多種金屬元素的高效消解

現代化的微波儀器已成為食品和環境分析中的常用設備，可以借助于微波消解技術對食品中復雜的含砷、汞等金屬的有機化合物進行精確和可靠的處理。本文報道了如何應用微波設備對輕金屬和重金屬進行消解，以便對這些元素進行簡便而高效的分析。

在進行環境研究或進行食品中的有害物質監測時，對于分析方法的檢測限和快速性提出了越來越高的要求。早在2006年12月，（EG）委員會就已在有關的污染物法規第1881/2006條款中對食品中的鉛、鎘、汞等重金屬含量的邊界值進行了規定，但對于砷在魚類和海鮮中的相應邊界值目前還處于討論之中。而開發一種有效的樣品分解技術，使之成為多元素同時適用的樣品前處理方法，對于一系列重金屬、輕金屬的測定具有重要的意義。

圖2.  一種魚類樣品在微波消解時的分級溫度程序。

微波樣品消解

通過分析儀器可以對痕量或微量的元素進行分析，但卻往往缺乏一種簡便易行的組合式的溶樣方法，分析方法也常遇干擾，原因之一可能是基體組分尚未完全破壞。因此，樣品的前處理，包括取樣、樣品的溶解、分離或富集，就成為分析的關鍵所在。此外，一種樣品消解方法的質量還取決于礦化作用的完全程度以及能否減少污染和溶質的損失。并且要盡量縮短樣品前處理時間，采用盡可能簡便的操作方式。而微波消解技術作為一種在密封系統中進行的濕法化學分解方法得到越來越的應用。

具1200 W功率，通過簡單的壓力或溫度控制的微波儀器，要求其消解所用的容器必須由具有微波傳導性、化學穩定性和耐壓性的材料組成。由聚四氟乙烯塑料改進而來的聚四氟甲氧基（PTFM）化合物因含甲氧基，能耐受高達300℃的高溫和最大為80 bar的大氣壓，成為理想的微波消解容器。樣品溶解溫度和壓力條件可以通過相應的傳感器于參照容器中安全地進行控制。

圖3.  含魚參考物質中測定砷時回收率對樣品稱量的依賴關系。

微波技術優化樣品前處理

上述微波消解儀是由德國Apetito公司開發的。這里對消解條件的要求主要取決于所選用的分析方法、待測樣品基質、樣品中溶質的濃度。為了能將含有90%以上有機砷和汞的化合物進行完全的礦物質化，以及適應不同樣品物質的放熱反應，均要求借助于通過認證的參考物質（源自YORK的食品分析能力評價體系（FAPAS）之實驗室能力比對驗證）進一步予以優化。

由Apetito公司開發的多級式時間斜度-溫度程序能夠使得在上述臨界條件下對輕金屬和重金屬如鈉、鉀、鉛、鎘、汞、砷等進行同時溶解。在此，食品以及經過認證的參考物質的樣品前處理和勻質化步驟可以依照德國食品級法安全法規（LFGB）的方法§64，卷I，L 00.00-19/E來進行，按表1所示采用硝酸實施微波消解。

圖4.  含魚參考物質中測定汞時回收率對不同消解程序的依賴關系。

樣品的稱量根據待分析食品的不同介于0.2~1.5g鮮重之間。對于含脂肪甚高或干燥的食品如魚類、肉類、谷類而言，少許稱量已經足夠，而對于像水果和蔬菜之類含水量很高的食品則須加大稱量。原因之一在于含高脂和干燥的食品表現出強烈的發熱反應（圖2），另一原因則是由于海鮮類樣品中砷和汞的有機化合物的完全礦物質化只能在較少稱量如0.2~0.5g時才容易實現。圖3顯示了以砷為例，對一種含魚的認證參考物質測定得到的回收率與樣品稱量的依賴關系一覽表。

此外，通過對微波消解的時間斜度-溫度程序進行優化，可以獲得具有代表性的消解溫度和保溫時間，并且所有待測元素都能夠以令人滿意的回收率和可靠的重現性同時得到溶解。

圖5.  測定食品中輕金屬和重金屬元素時的方法進程。

這樣就獲得了進行微波消解時溫度與保溫時間的正確組合，這是除了稱量之外的另一不可或缺的重要因素，從而保證了精確和可靠的樣品前處理。為展示這一方法的精確性和重現性，對于前述所有元素均運用了經認證的參考物質，它們的回收率均遠大于90%（見表2）。圖4顯示的是以汞為例，對一種含魚的認證參考物質采用不同的溶解程序所得到的回收率和相應的誤差極限。

然后根據德國食品級法安全法規方法§64采用原子吸收法（AAS）進行了單個元素的測定。對于輕金屬鈉和鉀采用火焰原子吸收法測量，而對于元素鉛、鎘和總砷則采用石墨爐原子吸收分析，汞則采用氫化物技術測定。圖5為方法流程示意圖。

結語

一段時間以來，微波壓力溶解法已經作為一種實用的和可靠的樣品前處理方法應用于例行分析之中。憑借這種方法現已能夠將食品中的輕金屬和重金屬元素如鈉、鉀、鉛、鎘、汞、砷同時而有效地帶入溶液中。這是在一系列樣品分解方法之外的又一種精確的消解技術，新近還能將復雜的有機結合的砷和汞化合物于短時間內和合理的溫度進行消解。