賈鴻宇 蘭冠宇 馮 禮 毛雪飛

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所， 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081； 2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院， 長春 130118； 3.長沙開元弘盛科技有限公司，長沙 410000）

“小龍蝦” 又稱克氏原螯蝦， 是我國常見的一種淡水養(yǎng)殖蝦類[1]。 近年來， 我國南方各地小龍蝦養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展， 消費(fèi)市場持續(xù)升溫[2]， 已成為產(chǎn)值規(guī)模超過3 000 億元的大產(chǎn)業(yè)。 但是， 隨著我國工礦業(yè)的高速發(fā)展[3]， 自然淋溶[4]、 “三廢” 排放[5～7]等因素所造成的南方地區(qū)水體[8]、 土壤[9]、 作物[10]中的重金屬污染問題十分突出。 特別是鎘元素 （Cd），近年來一直是重金屬污染問題焦點(diǎn)[11]。 而且由于小龍蝦自身的雜食特性， 其可能比其他淡水生物更容易富集重金屬[12]。 因此， 需要建立快速、 可靠、 高效的檢測方法對小龍蝦中重金屬鎘進(jìn)行監(jiān)測， 以及時獲得重金屬污染情況， 從而保障食品安全。

目前， 可用于小龍蝦中重金屬鎘檢測的常規(guī)方法主要包括石墨爐原子吸收光譜法 （GF－AAS）[13]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法 （ICP－MS）[14]、 陽極溶出伏安法（ASV）[15]等。 但是， 上述方法必須要對樣品進(jìn)行酸消解處理[16]， 將固體樣品轉(zhuǎn)化為液體狀態(tài)后才能進(jìn)行定量分析， 這個過程耗時、 復(fù)雜， 并且容易造成痕量元素的損失從而影響檢測的精密度[17]。X 射線熒光光譜法 （XRF） 雖然可以實(shí)現(xiàn)固體樣品的檢測[18]， 但是其檢出能力難以滿足痕量鎘的檢測需求， 并且新鮮蝦肉或組織樣品對于XRF 的基體干擾[19]， 會直接影響檢測的準(zhǔn)確度。 與上述方法相比， 電熱蒸發(fā) （ETV） 是一種簡單、 高效、 通用性強(qiáng)的固體進(jìn)樣手段。 已有研究利用多孔碳電熱蒸發(fā)原子熒光光譜法測定了貝類中鎘[20]， 檢出限達(dá)到3 pg， 但是該技術(shù)需要使用鎢絲作為預(yù)富集裝置， 實(shí)際的捕獲效率不到30%， 不僅影響分析的靈敏度，而且長時間使用會造成鎢絲損耗從而改變捕獲特性， 影響檢測的精密度。 因此， 如果可以不使用鎢絲裝置， 直接利用測鎘儀常用的催化熱解技術(shù)來實(shí)現(xiàn)基體干擾的消除[21]， 則可以簡化儀器裝置， 提高檢測的穩(wěn)定性。 本研究利用電熱蒸發(fā)－原子吸收光譜技術(shù)， 建立了直接進(jìn)樣測定小龍蝦尾肉中鎘的方法。

一、 材料與方法

（一） 儀器、 試劑與試驗(yàn)材料AA2288 測鎘儀 （長沙開元弘盛科技有限公司）； AA－6880 原子吸收分光光度計（日本島津公司）； TOPEX+微波消解儀 （中國上海屹堯技術(shù)科技發(fā)展有限公司）； 萬分之一分析天平 （瑞士梅特勒托利多集團(tuán)）； Gusto 3/55 肉制品滾揉機(jī) （北京希諾德科技有限公司）。

Cd 標(biāo)準(zhǔn)溶液 （國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心）， 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液用超純水逐級稀釋； GBW （E）100716 蝦仁成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) （國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心），Cd 的標(biāo)定值為 （56±3） ng/g； HNO3（分析純） 用于消解樣品， Pd （NO3）2作為基體改進(jìn)劑用于 GFAAS， KOH （優(yōu)級純） 用于氫氣發(fā)生器促進(jìn)電解，上述試劑均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

樣品： 市購湖南益陽、 湖北潛江、 江蘇泰州、浙江溫州、 安徽合肥、 江西九江共6 個地區(qū)的速凍小龍蝦尾。 小龍蝦尾先流水解凍， 脫除尾殼， 取蝦尾肉粉碎、 勻漿后備用。

（二） 試驗(yàn)方法

1. 工作原理及分析過程。 測鎘儀主要包括進(jìn)樣系統(tǒng)、 催化熱解系統(tǒng)、 檢測系統(tǒng)以及供氣系統(tǒng)和電路系統(tǒng)等 （見圖1）。 其中， 供氣系統(tǒng)由空氣過濾器、 氣泵、 氫氣發(fā)生器 （采用隔膜堿液電解法的原理對堿液中的水分子進(jìn)行電解， 以獲得流速穩(wěn)定的氫氣）、 混氣爐、 氣液分離器以及蠕動泵構(gòu)成， 主要負(fù)責(zé)為樣品熱解過程提供氧化性氣氛 （空氣） 以及為電熱蒸發(fā)過程提供還原性氣氛 （氮?dú)浠旌蠚猓?，同時氮?dú)浠旌蠚饣鹧孢€在原子吸收檢測時起到Cd原子化作用； 進(jìn)樣系統(tǒng)主要包括自動進(jìn)樣器、 加熱石英管和樣品舟 （鎳舟）； 催化熱解系統(tǒng)主要包括加熱石英管和催化熱解填料， 后者主要由氧化鈣（CaO）、 氧化鎂 （MgO） 和高嶺土 （Kaolin） 等材料造粒后構(gòu)成； 檢測系統(tǒng)位于石英準(zhǔn)直管末端， 包括原子化器、 原子吸收光路、 檢測器 （光電倍增管）。

圖1 電熱蒸發(fā)－原子吸收測鎘儀的基本結(jié)構(gòu)

測鎘儀的具體分析流程如下： 準(zhǔn)確稱量0.1 g或以下的小龍蝦組織樣品 （精確至0.1 mg） 于樣品舟， 自動進(jìn)樣裝置將樣品舟送至加熱區(qū)； 在通空氣條件下50℃進(jìn)行樣品干燥和預(yù)灰化， 之后快速升溫至866℃， 完成樣品的灰化， 在此條件下會有一小部分鎘提前蒸發(fā)， 但是會被催化填料所捕獲[22]；當(dāng)載氣成分轉(zhuǎn)換為氮?dú)浠旌蠚鈺r， 高溫下還原性氣氛促進(jìn)Cd 的蒸發(fā)和原子化， 樣品中的Cd 會快速蒸發(fā)并隨載氣與催化熱解填料中捕獲的Cd 一并進(jìn)入準(zhǔn)直管； 在氮?dú)浠旌蠚饣鹧孀饔孟拢?所有的Cd均被原子化， 并被原子吸收檢測器定量檢測。

2. 儀器工作條件。 測鎘儀的原子吸收檢測器光源為鎘元素空心陰極燈， 分析波長為228.8 nm，燈電流4.0 mA， 光電倍增管負(fù)高壓320 V。 其他程序參數(shù)見表1。

表1 測鎘儀工作條件參數(shù)

3. 驗(yàn)證方法。 為了對建立的方法的準(zhǔn)確度進(jìn)行驗(yàn)證， 本研究采用GB 5009.15－2014 《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鎘的測定》 中的微波消解－石墨爐原子吸收光譜法 （方法和儀器條件在標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上稍作調(diào)整）， 對小龍蝦組織中Cd 進(jìn)行測定， 比較兩種方法的測定結(jié)果。

二、 結(jié)果與分析

（一） 樣品干燥與熱解條件優(yōu)化

1. 電熱蒸發(fā)器的升溫性能。 本研究使用K 型熱電偶對電熱蒸發(fā)器的加熱溫度（隨時間）進(jìn)行了監(jiān)測， 結(jié)果見圖2。 可以看出， 隨著時間的增加， 蒸發(fā)溫度成線性升高， 直至110 s 時溫度達(dá)到866℃， 逐漸趨于穩(wěn)定。 根據(jù)前人研究[23]， 在725℃條件下標(biāo)準(zhǔn)溶液中的Cd 完全灰化， 因此本研究選用866℃， 不僅可以滿足小龍蝦尾肉樣品的灰化， 還可以在還原性氣氛中實(shí)現(xiàn)Cd 的有效蒸發(fā)， 詳細(xì)結(jié)果見下文。

圖2 實(shí)時溫度曲線

2. 樣品干燥和熱解條件優(yōu)化。 樣品干燥的目的是去除樣品中過多的水分， 以利于后續(xù)灰化和熱解過程。 本研究采用GBW（E）100716 蝦仁成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行了測試， 當(dāng)干燥時間達(dá)到30 s 后，目測樣品已經(jīng)完全脫水（開始部分灰化）， 因此選擇407℃到434℃干燥30 s 來進(jìn)行樣品的干燥處理。

樣品干燥后， 還需要進(jìn)一步灰化和熱解以消除有機(jī)物干擾[24]， 此時樣品中大部分鎘鹽轉(zhuǎn)化成鎘的氧化物殘留于鎳舟內(nèi)， 而少量蒸發(fā)點(diǎn)較低的鎘化合物會隨載氣至催化熱解系統(tǒng)被填料所捕獲。 本研究采用GBW（E）100716 蝦仁成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行熱解溫度的測試， 結(jié)果見圖3。 隨著熱解溫度的不斷升高， 蒸發(fā)出的鎘元素量也不斷提升， 直至800℃以后鎘信號值逐漸進(jìn)入平臺趨勢， 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）也穩(wěn)定在6%～9%。 因此， 選擇從438℃到866℃ （升溫時間為80 s） 作為最佳熱解條件。

圖3 熱解溫度的優(yōu)化

（二） 氣體流速的優(yōu)化

1. 空氣流速優(yōu)化。 樣品熱解階段使用空氣作為載氣， 其中起主要作用的是空氣中的氧氣。 空氣流速優(yōu)化結(jié)果見圖4。 由圖4 所示， 當(dāng)載氣流速為250 mL/min 時， Cd 的響應(yīng)值是最高的， 并且 RSD較小， 之后信號基本進(jìn)入平臺趨勢； 當(dāng)流速過低時， 載氣的攜帶能力不足， 造成Cd 響應(yīng)值較低。因此， 選擇250 mL/min 作為樣品熱解階段的最佳空氣流速條件。

圖4 空氣流速優(yōu)化

2. 樣品檢測混合氣流速優(yōu)化。 在空氣作為載氣條件下， 大部分Cd 依然殘存在樣品舟中， 此時需要將載氣成分轉(zhuǎn)換為還原性氣氛才能促進(jìn)Cd 蒸發(fā)。 本研究選擇由空氣和氫氣燃燒后形成的氮?dú)浠旌蠚庾鳛檫€原性氣氛， 優(yōu)化結(jié)果見圖5。 在混氣爐中， 隨著空氣流速的升高， 不同氫氣流速對應(yīng)的Cd 響應(yīng)值不斷降低， 這是由于過高比例的空氣會消耗掉氫氣， 從而降低了最終形成的氮?dú)浠旌蠚庵袣錃獾谋壤?影響了 Cd 蒸發(fā)。 因此， 圖 5 中 Cd響應(yīng)值最高且RSD 較小的處理組合是120 mL/min空氣+240 mL/min 或 300 mL/min 氫氣。 由于 240 mL/min 和300 mL/min 氫氣對應(yīng)的Cd 響應(yīng)值之間沒有顯著性差異 （P>0.05）， 且240 mL/min 處理的RSD 為 8.6%， 故最終選擇 120 mL/min 空氣+240 mL/min 氫氣作為最優(yōu)條件。

圖5 樣品蒸發(fā)階段混合氣（空氣與氫氣）流速優(yōu)化

（三） 基質(zhì)干擾驗(yàn)證蝦尾肉組織富含脂肪、蛋白質(zhì)、 礦物質(zhì)等成分， 對于直接進(jìn)樣原子吸收光譜檢測來說存在較大的基體干擾。 為了驗(yàn)證本研究儀器的抗干擾能力， 選取湖南益陽地區(qū)的小龍蝦尾肉樣品和蝦仁成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) ［GBW（E）100716］， 各稱量 100 mg， 與相同 Cd 含量的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行檢測結(jié)果對比， 結(jié)果見圖6 和圖7。 如圖6和圖7 所示， 小龍蝦尾肉樣品與標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰形基本一致，其中峰面積比分別為1∶0.996（樣品）和1∶0.998 （標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)）， 蝦尾肉的復(fù)雜基質(zhì)并沒有對樣品中Cd 的測定造成干擾， 表明電熱蒸發(fā)－原子吸收光譜法 （ETV－AAS） 具有較好的抗干擾能力。

圖6 湖南益陽地區(qū)蝦尾肉樣品與標(biāo)準(zhǔn)溶液的Cd 信號對比

圖7 蝦仁成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)溶液的Cd 信號對比

（四） 方法性能的評價

1. 方法的線性范圍、 回收率、 精密度和靈敏度。 當(dāng)進(jìn)樣量為100 mg 時， 本方法的線性范圍在0.01～1 mg/kg， 線性回歸系數(shù)（R2）在 0.999 以上。根據(jù)空白溶液11 次測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD 和標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率K計算檢出限 （LOD＝3×SD/K）， 結(jié)果為0.001 4 mg/kg。 當(dāng)進(jìn)樣量為 100 mg 時， 方法檢出限（LOD）為 0.07 ng/g， 定量限 （LOQ）為 0.23 ng/g。對蝦仁成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行11 次重復(fù)試驗(yàn)， 得到 Cd 含量平均值為 54.3 ng/g， RSD 為 2.6%， 在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不確定度范圍內(nèi)， 表明本方法穩(wěn)定性較好。 對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行加標(biāo)回收率試驗(yàn)， 在100 ng/g的Cd 添加水平下， 進(jìn)行6 次重復(fù)實(shí)驗(yàn)， 測得加標(biāo)回收率為104%， 表明本方法具有良好的測定準(zhǔn)確性。

2. 實(shí)際樣品檢測與驗(yàn)證。 對采購的湖南益陽、湖北潛江、 江西九江、 浙江溫州、 安徽合肥、 江蘇泰州等地的真實(shí)小龍蝦樣品進(jìn)行處理后， 檢測其中的Cd 含量， 并與確證性方法微波消解石墨爐原子吸收光譜法的測定結(jié)果進(jìn)行對比， 結(jié)果見表2。 對兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行t檢驗(yàn)， 結(jié)果顯示兩種方法無顯著性差異 （P>0.05）； 且折算的回收率在93%～106%，這說明本研究建立的方法具有良好的準(zhǔn)確度。 同時， 本研究建立的方法的樣品分析時間僅為3.5 min， 且不需要樣品消解， 可以極大地提高樣品分析效率。

表2 方法驗(yàn)證 （n＝6）

三、 結(jié)論

本研究利用電熱蒸發(fā)－原子吸收光譜技術(shù)， 建立了測定小龍蝦尾肉中Cd 的快速檢測方法。 本方法LOD 為0.07 ng/g， 多次測定真實(shí)樣品的RSD 在1.5%～6.4%， 元素回收率在93%～106%， 與標(biāo)準(zhǔn)方法測定結(jié)果無顯著性差異， 表明方法具有良好的精密度和準(zhǔn)確度。 本方法避免了復(fù)雜的樣品消解過程， 并且只需要使用空氣和電解水反應(yīng)作為載氣， 不需要使用危險的氫氣壓力裝置； 同時， 本方法的樣品分析時間小于4 min， 包括樣品制備的時間也僅需8 min， 特別適合用于水產(chǎn)品可食部分中重金屬鎘的快速檢測。