原子吸收光譜法在食品重金屬檢測中的應用

李欣芝

（陜西科技大學，陜西西安 710016）

所有過量的重金屬元素都會對人體造成損害。土壤中重金屬含量的增加可導致農作物中重金屬含量相應增加，如谷物、蔬菜等，并通過食物鏈進一步傳導到畜牧產品、漁業產品中，且在這一過程中不斷富集[1]。在食品的生產過程中，對食品的原材料、半成品、成品需要合理地開展重金屬檢測，控制產品的質量。此外，在食品市場監管方面也需要經常進行食品中重金屬含量的檢測。這要求食品中重金屬含量的檢測要精準、便捷、低成本。其中原子吸收光譜法是最重要的一種重金屬檢測方法。

1 原子吸收光譜法的相關理論

目前檢測重金屬含量主要采用儀器分析的方法，主要有原子吸收光譜法、高效液相色譜法、原子熒光法等。其中原子吸收光譜法有檢出限低、適用范圍廣、選擇性好、操作便捷等優點，是目前應用最廣泛的一種重金屬檢測方法。

原子吸收光譜法的基本原理是氣態的原子可以對光輻射進行選擇性的吸收。當入射輻射的能量等于原子外層電子躍遷的能量時，氣態的原子可實現最大的吸收。不同金屬原子的外層電子躍遷所需要的能量是不一樣的，依據原子的最大吸收能量可區分原子的類別。入射特征譜線因吸收而減弱的程度稱為吸光度，吸光度與金屬原子的濃度成正比。依據吸光度可計算金屬原子的濃度。

1.1 原子吸收光譜法的分類

依據原子吸收光譜法中試樣原子化的方法，可以將其分為火焰原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法、氫化物原子吸收光譜法和冷原子吸收光譜法。

1.1.1 火焰原子吸收光譜法

火焰原子吸收光譜法是目前應用最早的一種食品重金屬檢測方法。在原子吸收光譜中，被霧化后的試樣被噴入火焰進行原子化。常用的火焰是空氣-乙炔火焰，它能檢測出30種以上的金屬元素。火焰原子吸收光譜法的特點是測試時間短、成本低、抗干擾能力強、維護簡單以及測試的結果是ppm級別。火焰原子吸收光譜法的原子化效率一般低于20%，試樣的原子化需持續進行，因此需要相對較多的試樣。

1.1.2 石墨爐原子吸收光譜法

石墨爐原子吸收光譜法是利用電流加熱石墨容器中的試樣使其原子化后進行分析的方法。加入的試樣全部得到原子化，原子化的效率可達到100%。相對于火焰原子吸收法，該方法能避免待測元素在火焰中的稀釋，測試的靈敏度相對較高，可達到ppb級。同時這一測試方法需要的試樣數量更少，固體樣品能直接用于測試，應用領域更加廣泛。該方法的缺點是待測金屬元素的范圍有限，測試的時間較長。石墨爐原子吸收光譜法與火焰原子吸收光譜法經常互補應用。

1.1.3 氫化物原子吸收光譜法

氫化物原子吸收光譜法利用氫化物發生裝置進行試樣的原子化。通常用于砷、鉛、硒的檢測。該檢測方法將金屬氫化物反應與原子吸收光譜結合，利用硼氫化鉀等氫化物將待測重金屬轉化為金屬的氫化物。金屬氫化物為具有共價性質的易揮發物質。利用載氣將氫化物導入原子化反應器，分解為原子化的金屬。再測試其特征吸收波長及吸收強度，由此分析重金屬的類別，計算重金屬的濃度。這種方法需要對試樣進行分離和富集，操作較煩瑣，但能降低外部干擾，提高檢測的精確度。

1.1.4 冷原子吸收光譜法

汞在常溫下即是液體，原子態汞易揮發，將原子態汞通過載氣導入原子吸收光譜儀的分析單元，即可實現對金屬汞的定性、定量分析。在試樣中，金屬汞通常以化合物的形式存在，需要用還原劑將汞的化合物還原為金屬汞。常用的還原劑為SnCl2或鹽酸烴胺。冷原子吸收光譜法的靈敏度和測試精度均較高，是測試試樣中汞含量的優選方法。

1.2 原子吸收光譜法的預處理方法

在食品行業，待測試樣品的種類千差萬別，在利用原子吸收光譜對重金屬進行檢測前，需對試樣進行預處理。預處理是可消除試樣中的干擾物質，是提高檢測精度的關鍵步驟。依據食品的類型，預處理方式主要有以下4種形式。

1.2.1 酸消解法

酸消解法是利用硝酸、鹽酸、高氯酸等強酸性物質處理試樣，制成試樣的溶液的方法。酸消解法簡單易行、制備成本低、操作便捷。

在固定陽離子試劑與ESESO的物質的量比為 1.2∶1，反應溫度為85 ℃，溶劑用量為40%時，考察反應時間對產率的影響(見表3)。

1.2.2 微波消解法

微波消解法是在酸消解法的基礎上，利用微波產生熱對流，使溶液中的極性分子重新排列，加速試樣和強酸的反應。相對于傳統的酸消解法，微波消解具有制備效率高、操作環境友好、試樣用量少等優點。

1.2.3 干灰化法

干灰化法是最常用的一種試樣預處理方法。將一定量的試樣至于坩堝中加熱炭化，待無煙后轉移至馬弗爐中，500 ℃處理8～10 h，直至樣品呈灰白色。停止加熱，將全部灰化后的物質用酸溶解定容，此溶液可用于原子吸收光譜的檢測。

1.2.4 分離富集法

當試樣中的待測重金屬含量較少或干擾因素過多，檢測設備難于精確檢測時，可將試樣分離富集。常用的分離富集方法有共沉淀、色譜分離、萃取分離等。

2 原子吸收光譜法在食品重金屬元素測定中的運用

常見的食品可分為糧食、水果蔬菜、肉類和酒水飲料等幾個類別。本文分別介紹原子吸收光譜法在上述幾個類別中的應用。

2.1 糧食中的重金屬元素檢測

在石墨爐原子吸收光譜法的基礎上，朱慶麒等[4]開發了一種快速檢測大米、小麥、玉米中重金屬鎘的方法，稱為快速酸?提法。酸?提法具有操作便捷、成本低、無需消解等優點。唐英[5]利用石墨爐原子吸收光譜法對稻谷粉、玉米粉和小麥粉中的重金屬鉛進行了檢測，得到石墨爐原子吸收光譜法對鉛的檢出限為0.003 ng/mL，精密度為0.1%。對玉米、豌豆和蠶豆中的重金屬鎘進行了檢測，石墨爐原子吸收光譜法對鎘的檢出限為0.147 ng/mL。

2.2 蔬菜中重金屬元素的測定

蔬菜是大眾飲食的重要組成部分。對蔬菜中的重金屬檢測可以采用微波消解或干灰化法進行前處理，采用石墨爐原子吸收光譜法對試樣進行檢測。在試樣的制備過程中可依據待測樣品的種類添加基體改進劑來得到良好的測試效果[6]。

陳少濱等[7]利用硝酸-高氯酸-硫酸消解法處理西蘭花與蒜薹樣品，利用石墨爐原子吸收光譜法測定其中的鉛與鎘的含量。結果顯示該方法具有測試便捷、結果準確的特點，能滿足分析要求。許四五等[8]利用PinAAcle 900T原子吸收光譜儀，采用石墨爐原子吸收光譜法測定蔬菜中的金屬鉛。鉛標準曲線在0～50 μg/L的線性范圍內有較好的線性關系，R2＞0.999 8，相對標準偏差在3%～10%，可為蔬菜中重金屬鉛含量的檢測提供可行性方法。

2.3 肉類及其制品中重金屬元素的測定

養殖業中的部分飼料添加了重金屬添加劑，其中的重金屬可在生物體內富集而導致重金屬超標[9]。國家強制性標準《農產品安全質量 無公害畜禽肉安全要求》（GB 18406.3—2001）對禽肉產品中的砷、汞、鉛、銅和鎘等重金屬的含量有嚴格的要求。常用的測定肉類產品中金屬汞的方法有冷原子吸收光譜法和雙硫腙分光光度法。

魏永義等[10]利用石墨爐原子吸收光譜法測定肉類罐頭中的重金屬鎘含量。實驗得出該方法具有靈敏度高、選擇性好、檢測精度高等優點。曹麗玲等[11]采用酸消解法和微波消解法預處理雞肉樣品，利用石墨爐原子吸收光譜法測定雞肉樣品中的金屬鉻含量，檢出限較低，為0.053 mg/kg，且該方法操作便捷，具有良好的靈敏度和精確度。

2.4 飲品中的重金屬元素檢測

飲品包括飲用水、飲料、酒等。飲品是日常生活中每天必需的食品，與人們的健康關系最為密切。目前主要采用火焰原子吸收光譜法來檢測飲品中的重金屬含量，這一方法最為快速、便捷。如果待測樣中的重金屬含量較少，需對試樣進行富集。唐祝興等[12]利用非離子表面活性劑TritonX-114為萃取劑，分離富集萃取飲料中的鉛，并利用火焰原子吸收光譜法進行測量，這一方法稱為濁點萃取預富集-火焰原子吸收光譜法。陳學澤等[13]利用吡咯烷二硫代氨基甲酸銨（APDC）作配位劑，使其與鉛離子結合，然后用氧化鋁對Pd-APDC進行捕集，用濾紙將配合物過濾后溶于鹽酸溶液中，得到的溶液可用氫化物發生原子吸收光譜法測定其中的鉛含量，這一方法的特征質量為0.04 ng/1%。

3 結語

本文介紹了原子吸收光譜法的基本原理，依據試樣的原子化方法對其進行了分類和詳細介紹，并重點介紹了原子吸收光譜法在食品重金屬元素測定中的運用。原子吸收光譜法在食品的重金屬檢測領域是一種快速便捷、檢測精準的測試方法。在檢測過程中需要依據試樣的種類、檢測目標、目標的大致含量選擇合適的檢測流程及方法。