原子熒光光譜法在測(cè)定食品中有毒金屬元素的應(yīng)用

黃種遷

（泉州市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所，福建 泉州 362000）

伴隨著城市工業(yè)化的腳步，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，食品安全成為時(shí)下一項(xiàng)重要的議題。有毒重金屬污染是食品污染的重要組成部分，其對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重危害。原子熒光光譜法是從1964年開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的分析方法，被廣泛應(yīng)用于食品中汞、砷、鉛、硒、銻、錫、鎘等微量重金屬的測(cè)定。本文主要介紹原子熒光光譜法的基本原理和分類標(biāo)準(zhǔn)，綜述了其在測(cè)定食品中多種微量有毒金屬元素的應(yīng)用以及發(fā)展前景。

1 原子熒光光譜法的基本原理

原子熒光是氣態(tài)原子受到一定特征波長(zhǎng)的光源照射后，原子中某些自由電子被激發(fā)躍遷到較高能級(jí)，而后又去激發(fā)躍遷到基態(tài)或較低能級(jí)，與此同時(shí)發(fā)射出特征性光譜 （與原激發(fā)波長(zhǎng)相同或不同的輻射波長(zhǎng)），稱之為原子熒光。在一定實(shí)驗(yàn)條件下，熒光強(qiáng)度與被測(cè)物的濃度成正比。每種金屬元素都有其特定的原子熒光光譜，可對(duì)其進(jìn)行定性分析；而根據(jù)熒光強(qiáng)度，可對(duì)其進(jìn)行定量分析。

1.1 原子熒光光譜法分類

1.1.1 按蒸氣發(fā)生方式分 （1）原子蒸氣發(fā)生－原子熒光光譜法。原子蒸氣發(fā)生中最為典型的例子是利用冷原子吸收法測(cè)定汞的含量。其基本原理是在酸性介質(zhì)中，試樣中的汞被硼氫化鉀或氯化亞錫還原成原子態(tài)的汞蒸氣。除此之外，人們還利用此方法測(cè)定其他微量重金屬元素，如鎘。（2）氫化物蒸氣發(fā)生－原子熒光光譜法。氫化物蒸氣發(fā)生的原理是在酸性條件下，硼氫化鉀或硼氫化鈉與酸作用生成大量的新生態(tài)氫，試樣中的被測(cè)離子與氫反應(yīng)生成揮發(fā)性的氣態(tài)氫化物，由載氣 （氬氣）帶入原子化器中，在此揮發(fā)性氣態(tài)氫化物解離成原子態(tài)。（3）氯化物蒸氣發(fā)生－原子熒光光譜法。在加熱條件下，金屬離子與過(guò)量的鹽酸氣體反應(yīng)生成揮發(fā)性的氣態(tài)金屬氯化物，氣態(tài)金屬氯化物在原子化器中被解離成原子態(tài)。

1.1.2 按前樣品處理方式分 （1）濕法消解－原子熒光光譜法。傳統(tǒng)的敞開(kāi)式的濕法消解需過(guò)夜進(jìn)行冷消化，耗時(shí)長(zhǎng)，酸消耗量大，且消化時(shí)需要實(shí)驗(yàn)人員在旁看守，處理時(shí)的酸霧危害實(shí)驗(yàn)人員的健康，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力；樣液易受污染和損失，且消化時(shí)要不停地添加消化試劑，使樣品和空白的本底不一致，降低了結(jié)果的可信度。（2）干法消解－原子熒光光譜法。干法消解需在較高的溫度下進(jìn)行消化，且耗時(shí)長(zhǎng)，消化條件控制不好易造成損失，但操作相對(duì)傳統(tǒng)的濕法消解簡(jiǎn)單。（3）微波消解－原子熒光光譜法。微波消解技術(shù)是近年來(lái)廣泛用于樣品預(yù)處理的一門(mén)具有廣闊前景的技術(shù)。其樣品需在密閉的消化管中消化，無(wú)需預(yù)熱，微波能瞬間滲透至樣品的內(nèi)部，具有操作簡(jiǎn)單、試劑消耗少、花費(fèi)時(shí)間短、樣品消解完全、待測(cè)元素?fù)p失少、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

2 原子熒光光譜法在食品中重金屬檢驗(yàn)的應(yīng)用

2.1 汞

汞是人體非必需的有毒金屬元素，毒性大，且具有生物蓄積性。當(dāng)人體內(nèi)汞的濃度達(dá)到一定時(shí)，對(duì)人體會(huì)造成嚴(yán)重傷害，有致癌、致畸、致突變的作用。其毒性與存在的形態(tài)有關(guān)，有機(jī)汞的毒性顯著大于無(wú)機(jī)汞的毒性，其中甲基汞的毒性最強(qiáng)。甲基汞主要對(duì)神經(jīng)組織，特別是發(fā)育中的腦組織有損害作用［1］。所以檢測(cè)和控制食品中汞的含量是非常必要的。

目前，國(guó)內(nèi)外發(fā)展了多種檢測(cè)汞的方法，如原子吸收分光光度法、雙硫腙分光光度法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法、電化學(xué)極譜法和氫化物發(fā)生—原子熒光光譜法等。其中，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法檢測(cè)樣品中汞的準(zhǔn)確性好，靈敏度高，但是由于其設(shè)備較貴，成本高，限制了其廣泛應(yīng)用；而原子熒光光譜法具有檢出限低，靈敏度高，價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品中汞的檢測(cè)。另外，食品衛(wèi)生檢驗(yàn)方法 （GB/T5009.17－2003）［2］中汞測(cè)定的第一法即為氫化物發(fā)生－原子熒光光譜法。陳少芳等［3］應(yīng)用低溫消解－氫化物原子熒光法測(cè)定糧食中的汞含量，檢出限為0.046μg/L，具靈敏、安全、準(zhǔn)確、消化完全等優(yōu)點(diǎn)。高靜等［4］建立了一種簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確且靈敏度高的高壓消解－原子熒光光譜法來(lái)檢測(cè)食品中的汞，檢出限為 0.015μg/L，相關(guān)系數(shù)為0.9999，樣品的回收率為96.8%～103.2%。汪娌娜等［5］、朱永舜等［6］和勞寶法等［7］分別利用硝酸和過(guò)氧化氫消解樣品，建立了微波消解－氫化物發(fā)生－原子熒光光譜方法測(cè)定海產(chǎn)品中的汞，檢出限低，靈敏度高，效果好，此方法非常適用于對(duì)海產(chǎn)品中汞的檢出。Maria等［8］采用微波消解－冷原子熒光光譜法測(cè)定大米中的汞，檢出限為0.9ng/g，樣品回收率為 （95±4）%。

針對(duì)汞的形態(tài)分析常采用多種聯(lián)用技術(shù)，首先需借助一定的分離手段如氣相色譜 （GC）、液相色譜 （LC）、毛細(xì)管電泳 （CE）等分離不同形態(tài)的汞，再聯(lián)合原子熒光光譜法 （AFS）、原子吸收光譜法 （AAS）以及電感耦合等離子體質(zhì)譜 （ICPMS）法等進(jìn)行檢測(cè)。國(guó)外［9－11］有許多采用液相色譜聯(lián)合原子熒光光譜法測(cè)定食品中汞的形態(tài)的相關(guān)報(bào)道，國(guó)內(nèi)毛紅等［12－13］建立了液相色譜－原子熒光法測(cè)定魚(yú)肉中甲基汞、乙基汞、無(wú)機(jī)汞的形態(tài)分析方法；趙凱等［14］通過(guò)簡(jiǎn)化儀器裝置，改進(jìn)前處理步驟，建立了可靠簡(jiǎn)便的高效液相色譜－原子熒光法來(lái)測(cè)定海產(chǎn)品中甲基汞的含量。

2.2 砷

砷是對(duì)人體危害較為嚴(yán)重的重金屬，能對(duì)人體的多種器官產(chǎn)生毒害作用，砷中毒可引起黑腳病，甚至導(dǎo)致癌癥。其中毒機(jī)制主要表現(xiàn)為結(jié)合蛋白質(zhì)的－SH，或替換酶活性中心的鋅或銅。在自然界中砷主要以無(wú)機(jī)砷和有機(jī)砷兩種形態(tài)存在，相比有機(jī)砷，無(wú)機(jī)砷的毒性更大，對(duì)人體危害更嚴(yán)重，目前許多國(guó)家都是以無(wú)機(jī)砷作為衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。利用原子熒光法測(cè)定食品中無(wú)機(jī)砷應(yīng)用廣泛，有文獻(xiàn)報(bào)道利用微波消解－原子熒光法測(cè)定各種食品中的砷含量，樣品經(jīng)硝酸微波消解后，用原子熒光法測(cè)定食品中的砷［15－20］，利用液相色譜－原子熒光光譜聯(lián)用技術(shù)能測(cè)定食品中不同形態(tài)的砷含量［21－29］。有學(xué)者對(duì)原子熒光法進(jìn)行了改進(jìn)，獲得更為理想的效果。蔡文華［21］等改進(jìn)樣品前處理方法，先用8 mol/L鹽酸浸泡，后用乙酸丁酯溶劑萃取，稀鹽酸反萃取來(lái)處理樣品，再結(jié)合HG－AFS測(cè)定食品中總無(wú)機(jī)砷含量，準(zhǔn)確度高，精密度較好。施家威等［22］將前處理方法改進(jìn)為用10%鹽酸、70℃水浴振動(dòng)提取無(wú)機(jī)砷，后經(jīng)離心消化，再使用氫化物－原子熒光法對(duì)無(wú)機(jī)砷進(jìn)行測(cè)定。新方法操作更加方便、耗時(shí)短，而且穩(wěn)定性和回收率都大為提高。殷翠［23］將測(cè)定無(wú)機(jī)砷的方法調(diào)整為利用超聲波前處理樣品4h、還原劑濃度調(diào)整為1.5%參與反應(yīng)，使實(shí)驗(yàn)操作更為簡(jiǎn)便、結(jié)果更為可靠。

2.3 鉛

鉛是人體一種非必需的有毒金屬元素，同時(shí)是具有蓄積性的毒物，能夠毒害神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和造血系統(tǒng)，主要通過(guò)與蛋白質(zhì)上的巰基高度親和，使蛋白質(zhì)變性，從而危害人體健康，所以檢測(cè)食品中的鉛含量非常重要。

目前測(cè)定食品中鉛的方法有很多種：火焰原子吸收光譜法、雙硫腙分光光度法、石墨爐原子吸收光譜法、單掃描極譜法、ICP法、氫化物發(fā)生原子熒光光譜法等。氫化物發(fā)生原子熒光光譜法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，因其靈敏度高、干擾少、檢出限低、線性范圍寬、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛推廣。

韓英［30］利用微波消解－氫化物發(fā)生原子熒光光譜法檢測(cè)茶葉中鉛的含量，該法簡(jiǎn)便、靈敏度高、危害小、檢出限低，儀器檢出限為0.29μg/L，方法檢出限為0.15μg/L，線性范圍為0～50 μg/L，相關(guān)系數(shù)大于0.999。吳平等［31］采用免消解的酸蛋白沉淀的前處理方法聯(lián)合原子熒光光譜法來(lái)測(cè)定牛奶中的鉛，極大地減少了前處理時(shí)間，操作簡(jiǎn)便，同時(shí)優(yōu)化了各種儀器條件，建立了一種快速、可靠、準(zhǔn)確的測(cè)定牛奶中鉛的方法。彭俊等［32］對(duì)氫化物發(fā)生－原子熒光法進(jìn)行改進(jìn)，采用干法消解樣品，后以鐵氰化鉀為氧化劑，2%的鹽酸為載流，將鉛生成鉛的揮發(fā)性氫化物，利用原子熒光光譜法檢測(cè)，檢出限為0.094μg/L，改進(jìn)方法檢測(cè)結(jié)果較好。殷忠等［33］對(duì)樣品的消化方法進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后對(duì)食品中鉛含量的分析結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠。陳少芳等［34］研究了氫化物原子熒光法和石墨爐原子吸收法在測(cè)定微量鉛的應(yīng)用，其檢出限分別為01042μg/L和2152μg/L，回收率為9810%～10510%和9512%～10410%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3113%和1130%，氫化物原子熒光法在檢測(cè)鉛含量中是一種比較好的方法。

2.4 硒

硒是人體必需的微量元素，具有提高人體免疫力、防癌、抗氧化和延緩衰老等作用，但是攝取過(guò)量的硒會(huì)引起頭暈、頭痛、寒戰(zhàn)、高燒、腹瀉等硒中毒癥狀。

孫梅［35］研究利用超聲萃取－原子熒光光譜法測(cè)定大米中有機(jī)硒的含量，發(fā)現(xiàn)樣品加標(biāo)回收率較高，測(cè)定精密度較好，此方法對(duì)于檢測(cè)大米有機(jī)硒含量切實(shí)可行。張坤等［36］建立了HG－AFS法檢測(cè)食品中硒元素，檢出限可達(dá)ppb級(jí)，準(zhǔn)確度好，靈敏度高，線性范圍寬，毒性小，操作簡(jiǎn)便，可廣泛應(yīng)用于食品中硒的測(cè)定。屈蘭竺等［37］采用濕法消解對(duì)牛奶樣品進(jìn)行預(yù)處理，再利用氫化物發(fā)生－原子熒光光度法檢測(cè)牛奶中的微量硒，加標(biāo)回收率為96.5%～104%，檢測(cè)結(jié)果可靠靈敏。

牛曉梅［38］在L－半胱氨酸存在下，利用HGAFS法檢測(cè)食品中的硒含量，檢出限為0.051μg/L，回收率為93.0%～101.0%。L－半胱氨酸降低溶液的酸度，顯著抑制了金屬離子的干擾，優(yōu)化了氫化物發(fā)生條件，適用于食品中硒的測(cè)定。Pilar等［39］采用液相色譜－氫化物原子熒光光譜法測(cè)定嬰幼兒奶粉中的不同硒元素形態(tài)，該法操作簡(jiǎn)單、檢出限低、線性范圍寬、相關(guān)系數(shù)高以及加標(biāo)回收率高，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2.5 銻

銻是一種具生物蓄積性的有害金屬元素，對(duì)人的眼、鼻、喉及皮膚會(huì)產(chǎn)生刺激，并且破壞心臟及肝臟的功能。研究發(fā)現(xiàn)許多采用PET材料制成的塑料瓶體均含有有毒重金屬銻。梁孟軍等［40］利用氫化物原子熒光法檢測(cè)百事可樂(lè)中的銻，該法檢出限低、線性范圍寬、靈敏度高，而且操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快。賴紅娟等［41］研究比較原子熒光法和全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜法檢測(cè)食品包裝材料中的微量銻，發(fā)現(xiàn)AFS法比ICP－OES法的檢出限低，靈敏度高、穩(wěn)定性好、回收率高，是檢測(cè)有毒銻元素的理想方法。

2.6 錫

錫是人體的一種必需微量元素，但攝入過(guò)多會(huì)引起錫中毒。據(jù)報(bào)道，有機(jī)錫是目前已知的干擾內(nèi)分泌系統(tǒng)的唯一一種金屬化合物，可能會(huì)造成人類生育方面的疾病，影響人體健康。目前檢測(cè)錫的方法主要有原子吸收光譜法、等離子發(fā)射光譜法、電化學(xué)法和氫化物原子熒光光譜法等。原子吸收光譜法和電化學(xué)法操作復(fù)雜，選擇性、靈敏度都較差；等離子發(fā)射光譜法雖然操作簡(jiǎn)單，但因儀器較為昂貴，難以普及應(yīng)用；氫化物原子熒光光譜法靈敏度高、選擇性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、而且儀器易普及，廣泛應(yīng)用于重金屬的檢測(cè)。陳湘瑩等［42］利用微波消解/HG－AFS法測(cè)定海產(chǎn)品中的總錫含量，方法靈敏、準(zhǔn)確，相關(guān)系數(shù)為0.9999，回收率為101%～112%。梁群珍等［43］在酸體系中對(duì)樣品進(jìn)行微波消解，以硫脲—抗壞血酸為預(yù)還原劑，利用HGAFS法測(cè)定罐頭食品中的錫，最低檢出限0.067 mg/kg，相關(guān)系數(shù)為0.9998，加標(biāo)回收率為99.7%～108.3%，該法靈敏度高、準(zhǔn)確度好，且安全環(huán)保，適用于罐頭食品中錫的測(cè)定。

2.7 鎘

鎘是人體的一種非必需微量元素，毒性較大，會(huì)對(duì)呼吸道產(chǎn)生刺激，被人體吸收后，主要沉積于肝臟和腎臟產(chǎn)生危害。張麗云等［44］利用微波消解樣品，硼氫化鉀為還原劑，稀鹽酸為載流，另加入鈷離子，生成鎘的揮發(fā)性物質(zhì)，再利用原子熒光光譜法測(cè)定食品中的微量鎘，檢出限為0.1ng/mL，回收率為96.9%～104.0%，此方法適用于微量鎘元素的檢測(cè)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，原子熒光光譜法具有操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、檢出限低、線性范圍寬、分析速度快、干擾少、精確度高等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，原子熒光光譜法不僅應(yīng)用于檢測(cè)食品中的微量重金屬，還廣泛應(yīng)用與衛(wèi)生、醫(yī)學(xué)、化工、地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。研究工作者現(xiàn)不斷地對(duì)傳統(tǒng)的原子熒光法進(jìn)行改進(jìn)，以期獲得針對(duì)不同金屬元素檢測(cè)的最優(yōu)條件，同時(shí)聯(lián)合其他分離檢測(cè)技術(shù)，如液相色譜等，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，獲得更理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。今后，原子熒光光譜法將會(huì)發(fā)展更加成熟，也必將是檢驗(yàn)技術(shù)中一種非常重要的方法。

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