袁嫣昊，詹以森，孟宇航

（江門市疾病預防控制中心，廣東江門 529030）

鉛、鎘、錳等重金屬能通過食物進入人體，在人體器官中累積造成慢性中毒[1-2]；而鋅等微量元素的缺乏或過量均會對人體發(fā)育造成不良影響[3]。為滿足食品中金屬元素的分析需求，需開發(fā)快速檢測技術及相應的樣品快速處理技術[4]。原子吸收光譜法是一種成熟、快速的檢測技術，已廣泛應用于食品中元素的檢測[5]，而限制其分析速度的主要因素在于樣品處理。目前食品中金屬元素檢測常用的樣品處理方法包括微波消解、濕法消解以及干法灰化[6]，上述方法均存在操作復雜、易造成污染或損失、耗時較長、需要高溫、使用濃酸等缺點[7-8]。

為了節(jié)約成本和提高工作效率，微波輔助提取技術不斷應用于食品檢測中，目前主要應用于食品中農(nóng)藥殘留[9]、元素形態(tài)分析[10]等方面。微波輔助提取是指利用微波加熱，加速溶劑對樣品中目標成分的提取過程[11]。在微波的作用下，生物體內(nèi)的極性水分子強烈震蕩，使細胞分子間氫鍵松弛，加速溶劑分子對基體的滲透和目標成分的溶劑化[12]。與傳統(tǒng)微波消解法[13]相比，微波輔助提取條件溫和，酸用量少，可提高檢測人員操作過程中的安全性，減少樣品處理時間，是一種簡單高效的綠色樣品處理方法[14]。

筆者采用微波輔助提取法提取食品中的鉛、鎘、錳、鋅，利用原子吸收分光光度計對樣品提取液進行檢測，該方法優(yōu)化了提取溶劑、提取時間、提取溫度、取樣質(zhì)量等因素，采用生物成分標準物質(zhì)進行方法準確度和精密度試驗。分別用優(yōu)化的微波輔助提取法和國家標準中的微波消化法對實際樣品進行檢測，兩種方法測定值吻合度較高。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

原子吸收分光光度計：SpectrAA 220Z 型，美國瓦里安公司。

微波消解儀：MARS6型，美國CEM公司。

電子分析天平：BSA224S-CW 型，感量為0.1 mg，賽多利斯科學儀器(北京)有限公司。

純水系統(tǒng)：SMART-Q30型，上海和泰儀器有限公司。

硝酸：優(yōu)級純，德國默克公司。

鉛、鎘、錳、鋅單元素標準溶液：編號分別為GSB04-1742-2004、 GSB04-1721-2004、 GSB04-1736-2004、GSB04-1761-2004，質(zhì) 量 濃 度 均 為1 000 mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心，使用時用體積分數(shù)為1%的硝酸溶液稀釋至適合濃度。

豬肝、大米、綠茶、紫菜、扇貝、菠菜、小麥7種生物成分分析標準物質(zhì)：具體信息見表1，中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所。

表1 7種生物成分分析標準物質(zhì)具體信息

食品樣品：菠菜、辣椒、陳皮、柑普茶、大米、米糊、黃沙蜆、草莓，市售。

1.2 儀器工作條件

原子吸收分光光度計工作條件見表2。

表2 原子吸收分光光度計工作條件

1.3 溶液配制

鉛標準使用液：吸取1 mL鉛單元素標準溶液于100 mL容量瓶中，用1% (體積分數(shù)，下同)硝酸溶液定容至標線，搖勻，得到10 mg/L鉛標準儲備液。吸取2 mL鉛標準儲備液于100 mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至標線，搖勻，得到200 μg/L 鉛標準中間液。吸取5 mL 鉛標準中間液于100 mL 容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至標線，搖勻，得到10 μg/L鉛標準使用液。

鎘標準使用液：吸取1 mL鎘單元素標準溶液于100 mL 容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至標線，搖勻，得到10 mg/L鎘標準儲備液。吸取1 mL鎘標準儲備液于100 mL 容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至標線，搖勻，得到100 μg/L 鎘標準中間液。吸取2 mL鎘標準中間液于100 mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至標線，搖勻，得到2.0 μg/L鎘標準使用液。

錳、鋅系列混合標準工作溶液：分別吸取錳單元素標準溶液和鋅單元素標準溶液各2 mL 于同一只100 mL 容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至標線，搖勻，得到錳、鋅的質(zhì)量濃度均為20 mg/L的混合標準儲備液。分別吸取錳、鋅混合標準儲備液0、0.25、0.5、1.0、2.5、5.0 mL 于6 只100 mL 容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至標線，搖勻，配制成錳、鋅的質(zhì)量濃度均分別為0、50、100、200、500、1 000 μg/L 的系列混合標準工作溶液。

1.4 實驗步驟

稱取0.2 g 樣品于微波消解罐中，加入10 mL 1%硝酸溶液。于120 ℃下微波輔助提取30 min。同時進行空白試驗。將提取液轉移至離心管中，以6 000 r/min 離心10 min。取上清液經(jīng)0.22 μm 水相濾膜過濾后，采用石墨爐原子吸收分光光度計分別測定鉛、鎘的吸光度，采用火焰原子吸收分光光度計快速序列模式同時測定錳、鋅的吸光度，采用標準曲線法定量。

2 結果與討論

2.1 提取條件優(yōu)化

2.1.1 提取溶劑

稱取多份生物成分分析標準物質(zhì)各0.2 g 于微波消解罐中，分別加入10 mL 純水和1%、3%、5%、10%硝酸溶液，在100 ℃條件下微波輔助提取30 min，提取液經(jīng)離心、過膜后測定，計算提取率，結果如圖1所示。

圖1 不同體積分數(shù)硝酸溶液提取時各元素的提取率

由圖1可以看出，只用純水提取時，各元素提取率均小于50%。經(jīng)1%、3%硝酸溶液提取后，各元素的提取率均接近100%，且經(jīng)1%硝酸溶液提取后，精密度更好。經(jīng)5%、10%硝酸溶液提取后，鉛和錳的提取率逐漸偏離100%，且鉛的精密度變差，這與元素的濃度及提取難度有一定的關聯(lián)。綜合考慮，選擇1%硝酸溶液作為提取溶劑。周雷[15]、伍燕湘[16]等采用超聲輔助酸提取食品中多種元素，采用10%～20%硝酸溶液作為提取溶劑。與超聲輔助提取相比，微波輔助提取可提供高溫和高壓條件，從而提高提取效率，因此使用1%硝酸溶液即可得到較好的提取效果。

2.1.2 提取溫度

稱取多份生物成分分析標準物質(zhì)各0.22 g于微波消解罐中，均加入10 mL 1%硝酸溶液，分別在60、80、100、120、150 ℃下微波輔助提取30 min，提取液經(jīng)離心、過膜后測定，計算提取率，結果如圖2所示。由圖2 可以看出，鎘和鋅在不同溫度下的提取率均接近100%，且精密度較好。錳在60～150 ℃時的提取率均在85%以上。鉛的提取率和精密度受溫度影響較大。在100 ℃時鉛提取率約為80%，但精密度較差。在120 ℃時鉛提取率接近100%，且精密度較好。溫度升高到150 ℃時，鉛的提取率顯著下降，精密度變差?？紤]到多元素在同一條件下進行提取，在120 ℃時各元素提取率均較高，且精密度較好，因此選擇120 ℃作為提取溫度。

圖2 不同提取溫度時各元素的提取率

2.1.3 提取時間

稱取多份生物成分分析標準物質(zhì)各0.25 g于微波消解罐中，分別加入10 mL 1%硝酸溶液，于120 ℃分別提取10、20、30、40 min，提取液經(jīng)離心、過膜后測定，計算各元素的提取率，結果如圖3所示。

圖3 不同提取時間時各元素的提取率

由圖3 可以看出，鎘、錳、鋅的提取率僅需10 min 即可達到90%以上，而鉛的提取率則需要30 min 以上才能達到80%。綜合來看，提取30 min 時各元素提取率均較高，精密度好，因此提取時間選擇30 min。

2.1.4 取樣質(zhì)量

分別稱取生物成分分析標準物質(zhì)0.2、0.3、0.4、0.5 g 于微波消解罐中，分別加入10 mL 1%硝酸溶液，于120 ℃微波輔助提取30 min，提取液經(jīng)離心、過膜后測定，計算各元素的提取率，結果如圖4 所示。由圖4可以看出，取樣質(zhì)量在0.2～0.5 g范圍內(nèi)變化時，鎘和鋅的提取率均保持在90%以上；錳的提取率受取樣質(zhì)量的影響較??；鉛的提取率隨著取樣質(zhì)量的增加而逐漸降低。當取樣質(zhì)量為0.2 g時，各元素提取率均達到88%以上，當取樣質(zhì)量為0.3 g時各元素提取率仍達到80%以上。綜合考慮，選擇取樣質(zhì)量為0.2～0.3 g。

圖4 不同取樣質(zhì)量時各元素的提取率

2.2 線性方程與檢出限

在1.2儀器工作條件下，將鉛標準使用液和鎘標準使用液分別置于石墨爐原子吸收分光光度計的自動進樣器中，由儀器自動稀釋成系列標準工作溶液，分別測定鉛、鎘吸光度值。將錳、鋅系列混合標準工作溶液按質(zhì)量濃度從低到高的順序分別導入火焰原子吸收光譜儀，使用快速序列模式同時測定錳、鋅吸光度值。以待測元素的質(zhì)量濃度(x)為橫坐標，以相應的吸光度值(y)為縱坐標，繪制標準工作曲線，計算線性方程和相關系數(shù)。

按照優(yōu)化后的檢測方法，制備9份空白溶液，根據(jù)空白溶液測定值的3 倍標準偏差，計算方法檢出限[17]。當取樣質(zhì)量為0.3 g、定容體積為10 mL時，計算得到食品樣品中4 種元素的方法檢出限，以質(zhì)量分數(shù)表示。4種元素質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程、相關系數(shù)及檢出限見表3。

表3 鉛、鎘、錳、鋅質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程、相關系數(shù)及檢出限

2.3 準確度和精密度試驗

采用微波輔助提取法對同一生物成分分析標準物質(zhì)豬肝(GBW 10051)中的4 種元素進行6 次平行測定，結果見表4。由表4 可知，各元素的測定結果均在認定值不確定度范圍內(nèi)，且測定結果的相對標準偏差(RSD)均小于10%，說明該方法的準確度、精密度較高。

表4 準確度和精密度試驗結果

利用所建方法對大米、綠茶、紫菜、扇貝、菠菜、小麥6 種不同種類的生物成分分析標準物質(zhì)進行3次平行測定，以平均值作為測定值，結果見表5。由表5 可知，各元素的測定值均在認定值不確定度范圍內(nèi)，表明該方法在多種不同類型的復雜基質(zhì)食品中均表現(xiàn)出較高的準確度。

表5 不同基質(zhì)生物成分分析標準物質(zhì)中4種元素質(zhì)量分數(shù)測定結果 mg/kg

2.4 方法比對試驗

取8 種不同類型的實際樣品，分別采用本方法和GB 5009.268—2016 方法[18]進行測定，結果列于表6。由表6 可知，兩種方法的測定結果基本一致，相對偏差為-19%～15%，表明該方法滿足測定要求。

表6 方法比對試驗結果

3 結語

建立了一種用于食品中鉛、鎘、錳、鋅檢測的微波輔助提取原子吸收光譜法。該方法測定結果與國標法基本一致，精密度、準確度均滿足分析要求。與傳統(tǒng)微波消解法相比，該方法減少了濃硝酸用量，節(jié)約了檢測成本，保障了檢驗人員的身體健康，有效提高了樣品前處理的效率，減少了人工操作帶來的干擾，是一種綠色、高效的檢測方法。但該方法對樣品中無機元素的提取種類較為有限，后續(xù)將對方法進行擴展性研究，擴大其應用范圍[19]。