低到高設定，最高溫度設為180 ℃左右，功率最高設為100%。整個消解過程控制在30 min左右樣品即可消解完全，隨后放在加熱板或電爐上加熱排酸1 h。

微波消解溫度高，加熱快，消解能力強，能夠大大減少樣品的前處理時間，且消耗溶劑少，空白值低，準確性和精密性都較高，同時也能夠最大程度地減少樣品的損失和污染。微波消解必須嚴格控制反應時間，否則消解罐會因壓力過大而發(fā)生形變，形成較大的安全隱患。

2 傳統(tǒng)檢測技術

2.1 火焰原子吸收光譜法

火焰原子吸收光譜（FAAS）是一種測量特定氣態(tài)原子對光輻射的吸收的方法[11]。其具有操作方法簡單、分析速度快、精度高、測定范圍廣及背景干擾較少的優(yōu)點，但其霧化效率差且氣體的稀釋，從而導致靈敏度下降，檢出限較高，因此，降低檢出限和干擾，提高鎘的檢測靈敏度，成為FAAS的一個研究熱點。

艾軍等提出了表面活性劑增敏FAAS測定魚鱗中痕量鎘的方法，結果表明，鎘含量在0～50.0 μg·mL-1范圍內線性良好，其檢出限為0.003 7 μg·mL-1，回收率達95%～106%，精密度為2.37%，此方法操作簡單易行、對樣品分析取得滿意結果[12]。陳清慧等選定載體離子后，通過共沉淀的方法，采用FAAS對蝦、貝樣品中的鎘進行測定，克服了基體干擾，在0.1～1.0 mg·L-1線性范圍良好，檢出限為4.27 μg·L-1，精密度為0.73%[13]。根據(jù)國家標準FAAS法，鎘的檢出限為5.0 μg·kg-1，以上研究表明共沉淀與FAAS相結合，能提高鎘的檢測靈敏度，降低其檢出限。

2.2 石墨爐原子吸收光譜法

石墨爐原子吸收光譜法（GFAAS）[14]是檢測鎘含量的常用方法，與FAAS原理相似，兩者差別在原子化的方法不同，GFAAS的優(yōu)點是采用石墨爐進行原子化提高了效率和靈敏度，因此能夠用于分析水產品鎘含量很低或試樣少的樣品。但同時干擾較大，測量精密度比FAAS較低，而且成本較高。

趙瑞軍利用微波消解法對魚粉樣品進行消解，加入基體改良劑NH4H2PO4，使用GFAAS測定，測得魚粉中鎘的檢出限為0.024 ng·mL-1，相對標準偏差為3.2%，回收率為92.0%～101%[15]。李萬杰等以4∶1的HNO3-HClO4對貽貝、海參、魚等水產品進行微波消解，測得各樣品中鎘的檢出限為0.03 ng·g-1，加標回收率為93.0%～105%[16]。根據(jù)GB/T 5009.15—2014，GFAAS的檢出限為0.001 mg·kg-1。以上研究均表明，利用微波消解法可以減少樣品前處理過程中鎘元素的損失，且與GFAAS相結合，能降低鎘的檢出限。

2.3 氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法

氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法（HG-AFS）指待測組分被氫化形成氫化物，氫化物被原子化后，受光源所發(fā)出的光能作用，原子處于基態(tài)的外層電子被激活，從低能級向高能級躍遷，并回到低能級的過程中以原子熒光的形式輻射出能量，熒光的強度與原子濃度成正比。HG-AFS具有操作便捷、基體干擾小、穩(wěn)定性好、精密度高、靈敏度高和采樣量小等優(yōu)點。

李連平等采用HG-AFS對海水及幾種海產品中鎘進行檢測，得出鎘檢出限為3.8 ng·g-1，回收率97.0%～103%[17]。吳育廉等采用HG-AFS測定牡蠣中的鎘，在0.20～1.50 μg·L-1線性關系良好，檢出限為0.10 μg·L-1，RSD為4.48%，加標回收率達94.3%～106.1%，并運用此方法對貽貝標準物質進行檢測，測定結果與標準值相符[18]。

2.4 分光光度法

分光光度法是將消解后的樣品，根據(jù)待測組分的化學性質，經一定化學反應后形成某種具有特殊顏色或具有特殊顯色反應的化合物，通過樣品的顯色程度，利用制定的標準曲線定量。方法操作方便易行，成本較低，缺點是干擾因素較多，容易發(fā)生交叉反應，檢出限較高。

王麗芳等在二甲酚橙顯色體系下對水產品中鎘進行測定，結果表明，鎘在最大吸收波長578 nm，pH為6.2～6.4，濃度為0.5～6.0 μg·mL-1時線性關系良好[19]。WEN Xiaodong等采用液液萃取方式富集水和食品中的鎘，通過分光光度法測定，鎘檢出限為0.01 ng·L-1，此方法成本低，易操作，結果令人滿意[20]。

2.5 陽極析出伏安法

陽極溶出伏安法的原理是利用了金屬陽離子的還原性，在體系中給予一定電位，使其還原成金屬單質析出，在通過反向電壓，使金屬單質氧化從而使體系產生氧化電流，氧化電流的大小與金屬的含量成正比，從而根據(jù)一定數(shù)學關系得出金屬離子的濃度。此方法能夠一次連續(xù)測定多種元素，具有較高的靈敏度[21]，且用到的儀器并不復雜，簡單易行，可以用來測量水產品中痕量鎘含量。龍蜀南等利用同步鍵汞微分脈沖陽極溶出伏安法對水產品中多種元素進行測定，其中，鎘的半波電位E1/2為-0.5 V，回收率為96.9%～108.3%，在0.03～20.94 μg·L-1線性范圍良好[22]。

2.6 電感耦合高頻等離子體發(fā)射光譜法

電感耦合高頻等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）是把等離子體作為激發(fā)光源從而進行光譜分析的一種方法，可同時進行多種元素的測定。謝華林采用ICP-AES法同時測定水產品中多種元素，其中鎘檢出限為0.000 7 μg·L-1，RSD為2.6%，回收率為94.5%[23]。張文等利用混合酸將鰻魚微波消解后采用ICP-AES法，同時測定試液中的鎘、鉛、汞元素含量，其中，鎘檢出限2.3 μg·L-1，回收收率在104%，RSD為0.65%[24]。說明此方法檢出限低、準確度高、簡單便捷。

2.7 電感耦合等離子體質譜法

電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）是一種將ICP技術和質譜技術結合在一起的分析方法，該技術的特點是元素覆蓋范圍廣、檢出限低、能進行元素及同位素分析等。龐艷華等建立了電感耦合等離子體質譜法同時測定貝類中鉛、鎘、砷和汞等十多種元素含量，樣品經微波消解、內標校正后，鎘元素檢出限為0.003 μg·L-1，校正曲線的相關系數(shù)為1.000 0，RSD為1.92%～2.96%，加標回收率為89.9%～102%，用此方法對標準物質進行測定，結果相符[25]。Dimaya等采用微波消解ICP-MS檢測魚干中鎘元素含量，在0.01～500 μg·L-1線性范圍良好，相關系數(shù)達0.999，檢出限為0.060 μg·L-1，結果令人滿意[26]。上述研究表明了ICP-MS測定水產品中鎘元素含量時，檢出限均低于國家標準，且準確性高，具有同時測定多種元素的能力。

3 快速檢測方法

隨著經濟的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的檢測技術已經滿足不了日益增加的重金屬檢測工作量，因此，快速檢測技術的應用具有十分重要的意義。與傳統(tǒng)的檢測技術相比較，快速檢測技術盡管只能進行定性或半定量的檢測，無法提供公證數(shù)據(jù)，在靈敏度和檢出限也不及傳統(tǒng)的檢測技術，但是其具有成本低、速度快、操作簡單等優(yōu)點，非常適合如今的快節(jié)奏檢測現(xiàn)狀，能夠起到預警作用，達到篩選的目的。目前，測定水產品中鎘含量的快速檢測方法運用較廣有生物化學傳感器法、顯色法和免疫學法等。

3.1 生物化學傳感器法

生物化學傳感器法可分為生物、電化學和光化學傳感器3種，是利用固定化的生物體成分與重金屬離子作用時，能快速地根據(jù)一定規(guī)律將其轉換成電信號或光信號的分析測試裝置。該方法不僅簡單易行、準確性高、成本較低而且能夠與其他檢測設備兼容，因此在重金屬速測中的適用范圍廣泛。

3.2 顯色法

顯色法是利用元素的化學性質，在與一些物質發(fā)生反應后形成具有特殊顏色的物質或者具有特殊顏色反應的化合物，樣品與標準溶液系列進行比色，從而得出樣品中元素含量的一種快速檢測方法。薛文靜等用KHO-乙醇溶液為顯色劑制備速測卡，測定了對蝦、青蝦以及大菱鲆中的鎘含量，檢測結果與ICP-MS測定相符[27]。但是該種方法的檢出限較高，影響因素較多，重復性較低，只能進行半定量測定。

3.3 免疫學法

免疫學法是根據(jù)抗體抗原具有特異性結合的特點進行檢測的一種新興方法，目前，應用最廣，被大眾所認可的免疫學法是酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）。劉功良等以鎘特異性單克隆抗體與酶標抗原為基礎，建立了一種直接競爭的ELISA檢測瀨尿蝦中鎘的含量的快速檢測方法，檢出限為0.2 μg·L-1，表明該方法能夠快速而準確的測定樣品中重金屬鎘的含量[28]。汪慧等用ELISA法測定近江牡蠣、翡翠貽貝以及基圍蝦中的鎘測量中，檢測結果線性相關良好[29]。向軍儉等發(fā)明了一種間接競爭法測定水產品中鎘離子含量的ELISA法，即將海產品樣品的提取液和鎘離子的標準溶液加到抗原前帶的微孔中，然后加入單克隆抗體；抗體以抗鎘離子作用于各微孔中，混合孵育，然后向微孔中加入抗HRP標記的抗小鼠IgG抗體，孵育一段時間后，加入終止液停止底物變色鎘離子的反應，用酶標法測定每個微孔的吸光度，并根據(jù)標準曲線計算樣品中重金屬鎘的含量[30]。該方法通過利用具有抗鎘離子功能的單克隆抗體獲得的分泌陽性細胞，可以批量制備具有抗鎘離子功能的單克隆抗體，該方法成本低，可簡單快捷、靈敏地測定樣品中的鎘離子含量，此方法可對海產品中的重金屬鎘進行大規(guī)模、快速的檢測。

雖然ELISA法用于鎘的測定能夠加快篩選，但是影響測定結果的因素有很多，如鎘在水產品的含量較低，免疫原性較弱，可能發(fā)生交叉反應等。而ELISA法本身也有許多影響因素，如溫度、pH會影響酶活性，反應時間不足導致反應不完全以及洗滌導致假陽性等。

4 結語

目前，重金屬鎘的檢測方法很多，但傳統(tǒng)檢測法因為其發(fā)展時間長，技術相對比較完善，且可根據(jù)不同檢測目的選擇不同的方法和條件，選擇不同樣品前處理方式，依舊是水產品中重金屬鎘檢測的主要方法。傳統(tǒng)的檢測方法存在樣品前處理耗時長、效率較低、經費支出大以及檢測效果不夠理想等缺點。因此，開發(fā)固體進樣技術以及金屬富集技術是重金屬鎘檢測技術的重要發(fā)展方向。同時樣品前處理技術應繼續(xù)加強研究，減少待測組分在前處理時的損失，降低檢出限，提高檢測靈敏度和精密度。

水產品中鎘的快速檢測方法發(fā)展迅速，適用于現(xiàn)場篩選和檢測。快速檢測方法具有檢測時長短、成本較低、操作簡單易行、靈敏度較高以及專一性好的優(yōu)點，但與傳統(tǒng)檢測方法相比，快速檢測方法，不能進行準確的結果定量，且檢出限較高，精密度較低。因此，快速檢測方法目前還不能替代傳統(tǒng)的檢測技術，同時快速檢測方法是鎘的檢測方法中不可缺少的，它能夠快速地對樣品進行篩選、定性，能大大提高檢測效率，是不可或缺的輔助檢測手段，具有廣闊的市場前景。