食品及飲料中金屬元素測(cè)定方法研究

◎ 潘小恒

（椰樹(shù)集團(tuán)，海南 海口 570102）

目前，因社會(huì)各界關(guān)注度的不斷提高，對(duì)食品及飲料中的金屬元素進(jìn)行測(cè)定，具有一定的迫切性與現(xiàn)實(shí)意義。因?yàn)槭称芳?jí)飲料中的金屬元素類別及含量并不統(tǒng)一，所以可用于測(cè)定的方法也比較豐富。不同的測(cè)定方法有不同的應(yīng)用要求，也會(huì)呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。為切實(shí)提高整體的測(cè)定有效性，具體工作中，檢測(cè)人員應(yīng)針對(duì)不同的食品或飲料類別，針對(duì)性選擇測(cè)定手段。本文以此為前提，分析食品及飲料中金屬元素測(cè)定之前所選用的樣品處理方法與具體的金屬元素測(cè)定方法。

1 食品及飲料中金屬元素測(cè)定之前的樣品處理

當(dāng)前，大眾能夠接觸的食品與飲料種類相對(duì)較為豐富，其組成成分也比較復(fù)雜，在對(duì)其中的金屬元素進(jìn)行測(cè)定時(shí)，會(huì)受到較多的干擾因素影響，最終導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)一定的變動(dòng)[1]。為有效規(guī)避類似問(wèn)題引發(fā)的不良影響，在正式測(cè)定金屬元素之前，檢測(cè)人員需對(duì)樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>

1.1 干法灰化法

干法灰化方法的應(yīng)用原理是在正式進(jìn)行測(cè)定工作之前，檢測(cè)人員須將樣品放置在坩堝容器中，對(duì)其進(jìn)行炭化以及高溫灼燒處理。通過(guò)這一操作，可促使食品及飲料中的有機(jī)物自動(dòng)分解，并轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)形態(tài)。這一處理方法多用于嬰幼兒配方食品測(cè)定及肉與肉制品測(cè)定。綜合來(lái)看，干法灰化法的處理難度相對(duì)偏低，且能夠一次性處理大量用品，整體效率偏高，不會(huì)造成試劑污染。但相比于其他處理方法，這一方法需要較長(zhǎng)的操作時(shí)間，且回收率相對(duì)偏低，因而并不適用所有的測(cè)定情況。例如，在測(cè)定汞、鉛、鐵一類的金屬時(shí)，便不應(yīng)選擇這一方法。此外，有些金屬元素會(huì)在灼燒期間被坩堝吸附，兩者的接觸會(huì)產(chǎn)生新的物質(zhì)，且物質(zhì)難以被酸溶解。對(duì)于具備這一性質(zhì)的金屬元素，也不宜使用這一處理方法。

1.2 濕法消化法

在利用濕法消化法進(jìn)行金屬元素測(cè)定前的處理工作時(shí)，檢測(cè)人員需要選擇合適的強(qiáng)酸或強(qiáng)氧化劑。通過(guò)加入氧化劑以及酸化劑的方式，對(duì)樣品中的有機(jī)物進(jìn)行分解，以達(dá)到消化食品或飲料的目的[2]。硫酸、硝酸、過(guò)氧化氫是濕法消化法運(yùn)用期間較為常見(jiàn)的強(qiáng)酸化劑及強(qiáng)氧化劑。必要時(shí)，測(cè)定人員可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)試劑進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕旌稀?/p>

濕法消化法多用于鐵、鎂、錳的測(cè)定，在銅、鋅測(cè)定中也有使用，且整體的使用成效相對(duì)較為明顯。綜合來(lái)看，濕化消化法的加熱溫度相對(duì)偏低，但整體的有機(jī)物分解速度卻比較高。在具體的測(cè)定前準(zhǔn)備工作中，可有效提高整體的工作效率。在當(dāng)前我國(guó)大力號(hào)召環(huán)保理念的狀態(tài)下，由于該方法會(huì)消耗較多的試劑，且容易產(chǎn)生有害氣體，并不倡導(dǎo)多使用。在使用這一處理方法時(shí)，要求測(cè)定人員做好相關(guān)的處理工作，盡量降低對(duì)環(huán)境及大氣造成的污染與影響。

1.3 微波消解法

微波消解是近年新出現(xiàn)的一種金屬元素測(cè)定前處理方法。利用這一方法可對(duì)樣品進(jìn)行有效的消解。在利用這一手段進(jìn)行食品或飲料的處理工作時(shí)，樣品會(huì)在微波的影響下產(chǎn)生酸反應(yīng)，且會(huì)產(chǎn)生新的表面。一般情況下，測(cè)定人員可以在處理萃取極性與熱不穩(wěn)定的化合物時(shí)，采用微波消解法。

例如，在對(duì)啤酒中的金屬元素進(jìn)行測(cè)定時(shí)，針對(duì)其中的鈉、鉀、鈣、鎂，測(cè)定人員可以通過(guò)微波消解法進(jìn)行測(cè)定。有學(xué)者指出，這一方式所形成的測(cè)定值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差可控制在1.87%以內(nèi)。在對(duì)食品樣品中的金屬鉻進(jìn)行測(cè)定時(shí)，也可運(yùn)用這一方法，且整體的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差可控制在2.6%以內(nèi)。這一方法的主要特點(diǎn)在于能夠加快消解。同時(shí)，由于微波消解法會(huì)生成較為完善的密閉系統(tǒng)，能夠有效杜絕一些金屬元素的揮發(fā)，如汞、鉛，因而整體的分析誤差會(huì)相對(duì)較小，甚至可忽略不計(jì)，有效降低了分析成本，提高了后續(xù)的測(cè)定有效性。

1.4 懸浮液進(jìn)樣

懸浮液進(jìn)樣法又被稱為懸濁液法。在樣品測(cè)定前的處理工作中，測(cè)定人員可通過(guò)這一方法將固體樣品進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使之呈現(xiàn)懸浮液狀態(tài)，而后通過(guò)對(duì)懸浮液進(jìn)行測(cè)定的方式，檢驗(yàn)食品中存在的金屬元素。這一方法可加快固體劑轉(zhuǎn)化的速率，加強(qiáng)一些基體比較復(fù)雜或難消解樣品的測(cè)定有效性。

例如，在對(duì)油菜或茶花花粉進(jìn)行測(cè)定時(shí)，測(cè)定人員可以用水分散懸浮液進(jìn)樣技術(shù)，通過(guò)這一方式對(duì)油菜及花粉中的金屬元素進(jìn)行測(cè)定，如鐵、錳、鋅、鈣、鉛。實(shí)踐表明，整體的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差可控制在1.50%以內(nèi)，更重要的是在此過(guò)程中無(wú)需添加任何穩(wěn)定劑。曾有學(xué)者利用這一方法對(duì)核桃粉中的鈣、鎂金屬元素含量進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)表明，整體的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差可控制在4.5%以內(nèi)。相比于其他技術(shù)手段，懸浮液進(jìn)樣法的主要優(yōu)勢(shì)在于更加便捷，整體步驟更少，能夠降低對(duì)待測(cè)元素的污染或損失。綜合來(lái)看，這一方法在食品及飲料金屬含量測(cè)定工作中的應(yīng)用概率會(huì)相對(duì)偏高，但應(yīng)用這一技術(shù)時(shí)必須使用基體改進(jìn)劑，某種程度上會(huì)對(duì)基體造成一定的干擾。

2 食品及飲料中金屬元素測(cè)定的具體方式分析

2.1 原子化方法

2.1.1 火焰原子化法

火焰原子化法是比較常見(jiàn)的原子吸收光譜法，這一方法能夠?qū)υ嚇尤芤哼M(jìn)行進(jìn)一步的處理以及加工。在檢測(cè)工作中，檢測(cè)人員需先對(duì)食品或飲料的樣品進(jìn)行處理，將其調(diào)整為試樣溶液狀態(tài)，而后通過(guò)噴涂的方式將其噴入霧化裝備，待溶液能夠轉(zhuǎn)化為霧態(tài)之后，檢測(cè)人員需將經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化的樣品放置在高溫火焰燃燒器中，使之呈現(xiàn)游離狀態(tài)，并順利轉(zhuǎn)化為基態(tài)原子[3]。相比于其他原子吸收光譜法，火焰原子化法的操作更加便捷，整體的檢測(cè)穩(wěn)定性也會(huì)更高。但其也存在一定的應(yīng)用缺陷，即靈敏度和霧化進(jìn)氧效率相對(duì)偏低，在一定程度上會(huì)影響最終的測(cè)定成效。

2.1.2 電熱原子化法

在利用電熱原子化法進(jìn)行食品及飲料金屬元素測(cè)定工作時(shí)，測(cè)定人員會(huì)應(yīng)用較多不同的材料，如石墨、石英、鎢，并利用類似原料制作成原子化器，通過(guò)電加熱的方式對(duì)金屬元素進(jìn)行測(cè)定。對(duì)于原子化器的形狀，測(cè)定人員可根據(jù)不同的測(cè)定要求進(jìn)行調(diào)整，如片狀、爐狀、管狀或絲狀。在具體檢測(cè)工作中，檢測(cè)人員需將食品或飲料試樣放置在原子化器內(nèi)，通過(guò)加熱蒸發(fā)的方式進(jìn)行測(cè)定。石墨爐是電熱原子化法應(yīng)用中常見(jiàn)的一種檢測(cè)設(shè)備，整體的靈敏性相對(duì)較高，且升溫速度較快，可使待測(cè)物完全呈現(xiàn)原子化狀。相比于火焰原子化法，電熱原子化法會(huì)更多受到共存化合物的干擾。

2.1.3 冷原子化法

在測(cè)定食品及飲料中的汞金屬時(shí)，冷原子化法是較為常見(jiàn)的一種技術(shù)手段。在具體的測(cè)定工作中，測(cè)定人員需先選擇汞化合物樣品，并將該樣品轉(zhuǎn)化為具備可溶性特征的二價(jià)汞離子，之后利用專業(yè)設(shè)備將其還原成金屬汞。立足化學(xué)視角分析來(lái)看，在常溫狀態(tài)下，汞通常會(huì)以原子態(tài)存在，而原子態(tài)汞最大的特點(diǎn)在于具有較高的易蒸發(fā)性。因此，在測(cè)定工作中，檢測(cè)人員可以將汞蒸汽載入光路，判斷汞蒸汽的過(guò)程以及吸收狀態(tài)，從而精準(zhǔn)把握食品及飲料中的汞含量。曾有學(xué)者在實(shí)驗(yàn)中對(duì)大米中的汞含量進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)冷原子化法發(fā)現(xiàn)汞原子在大米中的含量為0.01 mg·kg-1，形成的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為5.97%[4]。

2.2 聯(lián)用技術(shù)法

目前,隨著科學(xué)技術(shù)水平以及各行各業(yè)的不斷發(fā)展，在食品及飲料中出現(xiàn)的元素或添加劑越來(lái)越豐富，很多時(shí)候靠單一的測(cè)定手段難以滿足相關(guān)的特定要求。例如，原子化方法雖然能夠測(cè)定出食品及飲料中的金屬元素，整體的靈敏度也相對(duì)較高，但其所形成的分離效率卻相對(duì)偏低，為進(jìn)一步提高整體的測(cè)定有效性，檢測(cè)人員可貫徹綜合性原則，將不同的測(cè)定技術(shù)相互整合。

2.2.1 電化學(xué)法

通過(guò)將原子吸收光譜法與電化學(xué)技術(shù)相互整合，可進(jìn)一步提高金屬元素測(cè)定的靈敏性與精準(zhǔn)性。例如，在對(duì)食品中的銅進(jìn)行測(cè)定時(shí)，單一使用原子吸收光譜法所形成的測(cè)定靈敏性相對(duì)較穩(wěn)定，但將其與電化學(xué)法相互整合，生成微型電化學(xué)預(yù)富集池，檢測(cè)靈敏度會(huì)出現(xiàn)明顯提高，甚至高達(dá)2 個(gè)數(shù)量級(jí)[5]。又如，在檢測(cè)食品及飲料時(shí)，檢測(cè)人員可將原子吸收光譜法與電化學(xué)法相整合，生成瓊脂糖凝膠電泳。通過(guò)這一方法對(duì)血清中蛋白區(qū)帶與白蛋白區(qū)帶進(jìn)行檢測(cè)，能夠更加精準(zhǔn)地捕捉其中存在的銅含量，整體的回收率會(huì)明顯提高。

2.2.2 氣相色譜法

當(dāng)前的餐飲行業(yè)很多食品及飲料中會(huì)包含較多的化合物，且這些化合物具有較高的分離揮發(fā)性與熱穩(wěn)定性，在對(duì)類似的食品及飲料進(jìn)行金屬元素測(cè)定時(shí)，檢測(cè)人員可引入氣相色譜法，將這一方法與原子吸收光譜法相互整合，以進(jìn)一步提高整體的測(cè)定靈敏性與測(cè)定分離成效。例如，在對(duì)食品、飲料中的有機(jī)化合物進(jìn)行分析時(shí)，檢測(cè)人員可利用氣相色譜法構(gòu)建原子吸收光譜法的技術(shù)接口，通過(guò)分離測(cè)定的方式，對(duì)有機(jī)化合物進(jìn)行有效分離。完成這一操作后，可輔以內(nèi)標(biāo)法對(duì)樣品中丁基錫化合物進(jìn)行檢測(cè)，以進(jìn)一步判斷這一化合物的含量以及回收率。又如，在對(duì)食品中的黃磷進(jìn)行測(cè)定時(shí)，檢測(cè)人員可以將苯作為萃取劑，結(jié)合氣相色譜法，對(duì)其進(jìn)行測(cè)定，這一方式所呈現(xiàn)的色譜分離效果較好，且萃取力會(huì)大大提高，整體的萃取率高達(dá)94%，回收率高達(dá)88.5%。

2.3 化學(xué)分析技術(shù)法

對(duì)于化學(xué)沉淀技術(shù)來(lái)講，其是基于化學(xué)分析法逐漸衍生的一種檢測(cè)技術(shù)，需要先將待檢測(cè)物質(zhì)中的金屬元素分析出來(lái)，然后再以特定的儀器對(duì)其中的金屬含量、性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。一般情況下，在金屬元素形態(tài)檢測(cè)中的化學(xué)沉淀技術(shù)可以發(fā)揮理想效果。比如，可以基于鹽析沉淀法將油菜、白菜等食品中的鐵、銅等金屬元素提取出來(lái)，之后再以檢測(cè)方法分析其中的含量、具體分布與形態(tài)。

化學(xué)逐級(jí)提取法也是應(yīng)用較為廣泛的一種金屬形態(tài)檢測(cè)方法，通常用于固態(tài)物質(zhì)中的金屬元素形態(tài)檢測(cè)。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)展之前，檢測(cè)人員需要以特定的化學(xué)試劑加以稀釋，將沉淀物中的金屬元素溶解，然后再進(jìn)行逐級(jí)的提取、分離，最后完成檢測(cè)。

這類技術(shù)在具體應(yīng)用中主要是以食品表面的濁點(diǎn)為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)人員可以將表面活性劑添加在濁點(diǎn)上，合理調(diào)整外界環(huán)境，以此分離食物表面的濁點(diǎn)、溶劑。濁點(diǎn)萃取技術(shù)的實(shí)際操作相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)檢測(cè)環(huán)境的要求不高，涉及的操作步驟較少，一般情況下都可以一次完成樣品的提取工作。另外，濁點(diǎn)萃取技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還具有顯著的環(huán)保特征，不會(huì)產(chǎn)生任何可能會(huì)污染、危害環(huán)境的物質(zhì)，這也是現(xiàn)階段檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在當(dāng)前的社會(huì)環(huán)境中，對(duì)食品及飲料中的金屬元素進(jìn)行測(cè)定具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，可以保護(hù)大眾的人身安全，也可以推動(dòng)餐飲行業(yè)的健康發(fā)展。結(jié)合本文分析來(lái)看，在食品及飲料的金屬元素測(cè)定工作開(kāi)展之前，檢測(cè)人員需通過(guò)干法灰化法、濕法消化法、微波消解法、懸浮液進(jìn)樣法，對(duì)樣品進(jìn)行有效處理，加強(qiáng)測(cè)定的穩(wěn)定性，而后根據(jù)實(shí)際情況，選用不同的技術(shù)手段，或?qū)⑵渑c其他聯(lián)用技術(shù)相互整合，以更加完善的技術(shù)體系應(yīng)對(duì)不同的測(cè)定情況，從而提高測(cè)定的精準(zhǔn)性與真實(shí)性。