水產品中重金屬鎘的檢測技術研究

＊李鵬 王婷 張愛秧 付蓉

（陜西普恩檢測技術有限公司 陜西 710000）

隨著我國國民經濟水平的迅猛發展，水產品的市場需求量日漸增長。當前工業現代化的快速發展，各種化學品過度使用，導致了水環境的嚴重污染。大量重金屬分子進入水體，不僅危害自然資源，也危害了水產品的質量安全。當人們食用被污染的水產品后，水產品中積累的毒素通過食物鏈進入人體，對人體健康造成極大危害[1]。因此，水產品中重金屬檢測方法的研究已成為一個亟待解決的重要問題。

1.水產品中重金屬鎘的危害

鎘是一種有毒重金屬元素，其對人的影響主要是通過食物鏈在水產品中積累。人體內的鎘中毒主要是由于食用了受重金屬鎘污染的水產品。鎘在人體內積累，潛伏期可長達10年至30年。重金屬鎘會對人體皮膚和呼吸系統構成危險，刺激呼吸系統，甚至導致嗅覺喪失[2]。鎘中毒會損害腎功能，導致腎管中小分子蛋白吸收異常[3]。長期過量攝入鎘會損害人體體內其他有用元素的有效性，可能會導致骨質疏松和軟化。此外，鎘也是一種致癌物質，可導致癌癥。鎘對魚類和其他水生生物也有毒害作用，毒性最大的是氯化鎘的溶解，當其濃度為0.001mg/L時，氯化鎘可以殺死魚類和水生生物，對水產品養殖造成嚴重損失。

2.水產品中重金屬鎘檢測的必要性

在現代工業中，重金屬鎘的使用不斷增加，導致水環境中含有鎘的污染物越來越多。過量的重金屬通常會限制生物酶的特性并干擾生化反應。雖然環境中的鎘濃度不足以對人體造成傷害，但通過食物中的一系列積累，尤其是水產品，它是人體吸收鎘的最重要來源之一。人體、水產品中含有高濃度的重金屬鎘，當濃度過高時，會對人體造成傷害[4]。因此，為了減少食用水產品對人類健康的損害，有必要加強檢測水產品中的鎘。

3.檢測樣品前處理技術

在分析重金屬元素時，通常要先從水產品樣品中提取成分，以方便使用儀器檢測。因此，檢測樣本的處理是非常重要的一步，前處理技術對檢測結果的準確性有著決定性的影響。

(1)濕法消化

濕法消解是指使用強氧化劑和礦物酸氧化有機化合物樣品，并將其轉化為可測量的溶液。在日常工作中，通常使用兩種或兩種以上強氧化劑或強酸的混合物來快速穩定地消化有機物質。濕法消解簡單方便（如圖1），適用于測定大多數礦物元素的含量。矩陣相對簡單，大多數元素幾乎沒有損耗。它不容易與容器相互產生作用，并且可以消除揮發性元素的損失。濕法消化用簡單的設備可以處理大量的檢測樣品，在檢測樣品前處理中應用廣泛。

圖1 濕化消法操作流程

(2)干灰化法

由于食品中的無機元素可以與不溶性有機物質共存，很難分離出化合物。因此，測定食品中無機物質的含量，通常需要使用干擾物質的方法，有機消除由有機物質引起的干擾。干燥法的原理是通過高溫燃燒破壞有機物，使有機物干燥、燃燒、腐爛和氧化，然后在高溫電爐中燃燒灰燼，留下白色或者灰色的灰燼法塔赫。干灰法具有破壞徹底、操作簡便、試劑用量少、零值低的特點。但使用該技術必須在通風良好、破壞時間長、溫度高的條件下進行，尤其是汞、砷、鈦和鉛這些元素容易導致揮發性物質的損失，必要時需要添加一些元素來鑒別艾滋病灰。

(3)微波消解

由于離子傳導的兩種極化分子效應，直接消化的微波加熱材料導致固體樣品的表面迅速破裂并形成新的溶劑表面，樣品在幾分鐘內完全分解。在分析水產品時，對人體有害的鉛等重金屬可以減少元素損失，減少強酸溶液的使用。微波封閉工藝具有樣品分布充分、快速、蒸發量大、重金屬損失大、酸劑量低、操作簡單、加熱速度高的優點，比傳統加熱方法快10倍以上。然而，投資成本相對較高，處理的樣本數量相對較低，因此可以測試非常均勻的樣本[5]。

(4)壓力消解罐消解法

利用罐體內高溫高壓密封體系（強酸）的環境來達到快速消解難溶物質的作用，可使消解過程大為縮短，且使被測組份的揮發損失降低；提高測定的準確性，是測定元素時消解樣品的重要手段。壓力消解罐消解法的優點是投入量少、設備簡單、操作容易、樣品及試劑用量少、空白值低、可大批量處理樣品。缺點是易污染，有損操作人員健康，精密度欠佳對某些難溶樣品有局限性。

(5)超聲波提取法

超聲波提取技術通過超聲波引起的熱、空化和機械效應等多階段效應增加溶劑滲透，從而實現分析物的快速提取。因此，與微波離解相比，該方法可以顯著縮短提取時間，提高提取速度。這是一種新的先進的重金屬檢測方法，主要用于低溫食品生產中的超聲波技術，用于魚類和植物組織中的汞形態分析，使用四甲基氫氧化銨溶液。超聲波處理后，離心澄清的液體直接用冷原子吸收光譜法測量。

4.水產品中重金屬鎘的檢測技術

(1)目視比色法

光學測色是通過比較或測量顏色溶液材料的顏色深度來確定待測成分含量的方法。通常的光學測色方法是標準系列法，它使用一套直徑和尺寸相同的測色管，由相同材料的玻璃制成，并在系統中添加不同數量的標準組件作為測試溶液。然后分別加入等量的顯影劑和其他輔助試劑，稀釋到一定的尺寸，逐漸成為標準梯度。如果溶液樣品的顏色在兩個相鄰的標準色管之間，請將其與色平面上的每個色管進行比較。溶液樣品的濃度應為兩種標準色管溶液的平均濃度。測定水產品中鎘的原理是，與鏈標準相比，鎘離子和6-溴聯苯甲醇在堿性溶液中以紅色絡合物的形式溶解在氯仿中。光色譜法是一種主要用于測定高鎘含量的方法，具有設備簡單實用的優點。然而，眼睛監測存在主觀誤差和低準確性。

(2)陽極溶出伏安法

陽極溶出伏安法是一種電化學分析方法，它的原理基于電化學反應。在陽極溶出伏安法中，我們將待測樣品作為陽極，通過不斷升高電位，使陽極發生氧化反應，從而使待測元素溶解到電解液中，然后通過電化學方法測定待測元素的濃度。陽極剝離工藝原理的特點是可以區分溶液中微量礦物的不同化學形式，同時識別不同的礦物。在測量范圍內，可以滿足水產品中重金屬和鎘的還原要求。陽極剝離法主要用于測量范圍。測試前應仔細打磨電氣測量值。如果電工打磨不好，會影響測試的準確性。銅、鉛、鋅和CD標準還要求對汞進行鍍鋅，以確保數據的準確性。盡管去除陽極的方法不需要對水樣進行顏色拋光，但某些離子和有機化合物會影響結果，而且精度仍然不足。

(3)分光光度法

分光光度法是測定重金屬離子鎘含量的常用方法，用于重金屬離子的鑒定和定量高光譜。所研究物質的吸收范圍在190nm至800nm之間。其基本原理是不同的重金屬與有機化合物結合形成有色分子簇。這種絡合物通常是一種明顯的反應，存在的重金屬離子越多，反應后溶液的顏色就越深。為了獲得吸收光譜，在不同波長下測量被測物質。物質的物理和結構性質與其吸收光譜密切相關，從而決定了檢測到的重金屬離子的類型。定量檢測需要比較物質在最大吸收波長下的吸收能力，并通過比較或計算重金屬離子的濃度。分光光度法檢測所需儀器簡單、操作簡便，但對多種混合目標物質的分析復雜且易受其他物質的影響，準確度較差，需要進一步改進和發展。

(4)原子吸收光譜法

原子吸收光譜法被廣泛用于檢測水產品中的重金屬鎘離子。原子吸收光譜法是一種基于特征光原子吸收的相對測量方法。主要分為原子吸收分光光度法和氫化物發生原子吸收光譜法。原子吸收分光光度法的主要原理是輻射光源，吸收被測元素穿過樣品蒸氣時的基態原子。在一定條件下，待測元素會吸收光，使待測元素的含量呈正相關，最終得到樣品中待測元素含量。該原子吸收光譜法具有選擇性強、靈敏度高、準確度好、精密度高、分析范圍廣等優點，廣泛應用于水產品檢驗。其霧化裝置主要包括三種類型：石墨爐霧化系統、火焰霧化系統和氫化物發生器。氫化物發生原子吸收光譜法的主要工作原理是水產品中的一些元素與還原劑反應形成氣態氫化物，引入專門設計的石英爐中完成原子化。在使用氫化物發生原子吸收光譜的過程中，氫化物發生注入的主要優點是注入效率高、干擾消除、價態分析和自動化[6]。原子吸收光譜法的應用應結合具體應用情況，才能充分發揮原子吸收光譜的作用。原子吸收光譜法基本原理，如圖2所示。

圖2 原子吸收光譜法基本原理

(5)電感耦合等離子體質譜法

電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）分析是AES與質譜（MS）聯用技術，它通過使用電感耦合等離子體源，將樣品原子或分子離子化，然后利用質譜儀分析其質量-荷比。該儀器可以分析各種不同的原子和分子，并對它們進行鑒定和定量分析。其作為多元素的分析檢測手段，具有分析速度快、線形范圍寬、靈敏度高等優點[4]。可同時測定環境、水產品中的多種元素的分析結果，該檢測技術簡單快速、靈敏度高、檢出限低、抗干擾能力強、線性范圍寬、應用廣泛。電感耦合等離子體質譜法對高溫金屬元素快速分析，但其價格昂貴，易受污染。實驗用水：電阻率≥18MΩ·cm，其余指標滿足GB/T 6682中的一級標準；硝酸：ρ（HNO3）=1.42g/mL，優級純或優級純以上，必要時經純化處理；鹽酸：ρ（HCl）=1.19g/mL，優級純或優級純以上，必要時經純化處理；硝酸溶液：1+99；硝酸溶液：2+98；硝酸溶液：1+1；鹽酸溶液：1+1。

5.結束語

目前適用于水產品檢測中有許多常規的重金屬元素鎘的檢測方法。傳統的檢測方法（例如，光譜法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質譜法等）已經發展了很長時間，技術相對完整成熟。根據不同的檢測目標選擇不同的樣品處理方法、檢測方法和檢測條件，市場需求大的水產品種類是檢測重金屬鎘的主要范圍。適用范圍廣的傳統檢測方法也存在一些缺陷，如檢測時間長、效率低、成本高和測試結果不夠精準等問題。水產品中重金屬元素鎘含量的快速檢測，如光學色譜法、陽極剝離法等，可以解決水產品加工前的復雜操作，以及檢測時間過長等問題，大大節省了設備資源、人力資源的占用，節約了成本投入提高了經濟收入。為了滿足發展速度越來越迅猛的水產品市場更高標準的質量安全要求，研究和創新水產品中鎘含量的檢測技術尤為重要。