重金屬對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的影響及其檢測(cè)方法

巨力佩

（國(guó)土資源部蘭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心（甘肅省中心實(shí)驗(yàn)室），甘肅 蘭州 730050）

1 重金屬對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的影響

小麥、蔬菜等農(nóng)作物根系可以從土壤中吸收鉛，重金屬超標(biāo)，會(huì)嚴(yán)重?cái)_亂農(nóng)作物各種生理生化過(guò)程。如通過(guò)鉛元素與農(nóng)作物中蛋白質(zhì)結(jié)合，可以妨礙農(nóng)作物對(duì)鉀元素、磷元素及氮元素的吸收，致使農(nóng)作物生長(zhǎng)緩慢[1]。同時(shí)在遷移性較強(qiáng)的重金屬鎘的脅迫下，水稻、小麥、小米等作物根系干物質(zhì)量、根系活力會(huì)受到抑制，進(jìn)而出現(xiàn)蛋白質(zhì)含量下降、葉片葉綠素含量下降情況，嚴(yán)重影響農(nóng)產(chǎn)品結(jié)實(shí)率及干粒質(zhì)量。

2 農(nóng)產(chǎn)品中重金屬檢測(cè)的常用方法

農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量檢測(cè)常用方法包括原子熒光光譜技術(shù)、生物傳感器檢測(cè)技術(shù)、免疫分析檢測(cè)技術(shù)等幾種類(lèi)型[2]。

2.1 原子熒光光譜技術(shù)

在土壤中重金屬含量檢測(cè)過(guò)程中，原子熒光光譜檢測(cè)技術(shù)是應(yīng)用較普遍的方法。且主要是在火焰或者非火焰原子化器中實(shí)現(xiàn)原子化，隨后吸收激發(fā)光源輻射，測(cè)定激光原子去火化后產(chǎn)生的原子熒光，進(jìn)而準(zhǔn)確獲得農(nóng)產(chǎn)品中重金屬元素類(lèi)型、含量[3]。在原子熒光光譜檢測(cè)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要事先準(zhǔn)備金屬絡(luò)合離子Cl/AlCl3、碘苯酚、氨基酸溶液及Cl/AlCl3離子液體，在323K下添加劑電沉積8000.0s，并以100.0mV/s的掃描速率在離子液體中制備自激熒光光譜。隨后采用HAuCl3進(jìn)行紅外光譜吸收。原子熒光光譜檢測(cè)技術(shù)方法精確度類(lèi)似于原子吸收光譜，但由于原子發(fā)射光譜，同時(shí)具有譜線(xiàn)簡(jiǎn)單，干擾少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的優(yōu)良特點(diǎn)。但原子熒光光譜檢測(cè)技術(shù)在熒光較弱，線(xiàn)性范圍較差，雜散光影響干擾較大，應(yīng)用元素范圍有限。

2.2 生物傳感器檢測(cè)技術(shù)

生物傳感器檢測(cè)技術(shù)主要是依托綜合金屬離子、固定電極材料中特異蛋白，通過(guò)改變特異蛋白結(jié)果，結(jié)合靈敏電容信號(hào)傳感器應(yīng)用，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量進(jìn)行定量檢測(cè)[4]。生物傳感器檢測(cè)技術(shù)從本質(zhì)上而言是一種在環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)產(chǎn)品分析、臨床監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域應(yīng)用的傳感器件，涉及了分析化學(xué)、生物工程、納米材料、電子工程等多個(gè)交叉學(xué)科。同時(shí)多壁碳納米管負(fù)載銅納米/碳量子點(diǎn)材料（MWCNT/Cu/C-dots）放大檢測(cè)信號(hào)的應(yīng)用，也可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境中超痕量重金屬Co2+的超靈敏檢測(cè)、快速識(shí)別。除此之外，生物傳感器檢測(cè)技術(shù)還包括蛋白質(zhì)生物傳感器、核酸適配體生物傳感器、DNA生物傳感器、大腸桿菌生物傳感器等幾種類(lèi)型。其中大腸桿菌生物傳感器應(yīng)用較為普遍，其主要包括以熒光素酶基因?yàn)榛A(chǔ)的大腸桿菌生物傳感器、以微流體技術(shù)為基礎(chǔ)的大腸桿菌微流體生物傳感器、基于生物工程和電化學(xué)技術(shù)耦合的大腸桿菌生物傳感器等。以基于熒光素酶基因的大腸桿菌生物傳感器為例，其主要是將PUC18-luc為大腸桿菌重組表達(dá)載體，人工合成arsRp基因全部序列將熒光素酶重組表達(dá)載體PUC18中的lac操縱分子片段、T7啟動(dòng)子替換掉，以含As3+特異性誘導(dǎo)啟動(dòng)子表達(dá)載體pUC18-luc的形式將重組質(zhì)子顆粒轉(zhuǎn)入大腸桿菌內(nèi)。

相較于傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品中重金屬檢測(cè)方法而言，生物傳感器檢測(cè)技術(shù)具有選擇性好、快速簡(jiǎn)便、靈敏度高等優(yōu)良特點(diǎn)，可以為農(nóng)產(chǎn)品及農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境中重金屬林子的快速檢測(cè)、以及小分子物質(zhì)的分子印跡識(shí)別理論完善提供支持。

2.3 免疫分析檢測(cè)技術(shù)

免疫分析檢測(cè)法主要是利用絡(luò)合物作用，將農(nóng)產(chǎn)品中重金屬離子綜合，預(yù)留一定的空間結(jié)構(gòu)開(kāi)展氧化還原反應(yīng)，保證載體蛋白可以順利接收農(nóng)產(chǎn)品中綜合金屬離子化合物并獲得免疫原。通過(guò)對(duì)免疫原進(jìn)行檢測(cè)，可以獲得農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量[5]。當(dāng)前免疫分析檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于毒素、殺蟲(chóng)劑的環(huán)境污染以及農(nóng)產(chǎn)品重金屬的檢測(cè)。相較于其他檢測(cè)技術(shù)而言，免疫分析檢測(cè)技術(shù)具有簡(jiǎn)便、特異、快速、靈敏的優(yōu)良特點(diǎn)，可便攜進(jìn)入農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直接檢測(cè)。現(xiàn)階段具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值、商業(yè)化應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的免疫分析檢測(cè)技術(shù)石油Tulane University Blake研發(fā)的重金屬-螯合劑復(fù)合物單克隆抗體，其主要是利用抗體、相應(yīng)抗原在較低濃度下進(jìn)行專(zhuān)一結(jié)合、特異識(shí)別的原理，利用標(biāo)記待檢測(cè)抗原復(fù)合物與第二抗體、一抗結(jié)合后顏色反應(yīng)，進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品中重金屬（如鎘、汞、鈾、鉛等）的定性或者定量檢測(cè)。免疫分析檢測(cè)技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品重金屬檢測(cè)中的靈敏度、準(zhǔn)確性主要由抗原、抗體特異結(jié)合的親和程度決定。

除上述方法以外，檢測(cè)人員也可以利用酶抑制檢測(cè)技術(shù)、太赫茲光譜檢測(cè)技術(shù)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中重金屬類(lèi)型、含量進(jìn)行定性、定量分析。

3 農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的檢測(cè)方法創(chuàng)新

本次檢測(cè)應(yīng)用了一種新的檢測(cè)方法——溶出伏安法，并對(duì)該方法在農(nóng)產(chǎn)品中鉛元素的檢測(cè)進(jìn)行了論述。

3.1 材料、試劑與儀器

本次實(shí)驗(yàn)所使用材料為甘肅某地農(nóng)田所產(chǎn)玉米、大米、小麥，分別編號(hào)為01、02、03號(hào)樣品。本次實(shí)驗(yàn)所使用試劑為分析純過(guò)氧化氫、分析純氯化鈣、分析純氫氧化鉀、分析純氧化鎂、分析純硝酸鎂、分析純硫酸銅、分析純濃硝酸等，所用鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液由國(guó)土資源部蘭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心提供。本次實(shí)驗(yàn)所用儀器為島津AY-120電子天平（0.0001g）、電子萬(wàn)用爐、電爐溫度控制器、101-2E電熱鼓風(fēng)干燥箱、超聲波清洗器、HM2000重金屬測(cè)定儀及20.0μL～200.0μL可調(diào)移液器。

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

首先，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)設(shè)計(jì)。向25.0mL空白溶液內(nèi)加入不同濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液，經(jīng)儀器檢測(cè)電流值獲得不同重金屬標(biāo)準(zhǔn)溶液、電流大小間關(guān)系。通過(guò)對(duì)重金屬標(biāo)準(zhǔn)融合、電流大小進(jìn)行回歸分析，可以獲得01、02、03號(hào)樣品中鉛元素含量。實(shí)驗(yàn)中鉛元素標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)添加量依次為0μL、50.0μL、100.0μL、200.0μL、300.0μL、400.0μL、500.0μL。 其次，精密度實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。取鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液溶于坩堝內(nèi)，調(diào)整鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為50.0ng/mL、30.0ng/mL，平行測(cè)定10次溶液中鉛元素濃度。最后，干擾實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。使用含量高于鉛100、500以及1000倍的Cu2+、Mg2+、Fe3+等混合溶液，對(duì)溶液中鉛元素濃度進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，分析上述金屬離子對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量測(cè)定結(jié)果的干擾程度。

表2 農(nóng)產(chǎn)品中鉛含量精密度測(cè)定結(jié)果

3.3 實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)用

首先，樣品制備，將玉米、大米、小麥100.0%粉碎后，過(guò)80目篩。隨后稱(chēng)取過(guò)篩后樣品2.5g，放置在100.0mL坩堝內(nèi)，隨后加入1.0mL濃硝酸、3.5mL過(guò)氧化氫浸泡600s。在溶液與樣品充分氧化接觸后，將其放置在電爐上，緩慢加熱至無(wú)黃煙。隨后大火力加熱半個(gè)小時(shí)，在樣品充分炭化后加入2.5g硝酸鎂與1.0mL蒸餾水混合物，加蓋后小火力蒸發(fā)至硝酸鎂呈熔融狀態(tài)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，大火力加熱半個(gè)小時(shí)，并將坩堝放入高溫馬弗爐內(nèi)，調(diào)節(jié)馬弗爐溫度至550.0℃，持續(xù)60.0min，獲得完全灰化樣品。同時(shí)利用蒸餾水代替鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液，做空白對(duì)照品。其次，電極預(yù)處理及測(cè)定條件確定。在電極預(yù)處理過(guò)程中，對(duì)重金屬測(cè)定儀的工作電極、參比電極、對(duì)電極進(jìn)行清洗，并對(duì)攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)正常程度進(jìn)行檢查。在確定攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，進(jìn)行電極電鍍、調(diào)零及工作電極校準(zhǔn)作業(yè)。隨后依據(jù)前期設(shè)計(jì)要求，設(shè)定富集時(shí)間為60s。最后，樣品快速檢測(cè)。將處理好樣品利用25.0mL水溶解在檢測(cè)用燒杯內(nèi)，加入緩沖試劑后在超聲波清洗器中振蕩600s。隨后過(guò)濾并利用氫氧化鉀溶液、鹽酸調(diào)節(jié)pH至2。在設(shè)定的富集時(shí)間內(nèi)進(jìn)行80s攪拌、20s停轉(zhuǎn)、20s攪拌、檢測(cè)。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

01、02、03號(hào)樣品中鉛元素含量根據(jù)過(guò)濾后測(cè)得鉛元素計(jì)算，計(jì)算公式為：待測(cè)金屬含量=過(guò)濾后待測(cè)金屬測(cè)得值＊0.05/樣品的質(zhì)量。

上述式子中待測(cè)金屬含量單位為μg/g，過(guò)濾后待測(cè)金屬測(cè)得值單位為ng/mL，樣品質(zhì)量單位為g，鉛的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為0.40mg/kg。全部數(shù)據(jù)在Microsoft Excel中進(jìn)行匯總分析。最終得出鉛檢測(cè)線(xiàn)性范圍、精密度測(cè)定結(jié)果如表1、2：

表1 農(nóng)產(chǎn)品中鉛標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果（局部）

通過(guò)對(duì)表1、表2進(jìn)行分析，可知通過(guò)重復(fù)測(cè)定的01、02、03號(hào)樣品中鉛元素含量濃度接近50.0ng/mL，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.68ng/mL，變異系數(shù)為1.53%。表明本次實(shí)驗(yàn)精密度與農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量測(cè)定要求相符。

在確定實(shí)驗(yàn)精密度后，依據(jù)鉛國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)濃度，對(duì)含F(xiàn)e3+、Mg2+、Cu2+的混合液中鉛元素含量進(jìn)行檢測(cè)，得出濃度為30.0ng/mL混合液中，添加倍數(shù)為100、500時(shí)，干擾前鉛元素含量測(cè)定結(jié)果在29.98a±0.82a左右，干擾后鉛元素含量測(cè)定結(jié)果在31.00a±0.21a左右，干擾性不大；而在添加倍數(shù)為1000時(shí)，干擾前后鉛元素含量測(cè)定結(jié)果分別為31.25a±0.92a、27.86b±0.52b，存在一定干擾。但01、02、03號(hào)樣品中鉛元素含量檢測(cè)量均與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相符。

4 總結(jié)

綜上所述，重金屬是影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，做好農(nóng)產(chǎn)品中重金屬測(cè)量，對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量改良具有較為突出的效用。因此，在現(xiàn)有農(nóng)產(chǎn)品中重金屬檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，相關(guān)檢測(cè)人員應(yīng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中重金屬檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行改造升級(jí)，持續(xù)探索新的農(nóng)產(chǎn)品中重金屬檢測(cè)方法，提高農(nóng)產(chǎn)品中重金屬檢測(cè)精確度及靈敏度。