原子吸收技術(shù)檢測(cè)食品中金屬元素含量的應(yīng)用進(jìn)展

摘 要：原子吸收技術(shù)常用于檢測(cè)食品中的金屬元素含量，該技術(shù)可檢測(cè)的金屬元素種類較多，具有選擇性好和準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。本文綜述了原子吸收技術(shù)測(cè)定食品中金屬元素含量的應(yīng)用進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：原子吸收;金屬元素;消解

食品中的金屬如鉀、鈉和鈣，是人體必需的元素，它們?cè)谑称分械暮繎?yīng)在一個(gè)合理范圍內(nèi)，以促進(jìn)人體健康。食品中的重金屬問題作為食品安全問題中的重要一環(huán)，一直被國家和人民高度重視。重金屬在生物體內(nèi)無法被消化，并在食物鏈中被逐漸放大，最終到達(dá)人體內(nèi)，造成重大危害。對(duì)食品中的金屬元素含量進(jìn)行監(jiān)控離不開檢測(cè)手段。在20世紀(jì)50年代，澳大利亞的沃爾什率先提出將原子吸收應(yīng)用于化學(xué)分析，并在1960年和他的同事設(shè)計(jì)并制造出第一臺(tái)原子吸收光譜儀。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，原子吸收技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品檢驗(yàn)、石油化工、醫(yī)療衛(wèi)生和地質(zhì)巖礦分析測(cè)試等領(lǐng)域。本文綜述了原子吸收技術(shù)在食品中金屬元素含量檢測(cè)方面的應(yīng)用。

1 樣品的消解

消解的目的是破壞有機(jī)物、溶解顆粒物，并將各種價(jià)態(tài)的待測(cè)元素氧化成單一高價(jià)態(tài)或轉(zhuǎn)換成易分解的無機(jī)化合物。對(duì)需檢測(cè)金屬元素含量的樣品進(jìn)行前處理，須將待測(cè)樣品中的金屬元素轉(zhuǎn)移到待測(cè)液中，然后通過原子吸收光譜儀測(cè)量出樣品中該金屬元素的含量。常用的樣品消解方法包括干法、濕法、微波和高壓等[1]。

1.1 干法消解

干法消解是利用高溫對(duì)樣品進(jìn)行分解，在電爐絲上低溫炭化至無煙后在馬弗爐中高溫灰化至完全，使被測(cè)物以固態(tài)形式殘存，用稀酸溶液溶解殘留的礦物質(zhì)灰分，制成待測(cè)液。干法消解酸用量少，且步驟簡(jiǎn)單，易操作;并可同時(shí)處理大量樣品，可徹底破壞有機(jī)物;但是干法消解中灰化過程所需溫度高，不適合易揮發(fā)的元素，例如汞。若食品中含有相當(dāng)量的氯離子和磷酸根，在干法消解過程中中鉛、鎘等金屬會(huì)生成易揮發(fā)的金屬氯化物或磷酸鹽，最終導(dǎo)致結(jié)果偏低，所以干法也不適用于容易與其周圍無機(jī)物反應(yīng)，生成易揮發(fā)性化合物的元素[2]。若灰化不完全，需再次炭化、灰化，費(fèi)時(shí)且繁瑣[3]。干灰化法適用于難揮發(fā)、高沸點(diǎn)元素的前處理，如鉻、砷和鎳等。

1.2 濕法消解

濕法消解是在一定溫度下，在氧化性酸或非氧化性酸存在下，必要時(shí)加入一些氧化劑或催化劑，借助化學(xué)反應(yīng)使樣品分解，將待測(cè)金屬以離子形態(tài)轉(zhuǎn)移到消解溶液中，濕法消解常用的試劑有硫酸、硝酸、高氯酸和過氧化氫等[4]。該法效率高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作便捷等優(yōu)點(diǎn)。但濕法消解需要較多試劑，若使用玻璃儀器作為消解容器，因?yàn)椴Ａ?duì)金屬存在吸附和解吸作用，易導(dǎo)致空白值偏高[5-6]，在消解過程中為減小試劑的消耗和減少某些元素因氣化造成的損失，宜蓋上玻璃漏斗，便于酸霧冷凝、回流。在操作中應(yīng)使用高純度的酸并盡量少添加其他試劑，盡量使樣品消解完全，同時(shí)降低空白值。為防止待測(cè)液中的硝酸或高氯酸濃度偏高，損壞原子吸收火焰燃燒頭或者石墨管，采用濕法消解時(shí)，一定要有趕酸這一步驟。

1.3 微波消解

微波是一種頻率在300 MHz～300 GHz的電磁波，即波長(zhǎng)在1m～1mm的電磁波。微波消解自動(dòng)化程度高，同樣適用于被檢測(cè)樣品的前處理。微波加熱與傳統(tǒng)的外部加熱技術(shù)不同，它是一種直接的內(nèi)加熱方法，可在試樣內(nèi)部產(chǎn)生熱效應(yīng)，使加熱更迅速、均勻，從而縮短加熱時(shí)間[7]。在微波消解中，常用的試劑有硝酸、硫酸、氫氟酸和過氧化氫等，高氯酸因易爆而不宜使用。微波消解一般可分為兩類：敞口型和密閉型，密閉微波消解較敞口微波消解常用。微波消解溶樣迅速，所用試劑量少[8]，且消解容器的高度密閉性可避免元素的揮發(fā)損失及樣品的污染[9]。微波消解的缺點(diǎn)亦明顯，即消解罐容積較小，因此樣品取量較少，這就對(duì)樣品的均勻性有較高的要求;而且微波消解儀和消解罐價(jià)格偏高，入門成本較高[10]。

1.4 高壓消解

高壓消解是在常壓濕法消解的基礎(chǔ)上進(jìn)行密封加壓，利用外部加熱，在密閉的消解罐內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓，以實(shí)現(xiàn)快速消解難溶物質(zhì)的目的。高壓消解罐內(nèi)杯材質(zhì)為聚四氟乙烯，耐酸抗堿，因此可在硝酸消解試劑體系中加入適量氫氟酸，把硅酸鹽分解為氣態(tài)SiF4，以達(dá)到除硅效果，因此對(duì)于硅含量較高的樣品宜采用硝酸-氫氟酸體系進(jìn)行消解，促進(jìn)難溶元素的游離。高壓罐的密閉性和所用材料的惰性使該方法的空白值較低，適合多數(shù)金屬元素的消解，特別適合易遭污染的元素，如汞[11]。高壓消解能有效減小試劑和揮發(fā)性元素的損失，同時(shí)高校消解污染小，分解樣品能力強(qiáng)，酸用量少，所需設(shè)備只有普通干燥箱和高壓罐，因此投資小。但是存在某些樣品分解不完全，取樣量少和卸載消解罐蓋需要一定力度等缺點(diǎn)，而且高壓具有一定的安全隱患。

2 原子吸收光譜儀的應(yīng)用

原子吸收光譜儀檢測(cè)食品中金屬元素含量的原理是金屬元素被原子化后會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的光，利用從空心陰極燈發(fā)出的相應(yīng)波長(zhǎng)的光的減弱程度來判定被測(cè)元素含量[12]。原子吸收光譜儀是發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)、技術(shù)比較成熟的一種檢測(cè)儀器，根據(jù)原子化方式的不同，可以分為火焰原子吸收光譜儀、石墨爐原子吸收光譜儀、氫化物原子吸收光譜儀和冷原子吸收光譜儀這4種[13]。氫化物原子吸收光譜儀可以檢測(cè)鍺、砷、硒、錫、銻、汞、鉛和鉍等的含量，該技術(shù)可將氫化物的檢出限降低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，且消除了基體的干擾。冷原子吸收光譜儀僅適用于測(cè)定食品中的汞含量，相對(duì)另兩種儀器而言，這兩種比較少用。

2.1 火焰原子吸收光譜儀

火焰原子吸收光譜儀具有操作簡(jiǎn)單、迅速、適用范圍廣、分析條件穩(wěn)定和重現(xiàn)性好的優(yōu)點(diǎn)?；鹧嬖游展庾V儀的檢出限一般為mg/kg級(jí)別，因此常用來檢測(cè)食品中的鉀、鈉、鎂和銅元素，而很少用來檢測(cè)食品中的鉛、鎘、汞、砷和鉻這些元素。包先金[14]用次靈敏線火焰原子吸收法測(cè)定食品中鈉、鉀和鎂的含量，發(fā)現(xiàn)該方法具有線性范圍寬，精密度和準(zhǔn)確度均較好等優(yōu)點(diǎn)，完全能滿足分析工作的需要。

2.2 石墨爐原子吸收光譜儀

石墨爐原子吸收光譜儀具有進(jìn)樣量小、操作簡(jiǎn)單和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品中金屬元素含量的檢測(cè)。石墨爐升溫程序中的灰化和原子化溫度是很重要的參數(shù)，灰化使試樣中的有機(jī)質(zhì)組分揮發(fā)而被除掉，使處理后的試樣中只留有待測(cè)金屬，為接下來的原子化處理做準(zhǔn)備。若灰化溫度太低則有機(jī)質(zhì)會(huì)有殘留，若灰化溫度太高，易使待測(cè)元素?fù)]發(fā)，嚴(yán)重時(shí)可使被檢測(cè)的金屬元素全部喪失。所以測(cè)定低熔點(diǎn)、易激發(fā)且在空氣中化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性較差的金屬時(shí)，例如鉛，需要添加基體改進(jìn)劑。基體改進(jìn)劑可以在提高灰化溫度的同時(shí)，保護(hù)被檢測(cè)金屬元素，常用的基體改進(jìn)劑有磷酸二氫銨和硝酸鈀等。原子化是將樣品中的待測(cè)金屬元素從分子狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹行宰杂稍拥倪^程。若原子化溫度低于所需溫度，則被測(cè)元素的原子化不完全，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏低，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)信號(hào)峰拖尾現(xiàn)象;若原子化溫度高于所需溫度，出峰時(shí)間提前，且出現(xiàn)分叉峰形，甚至影響測(cè)定結(jié)果，同時(shí)浪費(fèi)電能、損耗石墨管[15]。

3 結(jié)語

在檢測(cè)食品中金屬元素含量的過程中，消解方法有干法、濕法、微波和高壓等，它們有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。原子吸收光譜儀的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的靈敏度和精密度，并具有較好的選擇性和較強(qiáng)的抗干擾能力，在實(shí)際應(yīng)用過程中操作便捷，且分析范圍相對(duì)較廣泛。但是，該方法仍存在一些問題，需要進(jìn)一步完善。例如，一次進(jìn)樣只能檢測(cè)一種元素，在分析多種元素時(shí)需要更換燈源;使用石墨爐原子吸光譜儀測(cè)定某些金屬元素時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍相對(duì)較窄，例如鎘元素，其標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍一般0～3.0 μg/L。檢測(cè)工作者應(yīng)根據(jù)樣品種類、被檢測(cè)金屬的性質(zhì)和含量范圍選擇合適的消解方法和恰當(dāng)?shù)脑游展庾V儀設(shè)備，以得到準(zhǔn)確、值得信賴、平行性好的結(jié)果。

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作者簡(jiǎn)介：谷政偉（1990—），男，湖南郴州人，碩士。研究方向：化學(xué)元素含量分析。