原子吸收光谱法在农产品重金属检测中的应用

摘要 介绍了原子吸收光谱法检测农产品中重金属元素的原理及特点，并从样品前处理、分离富集、检测方法、其他影响因素等方面进行阐述，并对原子吸收光谱法检测农产品重金属的未来发展趋势进行了展望。

关键词 原子吸收光谱法；农产品；重金属检测；应用

中图分类号 TS207 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）17-0318-02

随着全球经济和科技的发展，农产品中重金属元素的质控和超标问题已引起人们越来越多的重视。有毒重金属在微生物的作用下被进一步转化为金属化合物，使得环境中主要的无机污染元素经过生物链的放大，在较高级生物体内富集，最终由食物进入人体进而危害人类健康[1]。农产品中重金属的检测不仅关乎农产品本身质量，而且严重影响到农业生态环境系统，决定了农业的可持续发展。因此，快速、准确地测定农产品中重金属含量，保证农产品质量安全显得至关重要，建立检测农产品样品中重金属元素的分析方法对重金属含量的准确测定意义重大[2]。

重金属检测方法有很多，通常包括原子荧光法、紫外可见分光光度法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子质谱法、X荧光光谱法、高效液相色谱法等[3]。原子吸收光谱法创立于20世纪50年代，与主要用于定性分析无机元素的原子发射光谱法一起成为对无机元素进行定量测量的主要手段，在质量分析的各个领域都有广泛的应用。而在农业方面原子吸收光谱法也有广泛的应用，主要用于植物体中的重金属元素分析、环境污染物分析、水质分析及农业环境的综合评价分析等[4]。本文重点介绍原子吸收光谱法（AAS）在农产品重金属检测中的应用，以供参考。

1 原子吸收光谱法（AAS）概述

所谓的原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectroscopy）是气态的基态原子外层电子对紫外光以及可见光范畴的相对应原子共振辐射线的吸取强度来对被检测元素含量进行定量的一种方法[5]。

1.1 原子吸收光谱仪

其组成结构包括：光源、原子化器、光学系统、检测系统以及数据工作站。光源：发出被测元素的特征光谱。原子化器：产生待测元素自由原子。光学系统：分离出被测元素的特定共振谱线。检测系统：将光信号转化为电信号进而读出吸光度。数据工作站：通过应用软件对光谱仪各系统进行控制并处理数据结果[2，6]。

1.2 原子吸收光谱法的分析原理及分析过程

波长处于近紫外区的光源发出待测元素的特征辐射，样品蒸汽中待测元素的基态原子从谱线中吸收能量后光谱减弱，依据光谱被吸收后减弱的程度判断出元素含量，符合郎珀-比尔定律[7]。

一般分析过程如下：①配制标准曲线系列溶液；②制备样品溶液；③测定不同浓度标液的吸光度；④根据吸光度绘出标准曲线；⑤测出样品的吸光度；⑥依据标准曲线及样品的吸光度得出样品的具体浓度。

1.3 原子吸收光谱法的特点

原子吸收光谱法具有灵敏度高、选择性好、精密度高、抗干扰能力强、操作方便快速以及分析范围广等优点，但目前尚存在一些问题待解决，比如：分析多种元素需更换灯源；不能检测共振线处于真空紫外区的元素；测定某些特殊元素灵敏度不够；标准曲线范围较窄；某些样品基体复杂，其产生的干扰问题不易解决[8]。

2 样品的前处理方法

样品前处理的目的是清除干扰物质，完整保留或浓缩所需的被测组分[9]。要尽量除去附在样品上的土壤颗粒和尘埃，材料包装也同样要注意，尽量简化输送过程，然后保存于4 ℃冰箱，并与其他化学试剂分开存放。目前，实验室常用的方法[10]有酸消解法、干灰化法、微波消解法、超声波振荡法、碱溶法、浸提法等。

2.1 酸消解法

酸消解法是一种操作简便且操作成本低的分解方法，主要采用盐酸、高氯酸或硝酸，以及过氧化氢和氢氟酸[10-12]。

2.2 干灰化法

该法是一种较为传统的样品处理法。准确称取样品放置于瓷坩埚中，在可调式电炉上小火炭化至无烟，然后移入马弗炉，在500 ℃下灰化8～10 h，被测样品变成灰白状后冷却，稀酸定容待测[13-14]。

2.3 微波消解法

微波消解是一种近年来才出现的先进溶样技术，它能高效地预处理样品。其原理简单，即在密闭的容器中用2 450 MHz的电磁场微波把混合液（样品和酸）中的极性分子快速重新排列，该过程产生的分子间强烈碰撞和摩擦促使溶液快速达到沸点。并且在微波的作用下，酸与样品之间产生较大的热对流，样品与酸的接触更有效，样品溶解迅速，一般一个样品所用时间为5～10 min[15]。微波消解法溶样时间短，消解过程无玷污，试剂用量少，空白值低，回收完全，基本避免了样品污染和元素损失，保证了分析测定结果的准确可靠，同时能一次性满足多种元素的消解[16]。作为当下成熟理想的消解方法，微波消解法是目前主要采用的农产品重金属检测前处理方法。

2.4 其他消解方法

依据实际操作，不同条件下还采用一些其他方法[17-18]，比如，宋光森的酸浸提消解法，贾海东的超声波振荡物理溶样法。近来又有可添加改进剂或辅助消解物质提高消解速度和完全程度，比如胡志明[19]用恒温消解仪进行消化时选择的基体改进剂为磷酸氢二铵。

3 分离富集方法

因为样品中被测元素含量较低，导致直接测定困难，因此有时样品处理后需要采取预分离富集措施。目前，常用的分离富集方法有色谱分离、液-液萃取、浊点萃取、共沉淀和固相萃取等[11，20-21]。

4 检测方法

4.1 火焰原子吸收光谱法

火焰原子吸收光谱法（FAAS）需要的相对费用较低，干扰少，精密度高，在线分析易实现，故其在检测分析农产品中的重金属元素方面应用广泛，且适用于检测含量较高的元素[4]。利用火焰原子吸收法测定土壤中多种重金属元素，其测定结果与国家标准分析方法结果无显著性差异，对标准样品测定结果准确[18]。范文秀等[13]利用无需富集、萃取的火焰原子吸收法测定饲料中的铅和镉，操作简便快捷，一次就能完成铅和镉的测定，且可以批量测量。但火焰原子吸收法亦有不足之处，其检出限较高，一般不能达到检测分析的要求，有时对于含量较低的样品，不能实现直接测定，且部分元素无法完全解离。

4.2 石墨炉原子吸收光谱法

石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS）检出限低至10-12 g，灵敏度高，适用于测定超微量水平的金属元素，在石墨炉原子化器中试样仅需5～100 μL便可进行1次测定，固态样品也能检测。但石墨炉的缺点在于其分析范围较窄，测定速度较慢，且一般只能检测1个元素[4]。孙汉文等[22]建立了以悬浮体进样-基体改进剂效应石墨炉原子吸收法测定土壤中痕量铅和镉的新方法。武攀峰和倪小英等[23-24]均采用微波消解-石墨炉原子吸收法分别测定蔬菜和大米中的微量铅、镉，检测结果理想。有时候由于部分样品基体较为复杂，产生严重的背景吸收干扰，极大地影响了采用石墨炉原子吸收法进行测定的分析结果。为了降低空白值，消除基体干扰，通常需要加入合适的基体改进剂。

4.3 氢化物发生法

此方法基于其灵敏度高、易自动化的特点，一般用于测定容易转化为不稳定氢化物的重金属元素[25]，比如已用于分析Bi、Ge、As、Sb、Se、Sn、Pb、Te[6]，魏利滨、谢连宏等[26-27]分别采用盐酸-铁氰化钾-硼氢化钾、草酸-铁氰化钾-硼酸化钾反应体系，研究探讨了影响蔬菜等样品中铅含量测定的一些因素，发现作为氧化剂的铁氰化钾在掩蔽离子的干扰方面作用突出。

5 其他影响因素

5.1 基体改进剂

有些农产品样品介质较复杂会产生强烈的背景干扰，尤其是样品未经消化而直接进样，其基体干扰更会严重影响分析结果的准确性。因基体改进剂在灰化损失、控制和消除背景吸收、分析物释放不完全等方面的作用，所以加入合适的改进剂能消除基体干扰并降低空白值，同时也能克服或降低待测元素的挥发损失，提高灰化温度和原子化温度[22，28-29]。基体改进剂有多种，常用的有酒石酸、磷酸二氢铵、硝酸铵、抗坏血酸、二氯化钯、硝酸镁、磷酸、硝酸镁、氯化钙、硝酸铝[22，29-30]等，但在具体检测过程中，通常根据实际需要，会加入一种或多种基体改进剂[31-35]。如高 芹等[36]利用磷酸二氢铵后，吸收峰形尖而窄，相对于不用基体改进剂其标准偏差比降低了10倍，精密度和灵敏度明显提高，从而大大提高了分析结果的准确度。

5.2 分析容器

对于无机痕量的分析，玻璃材料因其成分容易进入溶液而不适用，一般推荐采用塑料材料。通常材料容器的选择顺序如下：聚四氟乙烯，聚丙烯，高密度聚乙烯，石英，低密度聚乙烯，铂。同时，清洗实验容器也很重要，不仅要清除器壁上的异物，还要除去吸附在器壁上的金属组分。可先用清洗剂仔细清洗，或采用超声波清洗器，再用自来水、蒸馏水反复冲洗，然后用硝酸（1+1）浸泡，用去离子水冲净并干燥后方可使用。

5.3 环境因素

实验环境是一个丰富的污染源，对元素痕量分析及试样制备有很大影响，应保持实验室、实验设备特别是通风橱的清洁，室内尽量少开窗。总之，尽量减少环境产生的污染。

6 结语

作为一种成熟而实用的分析方法，原子吸收光谱法是农产品重金属检测的主要方法。未来的发展方向仍然是提高方法的选择性、精密度和灵敏度，加强仪器设备的自动化和智能化，并尽可能简化工作程度、减轻劳动强度进而提高效率。原子吸收光谱法技术的提高以及与一些高效的分离富集系统的联用技术不断成熟和进步，将大大拓展原子吸收光谱法在农产品中重金属的分析检测以及其他方面的应用研究。

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