食品中金属元素分析样品预处理技术现状及发展趋

食品中金属元素分析样品预处理技术现状及发展趋

武凤新

天津品诺华科检测技术有限公司 天津 300350

摘要：现阶段，随着人们的生活水平的提高，对食品健康的要求也也越来越高。有关食品安全的案例频繁见诸报道，据WHO食品安全实况报道(2017年10月)，每年全世界有6亿人(几乎每10人中就有1人)因食用受污染的食品而患病，并有42万人死亡，造成3300万健康生命年损失(残疾调整生命年)，每年由此引发的发病、住院和死亡所造成的经济损失达数十亿美元。食品安全问题备受人们关注，特别是各国政府部门，为预防和处理食品安全问题不断地投入大量的人力、物力，各个科研机构和专业技术单位等相关人员也不断地对食品中有关金属元素进行研究和分析，而在整个研究和分析的过程中，样品预处理阶段又是一个关键的环节，不但占据整个分析过程的三分之二以上的时间，而且是整个分析过程产生分析误差的主要环节。近年来，不少人员也对食品中金属元素检测前的预处理工作进行了大量的研究和报道。本文对食品样品金属元素检测过程中预处理的方法进行综述，对比各种方法的特点，循证食品中金属元素分析样品预处理技术。

关键词：食品；金属元素分析样品；预处理技术现状；发展趋势

引言

在人体所需的21种矿物质元素中，有较大一部分是金属元素，包括钾、钙、钠、铁和锰等。这些金属元素以不同形态存在于各种食物中，使用特定方法分析。此外，各种食物产品中还有可能含有铅、汞等对人体有害的金属元素，因此，在食品检测过程中，有必要使用金属元素形态分析技术，分析食物中的金属元素成分，为人们使用健康提供保障。

1食品中的金属元素形态分析

食品中包含着多种金属元素，许多金属元素属于人体所必需的矿物质元素，同时，部分有毒有害食品中也会包含对人体有害的重金属，如果射入过多，会对人的生命健康产生严重威胁。相关研究发现，金属元素在食品中存在形态对生物吸收利用率产生关键影响。以人体所需矿物元素为例，如果存在形式利于人体吸收，在同等金属元素含量条件下，食用该种食物更有利于人体补充矿物质元素。但从另一个角度来看，如果有害金属元素以利于人体吸收的形态存在，也会使人食用后更容易中毒。因此，采用有效方法对食品中的金属元素形态分析检验十分必要。目前金属元素形态主要分为6组，具体包括：①胶态和非胶态。②溶解态和非溶解态。③有机态和无机态。④络合态和非络合态。⑤离子态和非离子态。⑥价态。此外，还可以按照分离测定手段划分，这种划分方式在实际应用中出现较为频繁。比如采用阳极溶出伏安法可以将测定结果分为活性态和非活性态等。也有部分分析方法使用6组形态层次的描述方法，比如初级形态分析的主要目的是检验其金属含量成分的溶解情况，因此结果是溶解态和非溶解态两种情况。

2食品中金属元素检测常规预处理方法研究进展

2.1干式灰化法

对于诸如奶粉等食品中含有大量的蛋白质、脂肪、糖等难消化有机物，需要在较高温度下进行分解。高温法虽然常用，但常规干法一般要求灰化温度不超过600℃，否则会有较严重的挥发损失，如果降低温度则很难完全灰化。若采用湿法消化需加入大量硫酸以分解有机物，用原子吸收法等定量测定易发生问题。采用改良高温灰化法与微波消解法作比较对食品进行预处理，使用原子荧光光度计对食品中总砷进行测定，取得较好的回收率(93．7%～98．5%)。该方法主要的特点是操作简单，所需设备要求不高，能分解温度较高、试样量较大的样品，但需要温度高、时间长，不适用于处理含沸点较低元素的样品。

2.2湿式消化法

湿法消化法常用有硝酸－硫酸消化法、硝酸－高氯酸消化法和硝酸－硫酸－高氯酸消化法。但湿式灰化后，用高浓度酸处理，像含钙较多的乳制品，消化液中将会析出大量白色结晶物，分析晶体，其主要成分是硫酸钙，同时也不可避免地将铅、铜等重金属共同沉淀下来，造成待测元素的损失。采用改良湿消解法对同一样品进行前处理，并与一般干法对比测定食品中砷的含量，同时做加标回收，湿消解法回收率为95%～98%，能够保证测定结果的准确可靠，而一般干灰化法回收率为68%～75%，回收率低，对测定结果有影响。

2.3微波消解法

通常是指利用微波加热封闭容器中的消解液和试样，从而在高温增压条件下使各种样品快速溶解的消化方法。自20世纪40年代人类发现了微波的热效应后，首次将微波消解方法应用到生物样品前处理中，进行元素总量的测定，将样品的前处理时间由几小时缩短到几min，提高了样品的回收率，节省了试剂并减少了对环境造成的污染。1986年，Burguera等首次将流动注射原子吸收分析与微波消解在线联用技术引入测定生物组织中的金属元素。与传统的传导加热方式相反，微波消解是对试剂直接进行由微波能到热能的转换加热。目前，作为一种新型的消解技术已越来越受到人们的关注，也被学者广泛研究。该方法首先是加热快、升温高，消解能力强，大大缩短了溶样时间。还能消解许多传统方法难以消解的样品。其次是消耗试剂少，空白位低，消解一个样品一般只需15ml的酸溶液，只有传统方法用酸量的几分之一，节省了试剂，减少了试剂带入的杂质元素的干扰，也大大降低了分析空白值。微波消解具有快速、高效、节约试剂、干扰因素少、空白值低以及环境污染小等优点。三是避免了挥发损失和样品的玷污，提高了分析的准确度和精密度，回收率实验获得令人满意的结果。采用微波消解—电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP－AES)同时测定婴幼儿配方乳粉中钾等9种金属元素含量，ＲSD为1．9%～5．3%，回收率为94%～110%。采用密闭的消解罐，避免了样品中或在消解过程中形成的挥发性组分的损失，保证了测量结果的准确性。也避免了样品之间的相互污染和外部环境的污染，适于痕量及超纯分析和易挥发元素(如As、Hg)的检测。采用微波消解法及原子荧光光谱仪同时测定样品中的镉和汞，ＲSD镉为1．65%～4．8%、汞为1．0%～5．1%，加标回收率分别为镉97．0%～119．5%、汞88．5%～104．0%。四是降低了劳动强度，改善了工作环境。五是节省电的消耗，降低分析成本。微波制样具有这许多优点，使它具有极强的生命力，缺点是样品量有限制，仪器太贵。

结语

食品安全举国关注，食品中金属元素的检测是人们关注的焦点，众多的测定方法为人们分析食品中金属提供了更多的选择;在具体的分析中，应根据样品的特性和待测的元素，选择合适的方法。比如:食品预处理方法中，干灰化法耗酸少，但回收率较低，不建议用于检测汞、砷、锑等易损失的元素。湿消解法耗酸较多，产生大量有害气体，易导致空白值偏高，不建议用于空白值要求较高元素的检测，有时残留的高氯酸对测定产生负干扰。微波消解用酸少，元素不易损失，空白值较低，但取样量有限制，对金属含量较少的样品不建议使用，通常适用于金属元素存在形态相对简单的样品。酸提取法简单、快速，但并非所有组分都能完全提取，必须检查提取的程度。直接进样技术包括固体直接进样、滤液直接进样、悬浮物直接进样，该法快速、操作简单、污染较少，但受样品性状和方法的限制，应选择性使用。鉴于现有方法的一些优缺点，探索简单、有效、快速的样品预处理方法，仍将是今后研究的重点。同时，针对食品中金属元素检测预处理技术的发展趋势和检测仪器的快速发展，建议各级政府加大对有关检测机构的投入，加强实验室的能力建设，提高食品安全事件的处置能力。

参考文献

［1］石元值，马立锋，韩文炎，等．茶叶重金属元素检测中样品采集及其前处理［J］．中国茶叶，2008，30(1):6－7．

［2］王琴．当前食品重金属元素痕量的分析消解技术发展现状分析［J］．食品安全导刊，2016(6):107－108．