◎ 童鑠云，胡偉康，方曉青，左天樂

（湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心，湖北 武漢 430034）

在蔬菜、水果、菌類和谷物等農(nóng)產(chǎn)品中，各種元素均通過環(huán)境介質(zhì)流轉(zhuǎn)，在不同環(huán)境間循環(huán)交換，土壤中活化成有效態(tài)的元素被植物吸收，進(jìn)入植物中的各種元素會(huì)影響其生長(zhǎng)發(fā)育，如產(chǎn)量和品質(zhì)，再通過食物鏈進(jìn)入動(dòng)物和人體中，同樣會(huì)影響動(dòng)物和人體的生長(zhǎng)發(fā)育。因此，對(duì)食品中各類元素進(jìn)行分析檢測(cè)是監(jiān)控食品安全的基本環(huán)節(jié)，也是保障民生不可或缺的一部分。

由于各元素在樣品中的賦存狀態(tài)不同，碎樣時(shí)的清洗、烘干、樣品粒度和稱樣量都有可能直接影響樣品的均一性和代表性，進(jìn)而影響測(cè)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。在測(cè)定常量元素或較低含量元素時(shí)，上述各類處理技術(shù)的影響較小。但測(cè)定微量或痕量元素時(shí)，其對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響不容忽視。

目前，有關(guān)農(nóng)產(chǎn)品預(yù)處理的相關(guān)研究中，多涉及相關(guān)食品的預(yù)處理干制、碎樣、研磨等方法，包括農(nóng)作物產(chǎn)品加工場(chǎng)地與加工用具的要求，說明干樣和鮮樣的加工方法，要求磨碎后的樣品用0.42～0.25 mm（即40～60目）的尼龍篩過篩[1]；植物樣品的室內(nèi)處理過程，以及配套的消解方法和對(duì)方法檢出限的要求，沒有說明對(duì)樣品的制備和粒度要求[2]；植株根莖葉、果蔬、籽類、畜禽類、魚類和貽貝類等樣品的采集以及干基制備[3]。值得注意的是，這些研究均未涉及各類干基樣品在粉碎時(shí)的粒度要求以及對(duì)應(yīng)的粉碎方式，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)性研究，有利于提高各類農(nóng)產(chǎn)品樣品的分析測(cè)試效率和測(cè)試精度。

本文對(duì)農(nóng)產(chǎn)品樣品預(yù)處理過程中的縮分、清洗與烘干、粒度及粉碎方式進(jìn)行了歸納總結(jié)。此外，選取了部分農(nóng)產(chǎn)品樣品來驗(yàn)證不同碎樣粒度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，探究不同的預(yù)處理方式對(duì)生物樣測(cè)試結(jié)果的影響，以期為同類樣品的相關(guān)研究提供參考。

1 預(yù)處理流程

1.1 樣品的縮分

微量元素常用的測(cè)試儀器有原子熒光光譜儀（Atomic Fluorescence Spectrometry，AFS）、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer，ICP-OES）等精密儀器，測(cè)試前需要對(duì)樣品進(jìn)行消解處理。部分樣品個(gè)體的整體重量過大，需要對(duì)樣品進(jìn)行縮分處理。通常，對(duì)于個(gè)體較小的樣品，如綠豆、大豆等，可以直接采用四分法進(jìn)行縮分；個(gè)體稍大的，如櫻桃番茄、土豆、干香菇等，需先切碎后縮分；對(duì)于個(gè)體較大的，如大白菜、冬瓜等，則需要對(duì)樣品進(jìn)行分割，取對(duì)角線的兩份，再切碎后進(jìn)行四分法縮分?？s分后的質(zhì)量通常為1 kg，對(duì)于密度較低的樣品可將縮分后的質(zhì)量控制在200～500 g。若樣品量少，則無需四分法縮分，應(yīng)全部進(jìn)行研磨或粉碎[4]。

1.2 清洗與烘干

在化學(xué)分析過程中，農(nóng)產(chǎn)品樣品通常都需要進(jìn)行清洗，以去除其所攜帶的各類雜質(zhì)和腐敗變質(zhì)的部分。鮮樣經(jīng)清洗后，需用干凈的紗布或棉花去除表面所吸附的水分，然后置于通風(fēng)處風(fēng)干。干樣在清洗時(shí)需要根據(jù)不同的樣品種類而有所調(diào)整。不容易吸水的干樣可以在清洗完后直接烘干，如豆類、玉米、水稻等；容易因吸水而導(dǎo)致樣品發(fā)生變化的干樣，則不能用水清洗，如茶葉、干制菌類等，需要用毛刷先除去表面附著物，再用干凈的濕紗布清理一遍，然后進(jìn)行烘干。

為了避免樣品中待測(cè)元素流失（如汞），日常工作一般選擇在45 ℃條件下烘干樣品，含水量較高的樣品應(yīng)于105 ℃烘干，操作時(shí)最好采用分步升溫的方式，以避免樣品因升溫過快而被烤焦變質(zhì)。值得注意的是，砷、鎘、銅、鉻、鎳、鉛和鋅等元素在上述溫度下的適應(yīng)性均表現(xiàn)良好，而汞元素在冷凍干燥、45 ℃條件下存在不適用情況，在105 ℃條件下有較大流失。

1.3 粒度

由于各農(nóng)產(chǎn)品樣品的形狀、組成、含水量具有很大差異，選擇適宜的碎樣方式將樣品進(jìn)行細(xì)碎和均一化對(duì)樣品的檢驗(yàn)分析至關(guān)重要。根據(jù)樣品的大小、形狀、硬度、稠度、含水量、化學(xué)成分和數(shù)量，可以選用不同的碎樣技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行破碎和研磨。

趙枝新等[5]通過對(duì)比不同粉碎粒度對(duì)近紅外分析儀測(cè)定樣品干物質(zhì)和粗蛋白質(zhì)含量的影響發(fā)現(xiàn)，將粒度分別控制在0.50 mm和0.75 mm時(shí)，豆粕和魚粉的測(cè)定結(jié)果無明顯差異，但對(duì)玉米的測(cè)定結(jié)果有顯著影響。蔡曙光等[6]研究了牧草樣品粒度對(duì)其營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)值的影響，發(fā)現(xiàn)測(cè)定含水量、有機(jī)質(zhì)、NDF和ADF的最佳粉碎粒度為20目，測(cè)定試樣干物質(zhì)含量的最佳粉碎粒度為40目，測(cè)定粗灰分最佳粉碎粒度為60目?；厝鹑A等[7]研究了不同樣品粉碎粒度對(duì)揮發(fā)油提取作用的影響，發(fā)現(xiàn)樣品粒度并非越細(xì)越好，需根據(jù)各樣品的特性確定最佳的粉碎粒度。此外，碎樣時(shí)采用的工具不同，碎樣的效果也存在差異。例如，攪拌粉碎機(jī)，處理干基樣品時(shí)可以做到粒度均勻，但處理鮮基樣品時(shí)則容易出現(xiàn)樣品不均勻的現(xiàn)象。為保證所制備樣品具有良好均一性，還需了解各碎樣方式的特點(diǎn)和差異。

農(nóng)產(chǎn)品樣品在分析檢測(cè)時(shí)的稱樣量一般在0.2～2.0 g，而常規(guī)縮分處理后，樣品質(zhì)量為幾百至上千克，為保證稱取的樣品具有代表性，所制備的樣品一定要有足夠均一性。而樣品均一性與樣品的粒度息息相關(guān)，大部分農(nóng)產(chǎn)品樣品的結(jié)構(gòu)與組成完全不同于巖石、土壤等樣品，粒度的概念在農(nóng)產(chǎn)品樣品的范疇內(nèi)具有很大的局限性。①無法用粒度去描述制備的鮮樣，鮮樣一般使用勻漿機(jī)或攪拌機(jī)，制備成均勻的漿狀或糊狀，樣品不能出現(xiàn)明顯的線狀或條狀物，也不能出現(xiàn)明顯的組織分層。②含油脂成分高的樣品和粗纖維含量高的樣品難以加工至較小的顆粒，如油菜仔和核桃等，要嚴(yán)格控制切割粉碎的時(shí)間以避免油脂滲出，因此只能將樣品粉碎至20～30目[8]。茶根和牛膝等樣品，富含長(zhǎng)纖維素、質(zhì)地硬，普通的攪拌粉碎機(jī)只能將其粉碎至3～5 mm長(zhǎng)的細(xì)小條狀或顆粒，勉強(qiáng)能通過20目篩。而淀粉含量高和葉類的干制樣品可以粉碎至較高目數(shù)，大米和茶葉樣品經(jīng)振動(dòng)研磨機(jī)粉碎后可輕易通過100目篩。

1.4 樣品粉碎方式及特點(diǎn)

農(nóng)產(chǎn)品樣品的種類眾多，樣品性質(zhì)各異，且不同的碎樣方式有著不同的效果。此外，不同的設(shè)備，材質(zhì)各異，存在污染樣品的可能性，因此在粉碎樣品時(shí)需選擇相適宜的方式及設(shè)備，以保證所制備樣品有足夠的均一性和代表性。易于粉碎的干基樣品可以用多種方式進(jìn)行制備，如干制茶葉、大米等；而不易于粉碎或組織較為特殊的樣品則只能選擇特定的制備方式，如木頭、茶根等?，F(xiàn)對(duì)碎樣方式、設(shè)備及所適用樣品進(jìn)行匯總，結(jié)果如表1所示。對(duì)不同粉碎工具的材質(zhì)進(jìn)行匯總，結(jié)果如表2所示。

表1 不同碎樣方式及特點(diǎn)表

表2 不同粉碎工具的材質(zhì)表

蔬菜、水果類樣品的粉碎設(shè)備應(yīng)首選勻漿機(jī)，同時(shí)配備陶瓷刀頭；大米、干茶葉等谷物類樣品則應(yīng)首選振動(dòng)研磨機(jī)，樣品粒度細(xì)；肉類、水產(chǎn)類等樣品應(yīng)首選組織搗碎機(jī)；其他質(zhì)地較硬的樣品，如根、莖類等樣品，應(yīng)首選植物粉碎機(jī)。使用金屬刀頭的，應(yīng)定期檢查刀頭的磨損情況，發(fā)現(xiàn)重金屬元素（鉻、鎳、鎘等）檢測(cè)結(jié)果有異常時(shí)應(yīng)及時(shí)更換刀頭。綜上所述，選擇合適的碎樣方式及設(shè)備，可以保證樣品的均一性和代表性，還能盡量控制因加工磨損對(duì)樣品帶來的污染。

2 樣品粒度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

由于各農(nóng)產(chǎn)品樣品的形狀、組成、含水量具有較大的差異，選擇適宜的碎樣方式將樣品進(jìn)行細(xì)碎和均一化對(duì)樣品的檢驗(yàn)分析至關(guān)重要?，F(xiàn)有研究中缺少對(duì)農(nóng)產(chǎn)品樣品研磨粒度的明確規(guī)定，本文根據(jù)樣品的大小、形狀、硬度、稠度、含水量、化學(xué)成分和數(shù)量，選用不同的碎樣技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行破碎和研磨，以期提升樣品測(cè)試的精密度。

現(xiàn)選用攪拌粉碎機(jī)和SP零污染碎研機(jī)兩種碎樣儀器，以大米、黃豆、玉米和青稞為代表性樣品，對(duì)比不同的方式對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。所用攪拌粉碎機(jī)為日常家用型號(hào)，轉(zhuǎn)速不高、成本低、使用便捷，但加工后的樣品粒度較大，顆粒較明顯，樣品粒度約為0.275～0.550 mm。所用SP零污染碎研機(jī)為農(nóng)產(chǎn)品樣品專用樣品制備裝置，內(nèi)部為硬質(zhì)塑料包裹的錳鋼研磨盤，經(jīng)往復(fù)振動(dòng)擠壓可將樣品研磨至較高目數(shù)，樣品粒度約為0.082～0.110 mm。

2.1 材料與儀器

大米，黃豆，玉米，青稞樣品，縮分后各取2份清洗烘干后用于粉碎。

攪拌粉碎機(jī)；SP零污染碎樣機(jī)；微波消解儀；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀；電感耦合等離子發(fā)射光譜儀。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將清洗烘干后的大米、黃豆、玉米和青稞縮分后各取兩份，一份用攪拌粉碎機(jī)進(jìn)行制備，另一份用SP零污染碎樣機(jī)進(jìn)行制備。

（2）粉碎好的樣品，每份平行分析11次，稱樣量為0.1000 g。經(jīng)微波消解儀消解后，使用ICP-MS測(cè)定鎳、銅、鋅、鍶、鉬和鎘元素的含量，使用ICPOES測(cè)定鈣、鉀、鎂、錳、磷和硫元素的含量，通過對(duì)以上12種元素測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析兩種粉碎方式對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。

2.3 測(cè)定數(shù)據(jù)分析

將兩種破碎方式處理后獲得的不同粒徑樣品分別進(jìn)行平行分析11次后，得到鎳、銅、鋅、鍶、鉬、鎘、鈣、鉀、鎂、錳、磷和硫測(cè)量結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，兩種破碎方式獲得的各元素含量平均值基本一致，在稱樣量為0.1000 g時(shí)，對(duì)比兩組樣品雙差的變化范圍為0.32%～12.05%，均小于15%，沒有出現(xiàn)明顯的偏差，表明樣品在選擇、縮分和粉碎時(shí)的操作是合理可靠的，所稱取的樣品具有代表性。

由圖1可知，從大米、黃豆和玉米各元素含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差來看，采用SP碎樣機(jī)制備的樣品中，多數(shù)元素測(cè)量結(jié)果的精密度更加理想，數(shù)據(jù)分散區(qū)間小。青稞樣品的測(cè)量數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)與另外3種樣品有明顯區(qū)別。使用ICP-OES測(cè)定的鎳、銅、鋅、鍶、鉬和鎘元素，SP零污染碎研機(jī)測(cè)試的精密度優(yōu)于攪拌粉碎機(jī)，而使用ICP-MS測(cè)定的鈣、鉀、鎂、錳、磷和硫元素，其精密度結(jié)果表現(xiàn)為相反趨勢(shì)。分析原因，可能與SP碎研機(jī)的工作原理有關(guān)，研磨盤往復(fù)式振動(dòng)擠壓無法很好地粉碎麩皮等物質(zhì)，樣品中的麩皮顆粒分布不均勻，導(dǎo)致微量元素的均一性相對(duì)較差，但對(duì)含量較高的元素受到的影響不大。由此可見，攪拌粉碎機(jī)和SP零污染碎研機(jī)均適用于大米、黃豆和玉米的樣品制備，對(duì)于這3種樣品，SP零污染碎研機(jī)的效果更佳；而對(duì)于青稞樣品，則更適宜采用攪拌粉碎的方式。此外，針對(duì)不同的目標(biāo)元素，選擇不同的碎樣研磨方式，也可以提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖1 不同破碎方式下4種樣品的測(cè)試精密度結(jié)果對(duì)比圖

3 結(jié)論

農(nóng)產(chǎn)品樣品在縮分、清洗、烘干以及研磨等前處理流程中因其自身組成的復(fù)雜性，需要針對(duì)不同樣品選擇不同的前處理方式，還需要規(guī)避來自分析器皿和材料的污染。粉碎粒度可能影響樣品測(cè)定數(shù)據(jù)的精密度，部分樣品粉碎時(shí)的粒度與測(cè)定數(shù)據(jù)的精密度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。此外，針對(duì)不同的目標(biāo)元素選擇不同的碎樣方式，有利于提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。