水产品中重金属镉的检测技术研究

◎ 陶 森，阮世勇，林对俭，许小婵，冯正滔，冯 涛

（阳江市检测检验中心，广东 阳江 529500）

镉是一种毒性很强的重金属，会刺激人的呼吸道，严重时导致嗅觉丧失，且蓄积在肝脏或肾脏中从而造成毒作用[1-2]。1972年联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）提出的食品污染物中镉排名第三[3]，1974年联合国环境规划署将镉的危险等级排到第一位[4]。2010年，世界卫生组织（WHO）提出了人类每周耐受摄入镉的量为7 mg·kg-1[5]。《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）规定重金属镉在鱼类和甲壳类水产动物中的最大残留限量为0.1 mg·kg-1和0.5 mg·kg-1，在鱼类罐头和其他鱼类制品中的最大残留限量为0.2 mg·kg-1和0.1 mg·kg-1。随着社会工业发展，镉的利用也不断增加，导致进入环境中含镉的污染物越来越多。虽然环境中镉的浓度对人体还不足以导致伤害，但是镉通过生物链的富集作用使人们食品中的镉含量超标，尤其是水产品，其对重金属镉的富集作用很强，当浓度过高会导致人体造成伤害，是人体摄入镉的重要来源之一[6-7]。因此，为了使人们的健康安全得到保障，对水产品中重金属镉的检验分析工作十分必要。

1 前处理技术

在元素分析检测的过程中，需要从样品中提取出待测组分，因此，样品前处理是一个非常关键的步骤，对检测结果的准确性有着决定性作用。样品的前处理是指根据样品的性质，使用生物、化学或物理方法，将待测元素从样品中提取出来，要求对被测样品的待测组分尽可能地回收，且不能引入待测组分以及影响检测结果的杂质。目前，在实际应用中，运用较为广泛的样品前处理方法有3种，分别是干法灰化法和湿法消解法以及微波消解法。

1.1 干法灰化

干法灰化首先要将样品粉碎，再从中称取3～5 g样品[8]，将其放入干燥、清洁的瓷坩埚内，随后将瓷坩埚放在电炉上或电热板上，并进行小火加热，待到样品炭化，无白烟生成，即可停止加热；随后将其放入马弗炉内，在500～550 ℃下进行6 h的高温灰化操作，灰化完成后，将样品冷却。完成灰化操作后，如果灰化不完全，还存在较多杂质，可继续加入一定数量的硝酸溶液，然后将其放在电炉或电热板上进行小火加热，多次重复此操作，直至样液澄清透明，灰化完全后，用超纯水或去离子水定容后测量。

该方法不仅操作简单便捷，且试剂用量少、空白值低、后续处理较简单，适合微量元素的分析，并可批量处理样品；但由于该方法需要用到较高的灰化温度和较长的灰化时间，容易导致样品中部分镉蒸发损失，同时消耗能量较大，成本较高。另外，油脂含量高的样品，不适用此方法。

1.2 湿法消解

湿法消解是称取适量的样品中加入浓硝酸、盐酸、高氯酸等强氧化性的酸，充分加热，使样品中的有机物完全氧化分解成为CO2、水和其他各种气体，同时可加入催化剂加快氧化分解。如果样品中含有较多的有机物，可使用混合酸体系进行消解[9]。

湿法消解的操作简单便捷，适用于大部分金属含量的测定，基体成分较简单，大部分元素几乎无损失，不易与容器发生反应。湿法消解的氧化反应时间较长，有的样品需使用混合酸浸泡过夜。消解过程中的所使用的酸是一些浓盐酸、高氯酸等具有强氧化性酸，对操作人员有较大的安全威胁。

1.3 微波消解

称取0.5 g左右固体样品或1.0 mL左右液体样品。若样品中存在酒精成分则必须加热使酒精挥发完全，否则易引起爆炸[10]。进行微波消解前，向样品中加入5 mL硝酸，放置2 h。微波消化，放置冷却，定容测量。升温程序：温度和功率都要从低到高设定，最高温度设为180 ℃左右，功率最高设为100%。整个消解过程控制在30 min左右样品即可消解完全，随后放在加热板或电炉上加热排酸1 h。

微波消解温度高，加热快，消解能力强，能够大大减少样品的前处理时间，且消耗溶剂少，空白值低，准确性和精密性都较高，同时也能够最大程度地减少样品的损失和污染。微波消解必须严格控制反应时间，否则消解罐会因压力过大而发生形变，形成较大的安全隐患。

2 传统检测技术

2.1 火焰原子吸收光谱法

火焰原子吸收光谱（FAAS）是一种测量特定气态原子对光辐射的吸收的方法[11]。其具有操作方法简单、分析速度快、精度高、测定范围广及背景干扰较少的优点，但其雾化效率差且气体的稀释，从而导致灵敏度下降，检出限较高，因此，降低检出限和干扰，提高镉的检测灵敏度，成为FAAS的一个研究热点。

艾军等提出了表面活性剂增敏FAAS测定鱼鳞中痕量镉的方法，结果表明，镉含量在0～50.0 μg·mL-1范围内线性良好，其检出限为0.003 7 μg·mL-1，回收率达95%～106%，精密度为2.37%，此方法操作简单易行、对样品分析取得满意结果[12]。陈清慧等选定载体离子后，通过共沉淀的方法，采用FAAS对虾、贝样品中的镉进行测定，克服了基体干扰，在0.1～1.0 mg·L-1线性范围良好，检出限为4.27 μg·L-1，精密度为0.73%[13]。根据国家标准FAAS法，镉的检出限为5.0 μg·kg-1，以上研究表明共沉淀与FAAS相结合，能提高镉的检测灵敏度，降低其检出限。

2.2 石墨炉原子吸收光谱法

石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS）[14]是检测镉含量的常用方法，与FAAS原理相似，两者差别在原子化的方法不同，GFAAS的优点是采用石墨炉进行原子化提高了效率和灵敏度，因此能够用于分析水产品镉含量很低或试样少的样品。但同时干扰较大，测量精密度比FAAS较低，而且成本较高。

赵瑞军利用微波消解法对鱼粉样品进行消解，加入基体改良剂NH4H2PO4，使用GFAAS测定，测得鱼粉中镉的检出限为0.024 ng·mL-1，相对标准偏差为3.2%，回收率为92.0%～101%[15]。李万杰等以4∶1的HNO3-HClO4对贻贝、海参、鱼等水产品进行微波消解，测得各样品中镉的检出限为0.03 ng·g-1，加标回收率为93.0%～105%[16]。根据GB/T 5009.15—2014，GFAAS的检出限为0.001 mg·kg-1。以上研究均表明，利用微波消解法可以减少样品前处理过程中镉元素的损失，且与GFAAS相结合，能降低镉的检出限。

2.3 氢化物发生-原子荧光光谱法

氢化物发生-原子荧光光谱法（HG-AFS）指待测组分被氢化形成氢化物，氢化物被原子化后，受光源所发出的光能作用，原子处于基态的外层电子被激活，从低能级向高能级跃迁，并回到低能级的过程中以原子荧光的形式辐射出能量，荧光的强度与原子浓度成正比。HG-AFS具有操作便捷、基体干扰小、稳定性好、精密度高、灵敏度高和采样量小等优点。

李连平等采用HG-AFS对海水及几种海产品中镉进行检测，得出镉检出限为3.8 ng·g-1，回收率97.0%～103%[17]。吴育廉等采用HG-AFS测定牡蛎中的镉，在0.20～1.50 μg·L-1线性关系良好，检出限为0.10 μg·L-1，RSD为4.48%，加标回收率达94.3%～106.1%，并运用此方法对贻贝标准物质进行检测，测定结果与标准值相符[18]。

2.4 分光光度法

分光光度法是将消解后的样品，根据待测组分的化学性质，经一定化学反应后形成某种具有特殊颜色或具有特殊显色反应的化合物，通过样品的显色程度，利用制定的标准曲线定量。方法操作方便易行，成本较低，缺点是干扰因素较多，容易发生交叉反应，检出限较高。

王丽芳等在二甲酚橙显色体系下对水产品中镉进行测定，结果表明，镉在最大吸收波长578 nm，pH为6.2～6.4，浓度为0.5～6.0 μg·mL-1时线性关系良好[19]。WEN Xiaodong等采用液液萃取方式富集水和食品中的镉，通过分光光度法测定，镉检出限为0.01 ng·L-1，此方法成本低，易操作，结果令人满意[20]。

2.5 阳极析出伏安法

阳极溶出伏安法的原理是利用了金属阳离子的还原性，在体系中给予一定电位，使其还原成金属单质析出，在通过反向电压，使金属单质氧化从而使体系产生氧化电流，氧化电流的大小与金属的含量成正比，从而根据一定数学关系得出金属离子的浓度。此方法能够一次连续测定多种元素，具有较高的灵敏度[21]，且用到的仪器并不复杂，简单易行，可以用来测量水产品中痕量镉含量。龙蜀南等利用同步键汞微分脉冲阳极溶出伏安法对水产品中多种元素进行测定，其中，镉的半波电位E1/2为-0.5 V，回收率为96.9%～108.3%，在0.03～20.94 μg·L-1线性范围良好[22]。

2.6 电感耦合高频等离子体发射光谱法

电感耦合高频等离子体发射光谱法（ICP-AES）是把等离子体作为激发光源从而进行光谱分析的一种方法，可同时进行多种元素的测定。谢华林采用ICP-AES法同时测定水产品中多种元素，其中镉检出限为0.000 7 μg·L-1，RSD为2.6%，回收率为94.5%[23]。张文等利用混合酸将鳗鱼微波消解后采用ICP-AES法，同时测定试液中的镉、铅、汞元素含量，其中，镉检出限2.3 μg·L-1，回收收率在104%，RSD为0.65%[24]。说明此方法检出限低、准确度高、简单便捷。

2.7 电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）是一种将ICP技术和质谱技术结合在一起的分析方法，该技术的特点是元素覆盖范围广、检出限低、能进行元素及同位素分析等。庞艳华等建立了电感耦合等离子体质谱法同时测定贝类中铅、镉、砷和汞等十多种元素含量，样品经微波消解、内标校正后，镉元素检出限为0.003 μg·L-1，校正曲线的相关系数为1.000 0，RSD为1.92%～2.96%，加标回收率为89.9%～102%，用此方法对标准物质进行测定，结果相符[25]。Dimaya等采用微波消解ICP-MS检测鱼干中镉元素含量，在0.01～500 μg·L-1线性范围良好，相关系数达0.999，检出限为0.060 μg·L-1，结果令人满意[26]。上述研究表明了ICP-MS测定水产品中镉元素含量时，检出限均低于国家标准，且准确性高，具有同时测定多种元素的能力。

3 快速检测方法

随着经济的快速发展，传统的检测技术已经满足不了日益增加的重金属检测工作量，因此，快速检测技术的应用具有十分重要的意义。与传统的检测技术相比较，快速检测技术尽管只能进行定性或半定量的检测，无法提供公证数据，在灵敏度和检出限也不及传统的检测技术，但是其具有成本低、速度快、操作简单等优点，非常适合如今的快节奏检测现状，能够起到预警作用，达到筛选的目的。目前，测定水产品中镉含量的快速检测方法运用较广有生物化学传感器法、显色法和免疫学法等。

3.1 生物化学传感器法

生物化学传感器法可分为生物、电化学和光化学传感器3种，是利用固定化的生物体成分与重金属离子作用时，能快速地根据一定规律将其转换成电信号或光信号的分析测试装置。该方法不仅简单易行、准确性高、成本较低而且能够与其他检测设备兼容，因此在重金属速测中的适用范围广泛。

3.2 显色法

显色法是利用元素的化学性质，在与一些物质发生反应后形成具有特殊颜色的物质或者具有特殊颜色反应的化合物，样品与标准溶液系列进行比色，从而得出样品中元素含量的一种快速检测方法。薛文静等用KHO-乙醇溶液为显色剂制备速测卡，测定了对虾、青虾以及大菱鲆中的镉含量，检测结果与ICP-MS测定相符[27]。但是该种方法的检出限较高，影响因素较多，重复性较低，只能进行半定量测定。

3.3 免疫学法

免疫学法是根据抗体抗原具有特异性结合的特点进行检测的一种新兴方法，目前，应用最广，被大众所认可的免疫学法是酶联免疫吸附法（ELISA）。刘功良等以镉特异性单克隆抗体与酶标抗原为基础，建立了一种直接竞争的ELISA检测濑尿虾中镉的含量的快速检测方法，检出限为0.2 μg·L-1，表明该方法能够快速而准确的测定样品中重金属镉的含量[28]。汪慧等用ELISA法测定近江牡蛎、翡翠贻贝以及基围虾中的镉测量中，检测结果线性相关良好[29]。向军俭等发明了一种间接竞争法测定水产品中镉离子含量的ELISA法，即将海产品样品的提取液和镉离子的标准溶液加到抗原前带的微孔中，然后加入单克隆抗体；抗体以抗镉离子作用于各微孔中，混合孵育，然后向微孔中加入抗HRP标记的抗小鼠IgG抗体，孵育一段时间后，加入终止液停止底物变色镉离子的反应，用酶标法测定每个微孔的吸光度，并根据标准曲线计算样品中重金属镉的含量[30]。该方法通过利用具有抗镉离子功能的单克隆抗体获得的分泌阳性细胞，可以批量制备具有抗镉离子功能的单克隆抗体，该方法成本低，可简单快捷、灵敏地测定样品中的镉离子含量，此方法可对海产品中的重金属镉进行大规模、快速的检测。

虽然ELISA法用于镉的测定能够加快筛选，但是影响测定结果的因素有很多，如镉在水产品的含量较低，免疫原性较弱，可能发生交叉反应等。而ELISA法本身也有许多影响因素，如温度、pH会影响酶活性，反应时间不足导致反应不完全以及洗涤导致假阳性等。

4 结语

目前，重金属镉的检测方法很多，但传统检测法因为其发展时间长，技术相对比较完善，且可根据不同检测目的选择不同的方法和条件，选择不同样品前处理方式，依旧是水产品中重金属镉检测的主要方法。传统的检测方法存在样品前处理耗时长、效率较低、经费支出大以及检测效果不够理想等缺点。因此，开发固体进样技术以及金属富集技术是重金属镉检测技术的重要发展方向。同时样品前处理技术应继续加强研究，减少待测组分在前处理时的损失，降低检出限，提高检测灵敏度和精密度。

水产品中镉的快速检测方法发展迅速，适用于现场筛选和检测。快速检测方法具有检测时长短、成本较低、操作简单易行、灵敏度较高以及专一性好的优点，但与传统检测方法相比，快速检测方法，不能进行准确的结果定量，且检出限较高，精密度较低。因此，快速检测方法目前还不能替代传统的检测技术，同时快速检测方法是镉的检测方法中不可缺少的，它能够快速地对样品进行筛选、定性，能大大提高检测效率，是不可或缺的辅助检测手段，具有广阔的市场前景。