原子吸收技术检测食品中金属元素含量的应用进展

刘 容，晏小燕，罗笑娟

（西藏自治区产品质量监督检验所，西藏拉萨 850000）

诸多食品中含有钙、钠、钾等金属元素，其均属于人体必需的营养元素，但含量过高，则不利于人体健康。当前食品安全相关问题已经受到了重视，重金属问题作为重要组成部分，相关检测技术应该得到持续发展。因为重金属元素不能被生物体消化，且在食物链中的占比逐渐增加，进入人体之后，还易引起较大危害，所以针对食品中的金属元素含量进行合理检测，能够为食品安全提供保障。可见，针对原子吸收技术检测食品中金属元素含量的应用措施进行分析具有重要意义。

1 样品消解

针对样品进行消解处理的主要目的，在于将溶解物颗粒或是有机物颗粒破坏，并针对价态不同的待测元素进行氧化处理，使其成为易分解的或单一高价态的无机化合物。从整体上来看，在开展金属元素含量检测工作之前，针对样品实施前处理工作，应该首先将待测样品中包含的金属元素完全转移至待测液内，再借助原子吸收光谱液进行金属元素含量测量工作。当前应用频率较高的样品消解措施包括湿法消解、干法消解、高压密闭罐消解及微波消解等。

1.1 湿法消解

湿法消解的过程中，对于温度提出了一定的要求，且如果样品中存在非氧化性酸或是氧化性酸，则需要适量加入催化剂或是氧化剂，通过化学反应提高样品的分解效果，以促使待测金属样品能够以离子的模式转移至消解溶液内。通常情况下，应用湿法消解时，需要使用的试剂包括高氯酸、硝酸、硫酸和过氧化氢等。湿法消解的过程具有易实现自动化、整体设备简洁、效率高且操作便捷等优势，但是需要应用的试剂数量较多，同时仪器必须为玻璃材质，而玻璃可在一定程度上吸附金属元素，易引起空白值过高的现象。为了尽量降低试剂消耗量，并控制部分元素的气化损失，应借助玻璃漏斗提升酸雾冷凝以及回流的效率。在湿法消解措施操作过程中，如果需要使用纯度较高的酸，应尽量避免应用其他试剂，方可提升样品消解效率，并有效控制空白值。需要注意的是，必须落实“赶酸”操作，有效降低待测液中出现高氯酸浓度偏高或硝酸浓度偏高导致石墨管被损坏的概率[1]。

1.2 干法消解

采用高温进行样品消解处理工作，这一过程即为干法消解。一般可以选择使用电炉丝针对样品实施低温碳化处理，进入到无烟状态以后，再使用马弗炉高温灰化处理样品，使样品呈现出固态残存的效果，之后通过稀酸溶液对残留矿物质灰分进行溶解，并制作成为待测液。干法消解措施具有步骤简洁、用酸量少、操作便捷及可同时处理较多样品的优势，能够将有机物彻底破坏，但是灰化过程温度过高，若需要针对易挥发元素含量进行检测，检测结果的准确性将受到影响。如果样品中的磷酸根及氯离子含量达到一定程度，在干法消解的过程中，镉、铅等元素可能生成磷酸盐或氯化物，此类金属元素具有易挥发的特点，最终检测结果可能偏低。另外，干法消解措施不适合在易挥发或易产生无机物反应的元素中进行应用，且如果样品存在灰化不完全的情况，还需再次进行灰化和碳化处理。

1.3 高压密封罐消解

应用高压消解措施，需要以常压状态下的湿法消解措施为基础，针对样品进行密封加压，采用外部加热的方式，促使密封消解罐内的温度及压力不断升高，以将难溶物质快速消解。高压消解罐的内杯，其生产原材料以聚四氟乙烯为主，所以其整体上具有抗碱和耐酸的特点，需要针对硝酸消解试剂体系适量加入氢氟酸，将硅酸盐分解成为SiF4，从而起到除硅作用。由此可见，针对硅含量较大的样品，应使用硝酸-氢氟酸体系进行消解处理，以强化难溶元素的消解效果。因为高压消解罐自身密闭性良好，材料具有较强的惰性，所以相应的空白值较低，可针对多数金属元素进行消解处理，特别是可以有效处理汞污染。应用高压消解措施可以对元素的挥发进行有效控制，也可避免试剂的浪费，还能提高样品分解能力。由此，用酸量降低、消解污染情况得到改善，而在此过程中，所需的设备仅为高压消解罐以及普通干燥箱，所以整体操作成本较低。但针对部分样品应用高压消解措施处理时，存在消解不完全、卸载消解罐盖难度大以及取样量过少等不足之处，且过程中存在安全隐患[2]。

1.4 微波消解

微波即为波长在1 mm ～1 m 或频率为300 MHz ～300 GHz 的电磁波。应用微波消解技术的过程中，其能够体现出较高的自动化水平，将该方法应用于样品前处理工作中，应用效果良好。采用微波加热时，可以实现内部加热，也就是直接针对样品的内部进行加热，可以提升加热的速度和均匀性。在微波消解措施中，主要应用的试剂包括过氧化氢、氢氟酸、硫酸和硝酸等，而高氯酸发生爆炸的可能性较大，不适合应用于其中。微波消解设备可分为“敞口型”和“密闭型”两个类型，其中密闭型应用频率更高，且因为微波消解效率较高，所以不仅几乎不需应用试剂，还可降低样品的污染程度以及挥发损失，但是相应的消解罐容积过小，导致取样量过少，同时整体上所需的成本偏高。

2 应用原子吸收光谱仪

应用原子吸收光谱仪针对食品金属元素含量进行检测，其中涉及到的原理为金属元素实现原子化以后，可以吸收波长特定的光，同时空心阴极灯发出的光波长一定，所以可以根据空心阴极灯光被吸收的情况及灯光波长的减弱程度，判断被测金属元素在食物中的含量。当前原子吸收光谱仪相关技术已经较为成熟，且根据其中的原子化形式的差异，可以将其划分成为火焰原子吸收光谱仪、石墨炉原子吸收光谱仪、氢化物原子吸收光谱仪及冷原子吸收光谱仪4 个类型，其中前两个应用频率较高。

2.1 火焰原子吸收光谱仪

火焰原子吸收光谱仪在整体上能够体现出操作迅速、简洁的优势，同时应用范围较大、分析条件稳定性良好、重现性较强，可以针对较低含量的金属元素含量进行检测，所以通常在食品铜、镁、钠及钾的检测工作中进行应用。而在铬、汞、镉和铅一类金属元素的检测工作中应用较少。并且，应用次灵敏线火焰原子吸收法，针对食品中的镁、钾、钠等金属元素的含量进行检测，根据检测结果可以了解到，该检测方法的线性范围较大，准确度较高，精密度良好，完全符合食品金属元素检测工作的要求[3]。

2.2 石墨炉原子吸收光谱仪

石墨炉原子吸收光谱仪具有操作简洁、进样量小以及灵敏度较高等多方面优势，当前已经在食品金属元素含量检测工作中得到广泛应用。在针对样品进行灰化以及原子化处理的过程中，灰化措施可以有效去除样品中的有机质组分，仅为样品保留各项待测金属元素，有利于原子化处理效果得到提升。温度控制操作在灰化以及原子化处理过程中占据重要地位，进行灰化处理的过程中，如果温度过低，易导致有机质残留温度过高；如果温度过高，待测金属元素极易出现挥发情况，甚至有可能使待测金属元素完全消失。如果待检测样品中含有化学性质稳定性不足、易激发且低熔点的金属元素，则需适量应用基体改进剂，以提升其中的灰化温度，同时也可针对待检测金属元素起到保护作用。一般需要将硝酸钯、磷酸二氢铵作为基体改进剂[4]。

2.3 氢化物原子吸收光谱仪

应用氢化物原子吸收光谱仪针对食品中的金属元素含量进行检测，可以根据检测结果绘制相应的图像，使各金属元素含量的占比得到更加清晰的呈现。在应用该方法时，需要首先构建起较好的反应环境，保障还原剂的适量应用，为化学反应的顺利发展奠定基础，从而可以有效实现基体中金属元素的分离，同时还可避免出现多种元素相互干扰的情况，也就可以进一步提升检测结果的准确性。

2.4 冷原子吸收光谱仪

在食品金属元素含量检测过程中，冷原子吸收光谱仪的应用占据重要地位，但是因为其中具有局限性较大的特点，所以当前仅可在金属汞检测工作中进行应用。检测过程中，将氯化亚锡加入到待解样品溶液中，使反应试剂的还原性得到充分发挥，合理处理汞离子。还原液中的化合物态汞能够被转化成为原子态汞，之后将空气流导入到设备中，即能够使用253.7 nm的波长针对汞元素含量进行检测。检测工作中必须注意到，如果检测环境中存在大量影响因素，检测结果的准确性将难以得到保障，所以必须以实际情况为基础，将原子吸收光谱检测方法作为重要参考，同时合理应用流动注射技术或气相色谱法等措施，以提升检测结果的准确性[5]。

2.5 其他方法

除以上常用方法之外，其他多项原子化方法也可在适宜的情况下应用于食品金属元素的检测工作中。例如，金属器皿原子法主要针对挥发元素进行检测，其具有操作简洁、易于掌握的优势，但是同时测定误差较大、抗干扰能力不强，耗气量也相对较大；粉末燃烧法的灵敏度相对于常规的火焰法来说，能够体现出更高的灵敏性；溅射原子化法适合在难溶化合物生成量较大的元素以及放射性元素的检测之中进行应用；电极原子化法适合在难溶氧化物的检测中应用。

3 结语

在针对食品金属元素含量进行检测的过程中，可以应用的消解方法主要包括湿法消解、干法消解、高压消解以及微波消解，其各具优缺点，应根据实际情况选择不同的消解方法。检测过程中，主要应用原子吸收光谱仪，其优势主要在于精密度和灵敏度较高，同时选择性良好，抗干扰能力较强，并且具有操作便捷的特点，但是仍存在需要进一步完善的部分。例如，一次进样仅可检测一类元素、检测多类元素时需要更换灯源等，以上各项情况均易导致操作的效率及便捷性受到影响，同时检测成本不易得到有效控制，所以需进一步优化原子吸收技术的应用，以提升食品金属元素检测的效果。