李春哲

[摘要]本文對重金屬元素痕量分析消解技術的研究現(xiàn)狀進行分析，總結(jié)了該技術的進展以及應用。在食品快速檢測中，合理應用該技術能夠提高技術應用的效率，獲得準確性較高的檢測結(jié)果，具有推廣應用的價值。

[關鍵詞]重金屬元素;痕量分析消解技術;食品

農(nóng)作物種植、食品加工以及運輸?shù)热^程，都有可能會造成汞、鉻等有毒重金屬污染。重金屬元素通過食物鏈進行生物濃縮，濃度得以增加，毒性會提高千萬倍，進入人體后，會給人體造成極大危害，經(jīng)過長時間的積累才能夠顯現(xiàn)，具有潛在危害性，因此做好食品重金屬元素檢測分析有著必要性。

1 食品中常見的重金屬及其危害

從維持身體健康的角度來說，人體每天都需要補充適量的鈣、鐵、鋅等礦物質(zhì)。人體所需的礦物質(zhì)主要來源于每日食用的食物巾，然而，如果食物巾的部分礦物質(zhì)含量超標，如重金屬無機砷和鉛超標，則可能導致人體出現(xiàn)不適現(xiàn)象。長此以往，會對人體產(chǎn)生極大的危害，對嬰兒的危害尤其大。例如，根莖類蔬菜的含鉛率比較高，而嬰幼兒添加輔食之初接觸的食物就是根莖類蔬菜，如果嬰幼兒食用了含鉛量超標的蔬菜，則會出現(xiàn)多動和貧血等情況[1-3]。相對于其他作物，水稻更容易從河流或者土壤中吸收部分重金屬，即使脫殼后，大米中也會留下一定量的重金屬。因此，要做好檢測把控，加大對重金屬元素分析檢測技術的研究，發(fā)展精準高效的檢測技術，以確保食品安全。

2 重金屬元素痕量分析消解技術的進展

2.1 微波消解

類似于高壓消解和罐消解，在實際應用中，微波消解技術需要使用的溶劑包括硝酸和硫酸[4]。從技術發(fā)展的角度來說，基于傳統(tǒng)微波消解系統(tǒng)，為了彌補其不足，研發(fā)了超級微波化學平臺，除了使用SPC單反應室微波消解技術外，還結(jié)合運用了預加壓技術，突破了傳統(tǒng)技術的局限，實現(xiàn)了超高壓以及超大量處理。從應用優(yōu)點的角度來說，微波消解技術不僅加熱快，熱能利用率還很高。微波消解技術的具體應用包括以下四個方面：

（1）硝酸-硫酸體系[5-6]。在實際應用中，微波消解常用到的溶劑包括硝酸和硫酸。一般情況下為保證安全，在微波消解的過程中，多使用高氯酸。具體應用的過程中，利用硝酸一硫酸體系，能夠增加反應溫度，不過需要做好對溫度的把控，因為溫度過高很容易使得消解罐被破壞。

（2）硝酸-氫氟酸體系。若含硅量比較高，則可以利用硝酸一氫氟酸體系去除硅的干擾[7]。

（3）強氧化劑。在酸性條件下，利用過氧化氫作為強氧化劑，經(jīng)過反應后，釋放出大量的氧氣，進而助力氧化以及樣品分散。具體應用中，當加入過氧化氫后，需要經(jīng)過預消化1-2h，再讓樣品進入微波系統(tǒng)，以免密閉體系的壓力過大，引發(fā)酸氣泄漏問題，造成極大的損失[8]。除此之外，要做好對過氧化氫使用量的把控，減少氧化影響。

（4）測定食品中的重金屬。在實際應用中，微波消解適用于總汞和總鉻等的測定。學者利用硝酸一過氧化氫體系，以BCR 422鱈魚肌肉以及BCR 278貽貝組織為研究對象，進行微波消解試驗。根據(jù)試驗結(jié)果顯示，微波系統(tǒng)消解并不完全，不適合總砷的測定[9]。

2.2 濕法消解

濕法消解是指在一定的溫度和非氧化性酸或者氧化性酸存在的條件下，通過化學反應，實現(xiàn)對試樣的分解，使得待測的組分能夠以液態(tài)的形式存在。在實際應用中，具有設備簡單和操作簡便等優(yōu)勢，極易實現(xiàn)自動化[10-12]。不過消化需要使用玻璃儀器，極易產(chǎn)生吸附以及解吸作用，使得空白值較高。在實際應用中，常用的酸消解體系包括硝酸一硫酸體系和硝酸-高氯酸體系。結(jié)合金屬元素的特點以及儀器方法選擇具體的消解體系，如使用石墨爐原子吸收測定，可運用單一硝酸體系或者其他消解體系;進行鉛和鋁等的測定時，要避免使用高氯酸，以免灰化階段產(chǎn)生氣態(tài)氯化物，最終造成損失;采用此方法進行總汞的測定，若溫度過高，極易造成汞的揮發(fā)，而且室溫難以有效消解，因此可在加熱的條件下，使用冷凝回流管實現(xiàn)消解，使用回流裝置，雖然能夠避免汞的揮發(fā)，保證加標回收率超過95%，但是操作較為繁雜[13-15]。

從該技術的發(fā)展情況而言，基于傳統(tǒng)濕法消解的不足，現(xiàn)階段研發(fā)的全自動濕法消解儀器，利用智能軟件進行自動化控制，實現(xiàn)全自動升溫，能夠?qū)崿F(xiàn)消解、趕酸以及定容的一站式處理，不需要人工干預[16-17]。除此之外，要結(jié)合聚四氟乙烯材料，確保在濕法消解中合理使用氫氟酸，為保證使用的效果，必須要做好對消解溫度的把控，避免溫度過高影響材料的使用效果[1]。

2.3 干灰化法

2.3.1 干灰化法概述

從方法運用原理的角度而言，于灰化法是利用高溫實現(xiàn)對有機質(zhì)的去除。簡單而言，對樣品進行灰化分解，經(jīng)過分解后，用酸對剩下的灰分進行溶解，制作待測溶液。在食品重金屬痕量分析中，很多金屬元素比如鉛和鎘等在高溫狀態(tài)下極易揮發(fā)，進而影響金屬元素的分析結(jié)果，很容易造成失真問題。除此之外，部分金屬元素很容易形成酸不溶性混合物，引發(fā)滯留損失，在消解的全過程，存在著環(huán)境污染風險，具有一定的弊端[18-20]。干灰化法具有處理量大、便于操作、安全性較高等優(yōu)點，能夠克服上述問題。

2.3.2 干灰化法的進展

基于傳統(tǒng)的電加熱馬弗爐，通過技術改進，升級為微波加熱或者紅外加熱的馬弗爐，在實際應用中，有效縮短了灰化時間。采用傳統(tǒng)的灰化法，整個過程需要耗費5h，使用新型微波馬弗爐，則只需要10min，同時去掉了碳化環(huán)節(jié)，能夠直接進行灰化，耗費的能源少，同時具有速度快的優(yōu)點。部分重金屬如鎘和砷等在高溫條件下難以揮發(fā)，采用此方法進行消解，能夠獲得不錯的效果。對于含有重金屬砷的食品樣品，采用于灰化法進行消解，即便是在溫度小于400℃的條件下，砷也有可能出現(xiàn)損失的情況，同樣在溫度為100℃的干燥試樣中，很大可能會造成損失。所以在消解的過程中，要適當加入灰化助劑，進而減少砷元素的損失。從實際應用而言，應用較為廣泛的灰化助劑為氧化鎂或者硝酸鎂;從方法的原理而言，在高溫條件下，通過添加氧化鎂灰化助劑，進而對砷元素進行灰化分解，同時加入一定的輕質(zhì)氧化鈣吸收劑，形成具有不易揮發(fā)但是易溶解的焦砷酸鹽[21]。干灰化法的應用流程如下：

（1）在實際操作中，每1g試樣使用1g氧化鎂灰化助劑，使用劑量為2-3mL的強氧化鈣吸收劑。

（2）考慮到檢測的需要，為便于檢測工作的開展，要適當添加纖維素粉，使得混合物能夠更加疏松。

（3）在有機砷化合物中，添加適當?shù)南跛嵋约颁逅徕?，進行加熱。在加熱時，將溫度控制在300℃以內(nèi)。

（4）坩堝先放人馬弗爐中再進行升溫操作，增加馬弗爐的溫度。需要注意的是在灰化之初要緩慢增加溫度，整個灰化的過程，溫度要嚴格控制在500℃～600℃。

（5）在灰化的過程中，使用比例為1：1鹽酸或者稀硫酸浸取?？紤]到灰化助劑可能會造成砷元素損失，為確保檢測分析結(jié)果的真實性和有效性，在具體的操作過程中，使用灰化助劑以及濕式樣混合，并且采用一份單獨的濕式樣品，進行重量測試。

3 重金屬元素痕量分析消解技術的具體應用

現(xiàn)結(jié)合微波消解技術在鎘和砷元素檢測中的應用，進行分析。

3.1 技術原理

微波加熱具有快速和均勻的特點，多采取低壓高通量以及高壓低通量的方式。在菜籽油和粽葉等的檢測中，應用微波消解技術能夠獲得不錯的效果。在實際應用中，使用的消解容器會影響檢測結(jié)果，建議使用一次性的聚丙烯容器，保證回收率。

3.2 技術應用對比分析

目前，微波消解作為常用的方法，能夠消解土壤和食品等樣品。利用ICP技術，對小麥種子和木材等進行鎘和砷等的含量檢測，對比濕法消解以及微波消解技術的應用效果，通過精密度以及準確度的對比分析，明確微波消解技術具有應用優(yōu)勢。微波消解法的應用，使用的密封系統(tǒng)能夠避免元素蒸發(fā)，減少損失，不僅能夠合理縮短消解時間、降低污染度，還能夠減少試劑以及樣品的使用量，從而增強檢測操作的安全性[2-3]。

3.3 技術應用建議

從當前食品重金屬元素痕量分析消解技術的發(fā)展現(xiàn)狀而言，可以運用的技術手段較多，不過每個技術的優(yōu)點和缺點不同，因此要做好嚴格把控。

（1）選擇適合的微波消解技術。食品重金屬元素的檢測分析研究，對于常規(guī)如砷等重金屬，可利用于灰化法進行檢測。不同的技術方法適用的范圍或者效果不同，在具體選擇時，要嚴格按照國家相關規(guī)定，優(yōu)選適合的檢測方法，保證檢測工作有序開展[22]。

（2）做好微波消解技術要點的把控。在進行食品重金屬元素的檢測分析時，為了保證痕量分析結(jié)果的真實性和有效性，要做好微波消解技術要點的把控。首先，對參與痕量檢測工作的人員，要做好技術培訓，使其能夠掌握微波消解技術的應用流程和要求，進而做好檢測結(jié)果的把控;其次，結(jié)合微波消解技術應用實際需求，準備所需的儀器設備，優(yōu)化檢測工藝，提高檢測工作的質(zhì)量;最后，規(guī)范微波消解技術的應用，做好痕量分析全過程的把控，最大程度上保障檢測結(jié)果的質(zhì)量[23]。

（3）加大微波消解技術的研究力度，不斷優(yōu)化工藝。在痕量分析實踐中，現(xiàn)有的技術雖然能夠滿足部分食品重金屬痕量檢測的需要，但是食品中含有的重金屬類型很多，為更好地進行檢測，還需要進一步加大技術研究，發(fā)展適用范圍更廣泛的技術。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)的食品重金屬元素痕量分析中，采取的消解技術雖然能夠獲得一定的效果，但是存在著諸多缺陷。隨著技術的不斷發(fā)展，微波消解和濕式消解法都得到了有效的發(fā)展，技術水平不斷提升，在實際應用中能夠獲得不錯的成效。

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