粮食中重金属前处理技术的研究

王越　张佳音

摘要：《食品安全法》的发布对粮油的质量安全提出了更严的要求，明确了各级粮食监管部门、粮食储存、生产企业的食品安全职责。近年来，我国的粮食重金属污染问题日趋严重，人们对粮食质量安全愈发重视。本文综述了目前应用于粮食重金属方面的前处理技术，包括干法灰化法、湿法消解法、高压消解法、石墨消解法、微波消解法和无机酸浸提法等，并对其发展进行了展望。

关键词：粮食;重金属;前处理技术;展望

中图分类号：TS-3

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200215012

收稿日期：2019-12-03

作者简介：王越（1989-），女，硕士，助理研究员。研究方向：农产品;张佳音（1992-），女，硕士，实习研究员。研究方向：农产品检测。

我国有近14亿人口，是粮食生产和消费大国，随着近年来粮食产量的不断提升，人们对于粮食质量安全程度也给予了很高的重视。据统计，2018年我国粮食总产量已达到6.5SymboltB@1011kg，位居世界之首。但随着社会经济的迅猛发展，自然环境也遭受着严重的威胁，工业“三废”、生活垃圾、化肥农药的不合理使用等，都在不同程度上影响着粮食的质量与安全。因此，研究和采用合理的重金属前处理技术，对预防和治理粮食重金属污染具有十分重要的意义。下面重点阐述干法灰化法、湿法消解法、高压消解法、石墨消解法、微波消解法和无机酸浸提法等应用于粮食重金属的前处理技术，并对其发展进行了展望。

1 干法灰化法

因粮食样品中的重金属元素常会与有机质结合形成难解离的化合物，故常采用破坏有机物的方法来消除其干扰，以达到准确测定重金属含量的目的。干法灰化法（Dry ashing）的基本原理是通过加热灼烧使样品中的有机物经过脱水、炭化、分解、氧化、灰化等一系列变化，转化为二氧化碳、[JP2]含氮气体和水蒸气挥发释放，最终得到可测定形态的重金属元素。干法灰化法具有操作简单、破坏彻底、使用试剂少、空白值低、能处理大量样品等特点，但其消解时间长、要求温度高、挥发快，对样品也具有一定的选择性。丁卫新[1]利用干法灰化法对稻谷、小麦、玉米3种谷物进行样品前处理，用石墨炉—原子吸收分光光度计测定样品中铅和镉的含量，并对不同温度下的灰化效果进行了研究，结果表明，在600℃时，灰化程度更彻底，测定过程干扰更少，质控的测定值与真实值更相近。黄增等[2]采用干法灰化法对大米进行预处理，运用原子吸收分光光度法对样品中Pb、Cd和Cr进行了检测，结果显示，3种重金属的含量分别为0.080mg/kg、0.092mg/kg、0.062mg/kg，加标回收率为98%～101%。

2 湿法消解法

湿法消解法（Wet digestion）是一种目前常用的重金属前处理技术。其基本原理是通过加入无机强酸或强氧化性溶液，高温消解，使粮食样品中的有机质分解、氧化，最终释放出待测的重金属元素。常用的强酸和氧化剂包括浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、高氯酸、氢氟酸和过氧化氢等，一般情况下为了使样品消解完全，都会将以上几种强酸和氧化剂混合使用。湿法消解法具有消解更彻底、损失小、成本低等特点，但同时用酸量多、空白值高、操作较危险、对环境污染大，以上问题也在一定程度上给其应用带来了局限性。闫金龙等[3]利用湿法消解法对大米样品进行前处理，运用火焰—原子吸收分光光度法和等离子体发射光谱法分别检测样品中铅、铜、锌和镉的含量，其中铅的含量为0.4～10μg/mL，铜的含量为0.2～10μg/mL，锌的含量为0.4～6μg/mL，鎘的含量为0～0.8μg/mL，标准曲线的相关系数r≥0.99。杨婷[4]分别采用干法灰化法和湿法消解法对大米样品进行预处理，通过原子吸收分光光度计测定样品中镉的含量，结果表明，湿法相对于干法来说，效率更高，可以同时进行大量样品的处理，但干扰因素较多，准确性稍差。

3 高压消解法

高压消解法（High pressure digestion）是利用高压消解罐对样品进行消解。其基本原理是对其外部进行加热，使消解罐体内达到一个高温高压的密闭环境，再通过加入强酸使得粮食样品快速消解，除去干扰的有机质。高压消解法具有消解彻底、回收完全、空白值低、安全性高、污染小等特点。成颜君等[5]利用高压消解法对大米样品进行预处理，通过石墨炉—原子吸收光谱法测定样品中的重金属元素镉的含量，结果表明，3种大米质控样品中镉的含量分别为0.0082mg/kg 、0.032mg/kg、0.218mg/kg，均在标准范围内，相关系数r=0.9997。王晓莹等采用高压消解—原子吸收光谱法测定大米中Cr的含量，结果表明，Cr的含量为0.152mg/kg，加标回收率为 98%，相关系数r=0.9996。

4 石墨消解法

石墨消解仪是现在比较先进的一种样品前处理设备。石墨消解法（Graphite digestion）的基本原理是通过加热源加热高纯石墨块，[JP3]因石墨块具有优良导热性可产生高温，对消解管中的样品进行环绕立体均匀加热，使样品各部位受热均匀，以达到更好的消解效果。石墨消解法具有操作简单安全、受热均匀、消解效果一致、消解速度快、效率高、温度和时间可控等特点。吴丹丹等利用石墨消解法对黄豆和大米样品进行前处理，采用火焰—原子吸收分光光度计测定样品中的钙、镁、锰、锌4种金属元素，结果表明，黄豆中4种金属元素含量分别为957.135μg/g、1729.625μg/g、30.39μg/g、62.27μg/g;大米中分别为 274.435μg/g、1150.625μg/g、12.15μg/g、27.165μg/g。黄殿贵等采用石墨消解—电感耦合等离子体质谱法测定大米、蔬菜样品中的砷、镉、铅的含量，质控样品的测定结果均在标准范围内，加标回收率为90%～110%。

5 微波消解法

微波消解法（microwave digestion）的基本原理是用强酸将待测样品溶解后，分别通过分子极化和离子导电2个效应对样品直接加热，使样品表层迅速破裂，新的表面再与溶剂进一步接触发生反应，在短时间内使样品充分消解。目前，微波消解技术已广泛应用在分析检测中的各个领域，如食品、医药、环境、农业等。与传统常规的消解方法相比较，微波消解法具有灵敏度高、消解快速彻底、元素损失小、效率高、污染小、空白值低等特点，被许多国家标准和行业标准采用，有着“绿色化学反应技术”的美誉。王晓莹等采用微波消解法对小麦粉样品进行预处理，用石墨炉—原子吸收分光光度计测定样品中的Pb含量，结果表明，小麦粉中铅的含量为0.15mg/kg，质控样品的测定结果在标准值范围内，相关系数r=0.9998。宋帅娣利用微波消解法对大米样品进行消解处理，采用氢化物发生—原子荧光光谱法测定硒的含量，其中质控样品的测定值与真实值相近，满足实际样品的检测需求，硒元素的检出限为0.005μg/g，RSD<7%。

6 无机酸浸提法

无机酸浸提法（Inorganic acid extraction）的基本原理是将无机酸与样品混合，通过振荡、离心、超声等方法提取出待测的重金属元素，以达到快速富集的目的。无机酸浸提法具有准确度较高、重现性好、操作简便、成本低、试剂用量少、环境污染小等特点。王超跃等采用无机酸浸提法对大米和稻谷样品进行前处理，用原子分光光度计测定其中的Cd含量，结果表明，硝酸和盐酸的含量为3%，浸提时间为60min时，大米和稻谷中Cd的提取率均可达到100%左右。郎定常等利用无机酸浸提—石墨炉原子吸收分光光度法测定酿酒原料大米样品中的金属元素镉的含量，并对实验条件进行了优化，结果显示，以浓度为3%的硝酸浸提，以浓度为0.05%的硝酸镁作基体改进剂，原子吸收分光光度计的灰化温度设定为400℃，原子化温度设为1600℃时，大米中镉的加标回收率为97.51%～103.97%，线性相关系数r =0.9999。

7 展望

随着粮食重金属污染状况的日趋严重，有效地运用粮食重金属前处理技术是在根源上保证了粮食的质量与安全。本文系统综述了6种常用的粮食重金属前处理技术，其中湿法消解法和微波消解法仍是目前在化学分析领域应用范围最广、可行性最高的前处理技术，但随着经济的发展，一些新型的、快速的、高效的重金属前处理技术也在蓬勃兴起，其原理及配套设备将成为今后一段时间的研究热点。

参考文献

[1] 丁卫新.粮食铅和镉的测定中干法灰化温度的研究[J].现代面粉工业，2016，30（01）：25-26.

[2] 黄增，黄红铭，刘维明，等.石墨炉原子吸收法测定大米中铅、镉、铬3种重金属[J].应用化工，2018，47（02）：413-415.

[3] 闫金龙，李伟，郭小华，等.食用大米中重金属铅、镉、铜、锌含量的测定[J].焦作师范高等专科学校学报，2017，33（03）：71-74.

[4] 杨婷.用石墨炉原子吸收光谱法检测大米中镉的前处理方法比较——干法灰化法和湿式消解法[J].农业技术与装备，2017（01）：8-9，11.

[5] 成颜君，张小俊.高压消解——石墨炉原子吸收光谱法测定大米中镉[J].农民致富之友，2018（18）：130.

（責任编辑 贾灿）