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大米中重金属检测技术研究进展
发布时间:2021-07-13 01:41
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本文摘要:来源:《食品工业》2018 年 02 期作者:李喆1,赵岚2,陈彦凤2,王瑾3,蔡柏岩1,屈岩峰1*单位:1. 黑龙江东方学院食品与环境工程学部;2. 黑龙江省疾病掌控防治中心;3. 靖边县食品药品稽查队大米是我国城乡居民日常消费的主要粮食作物,重金属影响大米的品质和食用者身体健康安全性,自由选择出有高效、灵敏、快捷的轻金属元素检测方法,对人民生活身体健康变得尤为重要。

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来源:《食品工业》2018 年 02 期作者:李喆1,赵岚2,陈彦凤2,王瑾3,蔡柏岩1,屈岩峰1*单位:1. 黑龙江东方学院食品与环境工程学部;2. 黑龙江省疾病掌控防治中心;3. 靖边县食品药品稽查队大米是我国城乡居民日常消费的主要粮食作物,重金属影响大米的品质和食用者身体健康安全性,自由选择出有高效、灵敏、快捷的轻金属元素检测方法,对人民生活身体健康变得尤为重要。文章对大米中重金属对人体的多种危害展开阐释,分析了当前大米中重金属元素的检测方法及其研究进展,常规方法还包括原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法等; 较慢检测方法还包括化学分析法、酶诱导法、试剂比色法、试纸比色法等。最后对强化较慢检测技术和方法的研究明确提出建议,目的为中国食品重金属的检测、监督和管理获取参照。前 言重金属是指比重在5.0 以上的金属,如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铬(Cr)和镍(Ni)等45 种。

Pb、Cd、Hg、Cr 和As 元素被合称作重金属污染物中的“五毒”,剧毒重金属通过食物链转入人体,阻碍人体长时间生理功能,危害人身身体健康。在我国的饮食结构中,大米是我国城乡居民日常消费的主要粮食作物。

大米不仅为机体获取蛋白质、维生素、糖类、膳食纤维和脂肪等主要营养成分,还为人体获取大量必须的微量元素,如铁、锰、铜和硒等。同时,大米也沦为重金属转入人体的主要渠道。

大米中重金属含量与大米品质、人类的身体健康具有紧密的关系。国土资源部也曾公开发表回应,我国重金属污染造成每年粮食减产多达1 000万 t,每年重金属污染的粮食多达1 200 t,总计经济损失超过200 亿元。因此,综述了大米中重金属污染现状和常规检测技术,同时为了实际发展的必须,对大米中重金属的较慢检测技术和方法展开阐述,目的为保证较慢、精确的检测和确保大米的安全性获取参照。1 大米中主要重金属危害重金属是一类对环境和人类不易产生危害的污染物,具备不易富含、长期性、隐性等特点,一旦经常出现就很难消逝。

重金属对农产品安全性的影响已引发社会、政府和科学界的联合注目。粮食质量安全性关系到国计民生。重金属污染不仅影响农作物的生长,必要造成产量减少,品质上升,对经济导致亏损,而且重金属的潜伏期较长,无以水解,毒性大,一旦被人体吸取累积,危害很大。2012 年新的修改了食品中污染物限量国家标准(GB 2762—2012),2013 年开始月实行。

汞(Hg)及其化合物毒性都相当大。毒性仅次于的是甲基汞,甲基汞对人体的毒性尤其固执,转入人体后遍及全身各器官的组织,主要危害神经系统,特别是在是中枢神经系统,最相当严重的是小脑和大脑两半球,并且这种伤害是不可逆的。研究找到,水稻对甲基汞具备极强的富含能力,大米对甲基汞的积累可高约180 μg/kg。

镉(Cd)是一种生物不必须并且具备很高毒性的轻金属元素。联合国环境规划署明确提出12 种具备全球性意义的危险性物质,其中镉被列入首位。镉一旦被吸取,不会很快从血液中产于到全身的各个器官,导致多个器官受损甚至癌症的再次发生。食品中砷(As)中毒分成两种(无机砷和有机砷),一般无机砷(AsⅢ,AsⅤ)毒性优于有机砷(MMA,DMA)。

低剂量的砷具备生血刺激作用,能增进细胞生长和交配,但过量摄取则不会造成中毒甚至丧生。人体对砷的生理需要量为40 μg/d。砷慢性中毒主要展现出为末梢神经炎和神经衰弱症候群等症状;急性砷中毒一般从消化道摄取,主要展现出为轻微腹疼、呕吐、恶心、腹泻,救治不及时不会导致丧生。铬(Cr)是人体必须的痕量元素,但浓度高会对人体产生危害。

经化学分析找到,皮肤认识到六价铬后有可能造成过敏或皮肤癌,甚至造成遗传性基因损毁。据报导,铬酸酐经过呼吸道转入人体后不会引起有所不同程度的沙哑和鼻黏膜衰退,严重者造成鼻中隔穿孔、支气管扩展,经过消化道转入人体后将引起腹泻和呕吐。铅(Pb)中毒是一种蓄积性中毒,随着人体内铅蓄积量的减少可引发肝脏、肾脏及神经系统受损。

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铅中毒后展现出为智力低落、反应迟钝、贫血等慢性中毒症状。据学者报导,在50~350g/L范围内血铅浓度与儿童的体重、体重及胸围间差异有统计学意义,呈圆形负相关,铅对儿童生长发育有相当大影响,同时铅具备致癌性。

2 重金属检测常规方法2.1原子吸收光谱法原子吸收光谱法(Atomic Absorption Spectrometry,AAS)是将原子摆放在被测元素呈圆形气态的状态下,使用对元素定量分析的方法来构建红外线和紫外光的吸取,常用于大米中重金属的检测。鲍会梅利用石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)检测大米中铅的含量,其中最佳波长为260 nm,硝酸浓度为0.5 mol/mL,灰化温度为1 000 ℃,石墨炉清理温度为2 800 ℃,并使用90、110 二级潮湿法,获得98.05%的回收率和1.28%的精密度。该方法操作者简单、分析速度快、灵敏度低,各项分析性能指标皆超过拒绝。

LI 等以8-羟基喹啉为络合剂,使用非离子表面活性剂Triton X-45 提取稻谷中的镉,石墨炉原子吸取法检测稻谷中镉含量,低于检出限为0.018 μg/L,线性范围为0.05~0.50μg/L,合适稻谷中重金属的检测。Praengam 等分别用仪器中子活化分析(INAA)和GFAAS 法测定了大米和豆类中金属元素含量,通过较为找到GFAAS 法检测的相对误差仅有为6.06%,更加合适镉的检测。Santos 用于氢化物-再次发生原子吸收光谱法(HGAAS)对大米产品中无机砷(IA)展开化学形态分析,以0.1% NaBH4 和10 mol/L HCl 为还原剂,该方法定量缩(LOQ)As(Ⅲ)为5.4 ng/g,无机砷为15 ng/g,总砷为23 ng/g。

早已证明,所明确提出的方法对于LOQ合乎现行法律的稻米产品的砷形态分析。2.2紫外分光光谱法紫外分光光度法(Ultra Violet Spectrophotometry)主要是利用轻金属元素对紫外红外线电磁辐射所具备的选择性吸取来构建测量和分析。在Triton X-100 不存在下,Liu 等利用自身制备的新型显色剂2-乙酞琉基-氨基偶氮苯(AMPDAA)于三乙醇胺介质中,AMPDAA与Cd(1︰1,V︰V)反应分解红色络合物,体系仅次于吸取波长λmax=529 nm,Cd 浓度在0~1.0 μg/mL范围内,合乎比尔定律,摩尔吸光系数ε=2.4×105 L/(mol·cm)。

该方法检测限为6.5 μg/L,能用来检测大米、谷物和米粉中的Cd。2.3电感耦合等离子体质谱法电感耦合等离子质谱法(Inductively coupledplasma mass spectrometry,ICP-MS)是指样品在氩气作为载气的推展下转入ICP 后,经一系列过程被离子化,构成一个带上正电荷的离子,根据自由选择有所不同质核比(m/z)来检测某些离子的强度。梁书怀等用微波消除-ICP-MS 法同时测量大米中的6 种重金属元素(Pb,Cd,As,Tl,Cr 和V),挑选115In,209Bi 和45Sc为内标元素,有效地解决了基体效应和仪器波动的影响,经大米标准物质(GBW10010)和小麦(GBW10011)标准物质检验,结果精确、可信。

Gongliang Liu 使用毛细管微提取-电感藕合等离子体质谱法检测食物中的汞,获得的低于检出限为3.3 pg/mL,较好的回收率为89.2%~101.8%。Yiwei Wu 使用溶胶-凝胶法氧化锆涂层来分离出来微量的铬,并通过毛细管的微提取和导电,用于电感藕合等离子质谱法检测铬含量,获得的低于检出限为9.9 pg/mL,回收率为89.2%~101.8%,标准偏差为14.9%。2.4原子荧光光谱法原子荧光光谱法(Atomic Fluorescence Spectrometry)是原子蒸气吸取一定波长的光辐射后,正处于激发态,受激原子随后通过唤起过程升空出有一定波长的光辐射,即原子荧光,在一定的实验条件下,无论是哪一种类型荧光的辐射强度都与分析物的原子浓度成正比,因此按荧光波长产于可不作定性分析。

张世仙等利用简陋转往辅助湿法消除大米样品,用双道原子荧光光度计测量汞含量,在最佳实验条件下,检出限为0.014 μg/mL,比较标准偏差(RSD%,n=7)为0.5%,加标回收率为83%~104%。该方法是一种较慢、高效、简单的测量大米中Hg 含量的检测方法。

2.5液相色谱法液相色谱法是利用痕量重金属离子与有机试剂再次发生格氏试剂反应后产生络合物,再行利用色谱柱分离出来成单个成分,检测器构建对轻金属元素的定性和定量分析,可以同时检测多种轻金属元素的一种方法。吴致意等测量食品中Pb,Cd 和Hg 等金属元素时,使用四-(邻氯苯恩)-卟啉(T2CPP)作为网合剂,液相色谱法测量食品中痕量轻金属元素。

该方法具备高度选择性和灵敏度,且色谱阻碍较低、分离出来度好、峰性对称性好、专一性强劲。限于于杂质较多、阻碍较小、重金属离子含量较低的样品。2.6电感耦合等离子体升空法电感耦合等离子体升空法(Inductively CoupledPlasm a-opticalem ission spectrometry,ICP-OES)利用高频感应电流产生的高温将反应气冷却、电离,利用待测元素收到的特征光谱来辨别物质的构成,而展开元素的定性与定量分析。叶润等利用微波消除-电感耦合等离子体发射光谱法测定大米中铜、锰、铁、锌、钙、镁、钾和钠8 种元素,样品经微波消除后,必要用电感耦合等离子体升空光谱仪测量8 种元素,检出限在0.9~12 μg/L 之间,线性相关系数r≥0.999 65;加标回收率在96.7%~104.3%之间,比较标准偏差<5.0%;对小麦标准物展开测量,结果令人满意。

3 重金属的较慢检测法重金属检测方法有很多,根据检测的原理有所不同,主要有原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法、原子荧光光谱法、液相色谱法等,都是较成熟期的检测技术,可以取得精确的结果和较高的灵敏度。但是由于仪器价格低、容易移动、检测时间宽等,不合适在室外较慢检测。

因此,为了适应环境实际必须和便利检测,近年来研究出有了一些检测速度快、更容易操作者的重金属较慢检测技术。如试剂比色检测法、试纸比色检测法、酶诱导较慢检测法、电化学技术较慢检测法等。

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罗凤莲等较为了AAS 法和较慢检测法(XRF)测量大米中镉元素含量,结果表明两种方法测得大米中的镉元素含量结果无显著性差异(p>0.05),单一重金属XRF 精密度要高于AAS 法,更加限于于较慢检验和精确定量,将在粮食重金属检测中充分发挥最重要起到。3.1酶诱导较慢检测法酶诱导法是指利用重金属离子对某些酶活性中心有较强的吸附性,使酶活性中心结构和性质再次发生转变,酶活力上升,产生一系列可以用肉眼或电信号加以区分的变化,如显色剂颜色、pH 等。目前,国内外研究者主要从检测重金属时所用酶的活性和酶反应的检测技术两个方面对酶诱导法展开辩论。

常用的酶是过氧化氢酶、脲酶、葡萄糖氧化酶等,其中脲酶价廉简便,被普遍用于。Shukor 用于木瓜蛋白酶检测了多种重金属,结果表明木瓜蛋白酶对多种重金属更为脆弱,其对Hg2+、Ag2+、Pb2+和Zn2+分别为0.39,0.40,2.16 和2.11 mg/L,而对Cu2+、Cd2+的低于检出限分别为0.004 mg/L和0.1 mg/L。Yunhui等用酶诱导法检测Hg2+,检出限为10 μg/L。

3.2电化学技术较慢检测法电化学分析方法是基于电化学基本原理和实验技术,根据物质涉及电化学性质来测量物质组分和含量的分析方法,通过特定传感器及涉及电极对溶液中电流、电位等涉及物理量的必要测量,经研究分析后确认参予涉及电化学反应物质的量。WatsakaSiriangkhawut等利用成像辅助消化程序对泰国大米样品展开前处置,用于铋膜电极(BiFE)的阳极溶出伏安法(ASV)检测样品。研究中找到,酸-氧化剂混合物比分开的酸取得了明显更高的Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)回收率。

该方法Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的线性范围分别为10~200 mg/L和5~200 mg/L,Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的检测缩分别为0.11 mg/L和0.06 mg/L,Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的比较标准偏差分别为3.5%和2.3%。3.3试纸比色检测法试纸比色检测技术:必要将显色剂吸附于试纸表层,通过对轻金属元素的认识,可在直观的角度观察试纸颜色变化。Yu Zhang利用固相提取(SPE)磁共振氟化硼格氏试剂二吡咯甲川(BODIPY)的荧光试纸检测大米中的镉含量,检测范围为0.5~4 μmol/L,低于检出限为0.5 μmol/L,可增加其他金属离子阻碍,检测结果灵敏。 3.4试剂比色检测法试剂比色检测法,可以有效地削减打算时间,由于显色剂、重金属两者在化学反应的基础上,构成有色分子,从而造成试剂颜色的转变,颜色更深,证明重金属浓度越高。

总之,试剂检测不仅具备设备轻盈、成本低的优势,还在长年思索和实践中包含完善化、成熟期化操作者体系。4 未来发展粮食中重金属污染是中国食品生产必需要面临和解决问题的主要问题。大米等粮食作物主要源于土地,而由于工业、制造业和人们日常生活的各种垃圾,导致重金属污染农田相当严重,因此应向源头掌控污染,以预防为主,综合预防,强化食品质量安全性监察力度,强化检测技术和方法的研究。

重金属检测中主要不存在样品前处置简单、用于仪器不方便、检测时间幸、仪器费用便宜、容易动态实地测量等问题,可利用新型功能材料及先进设备检测技术和仪器研发灵敏度低、成本低、便携、较慢的野外检测设备和仪器,构建食品中重金属的较慢检测。


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