水产品中重金属元素的快速检测方法与流程

本发明涉及水产品中重金属元素的快速检测方法，属于食品安全检测技术领域。

背景技术：

近年来，受工业废水及城市生活污水的影响，海洋水体中的重金属污染越来越严重。这些重金属累积于鱼类、甲壳类和贝类等海洋生物体内，并不能通过浸泡、清洗等方式去除重金属。在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后进入人体，随着蓄积量的增加，机体便出现各种反应，导致健康危害，有些重金属还有致畸、致癌或致突变作用。因此，检测水产品中重金属含量是目前食品安全学科研究的重点内容。

水产品中重金属元素分析通常采用干法灰化法或湿法消化法破坏有机质，分离出待测元素。其中干法灰化具有空白值低、操作简便、灵敏度高等优点，但该方法存在费时、耗电量大、回收率低、测定结果偏低等缺陷；湿法消化具有有机物分解速度快、回收率高等优点，但是该方法试剂用量大、空白值高、反应产生大量有害气体污染环境。采用如上两种方法，完成水产品中重金属元素的检测，包括样品前处理和重金属检测，至少需要耗时3天。因此，针对水产品中传统样品前处理方法的缺陷，迫切需要发展简单、快速、廉价、绿色环保的样品前处理技术。

基质固相分散萃取（mspd）是由barker等在1989年首次提出并给予理论解释的一种快速样品前处理技术，适用于固体、半固体和粘稠样品的萃取。其原理是将样品与吸附剂一起混匀、研磨，得到半干状态混合物作为填料装柱，然后用适当的溶剂将目标化合物洗脱下来。mspd浓缩了传统的样品前处理中所需的样品匀化、灰化、消化、提取、净化等过程，无需进行离心、沉淀，避免样品多次转移等操作步骤，节约时间和溶剂用量，减少样品损失，并可进行大批量自动化分析。在mspd技术应用于重金属元素检测方面，moreda-piñeiro等首次将mspd技术应用于海产品中重金属元素的分析，以c18作为吸附剂对as(iii)、as(v)、甲基胂酸和二甲基胂酸等有机砷进行了萃取，rsds<9.0%（anal.chem.2008,80,9272-9278）。duarte等选择硅胶为mspd的吸附剂选择性萃取鱼中的ch3hg⁺和hg²⁺，最低检测限为0.06～0.12μg.g^-1（anal.chem.2013,85,5015-5022）。

目前，针对重金属元素的检测，mspd存在可供选择的吸附剂种类较少、选择性较差、吸附剂用量较大的缺点。本发明根据聚乙烯亚胺与重金属元素的螯合性能，将聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土作为mspd的吸附剂，对水产品中的重金属元素进行样品前处理，建立了水产品中重金属元素的快速检测方法，完成样品前处理和重金属元素的检测可以在1天之内完成。因此，本发明建立的水产品中重金属元素检测的方法简单、快速、廉价、绿色环保，并且吸附容量大，吸附剂用量少。

技术实现要素：

本发明的目的是克服传统的水产品中重金属元素检测方法中存在样品前处理耗时长和步骤繁琐的缺陷，提供一种简单、快速、廉价和绿色环保的水产品中重金属元素检测方法，具体是以聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土作为基质固相分散萃取的吸附剂，与原子吸收光谱法联用检测水产品中重金属元素含量的方法。

本发明采用以下技术方案实现上述目的：

水产品中重金属元素的快速检测方法，其特征包括以下步骤：取水产品的粉末和聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土，以质量比1：1～10：1混合，加入研钵中碾磨，使水产品粉末和聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土混合均匀；将上述混合物填充到装有下筛板的6～25ml空的固相萃取柱中，再装上上筛板，上下两个筛板的孔径均为20μm，用装填工具将混合物压实，先用6～10ml水润洗固相萃取柱，再用8～15ml50%硝酸-水溶液（v/v）洗脱；洗脱液用纯水定容至25~50ml，用原子吸收光谱法检测。

所述的水产品的粉末，鱼、虾水产品，去除硬组织后，剩余的软组织部分先用打样机打碎成肉糜，用100～110°c烘箱干燥2～3h后，用研钵碾磨后，再用100～110°c烘箱干燥2～3h后成粉末，待用。

所述的聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土，采用经过盐酸酸化之后的凹凸棒土，在干燥的甲苯中与3-氨丙基三乙氧基硅烷，以质量和体积比1：1的反应10h后，用甲醇洗2~3次后，80°c下真空干燥6h，得到3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰的凹凸棒土；取2.0g3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰的凹凸棒土，加入40ml10%浓度的戊二醛，90°c恒温水浴0.5h，冷却后，用ph8.0的磷酸缓冲溶液洗2～3次，再加入分子量为1800的聚乙烯亚胺1.5g，90°c恒温水浴反应0.5h，冷却后，用甲醇洗4～5次，再放入真空干燥箱中，85°c真空干燥7h。

所述的水产品中重金属元素的快速检测方法用于虾肉中镉的检测方法，将虾肉在打样机打碎成肉糜后加入镉的标准溶液，使镉加标浓度分别为24、355和950μg/kg，经二次烘干处理成干燥粉末，与聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土以质量比1.6：1混合，碾磨均匀之后，装入6ml空的固相萃取柱中，用6ml纯水润洗之后，再用8ml50%硝酸-水溶液（v/v）洗脱，洗脱液用纯水定容至25ml后，用原子吸收光谱法检测。

所述的水产品中重金属元素的快速检测方法用于虾肉中铅的检测方法，将虾肉在打样机打碎成肉糜之后加入铅的标准溶液，使加标浓度为270μg/kg，经二次烘干处理成干燥粉末，与聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土以质量比2：1混合，碾磨均匀之后，装入10ml空的固相萃取柱中，用6ml纯水润洗之后，再用9ml50%硝酸-水溶液（v/v）洗脱，洗脱液用纯水定容至50ml后，用原子吸收光谱法检测。

所述的水产品中重金属元素的快速检测方法用于鱿鱼中镉的检测方法，取鱿鱼的软组织用打样机打成肉糜，经二次烘干处理成干燥粉末，与聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土以质量比1.6：1混合，碾磨均匀之后，装入6ml空的固相萃取柱中，用6ml纯水润洗之后，再用8ml50%硝酸-水溶液（v/v）洗脱，洗脱液用纯水定容至25ml后，用原子吸收光谱法检测。

本发明的优点和积极效果是：

1、首次将聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土作为基质固相分散萃取的吸附剂，具有独创性，在国内外的期刊专刊中，均未报道聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土作为基质固相分散萃取的吸附剂的案例，并且该方案应用到水产品中重金属元素的样品前处理中，属于首例。

2、本发明采用的吸附剂具有与重金属螯合的性能，与目前报道的应用于基质固相分散萃取重金属的吸附剂相比，该吸附剂的吸附容量大，具体表现为样品与吸附剂的质量之比较大，即处理相同质量的样品，吸附剂的消耗量比现有报道的吸附剂的消耗量少。

3、本发明创立的水产品中重金属元素的快速检测方法，与传统重金属元素的样品前处理方法相比，大大缩短了样品前处理的时间，该方法具有简单、快速、廉价和绿色环保的特点，且具有回收率高、重现性好和检出限低的优点。

附图说明

图1为改性凹凸棒土的红外光谱图。（a）3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰的凹凸棒土；（b）聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土。

图2为硝酸浓度对回收率的影响。

图3为样品与填料的质量比对回收率的影响。

图4为洗脱体积对回收率的影响。

具体实施方式

本发明采用不同的硝酸浓度，均为硝酸-水溶液（v/v）；采用的样品为新鲜鱼、虾水产品；聚乙烯亚胺溶于ph8.0的磷酸缓冲溶液，浓度为0.3g/ml。

下面结合实施例，对本发明进一步说明。

水产品中重金属元素的快速检测方法，包括以下步骤。

（1）水产品样品的制备

取新鲜鱼、虾水产品，去除硬组织后，剩余的软组织部分先用打样机打碎成肉糜，用100～110°c烘箱干燥2～3h后，用研钵碾磨后，再用100～110°c烘箱干燥2～3h后成粉末，待用。

（2）聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土的制备

经过盐酸酸化之后的凹凸棒土，在干燥的甲苯中与3-氨丙基三乙氧基硅烷，以质量（g）和体积（ml）比1：1的反应10h后，用甲醇洗并80°c下真空干燥6h，得到3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰的凹凸棒土；取2.0g3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰的凹凸棒土，加入40ml10%浓度的戊二醛，90°c恒温水浴0.5h，冷却后，用ph8.0的磷酸缓冲溶液洗2～3次，再加入分子量为1800的聚乙烯亚胺1.5g，90°c恒温水浴反应0.5h，冷却后，用甲醇洗4～5次，再放入真空干燥箱中，85°c真空干燥7h。

（3）基质固相分散萃取步骤

实施例1：

取鱼肉样品，用打样机打碎成肉糜之后，加入镉的标准溶液，使镉加标浓度为355μg/kg，按照步骤（1）经二次烘干处理成为粉末和按照步骤（2）制备的聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土，以质量比1.6：1混合，加入研钵中碾磨，使鱼糜粉末和聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土混合均匀，将上述混合物填充到装有下筛板的6ml空的固相萃取柱中，再装上上筛板，上下两个筛板的孔径均为20μm，用装填工具将混合物压实；先用6ml水润洗固相萃取柱，再用8ml5%～50%硝酸-水溶液（v/v）洗脱，洗脱液用纯水定容至25ml，用原子吸收光谱法检测。

实施例2：

取鱼肉样品，用打样机打碎肉糜后，加入镉的标准溶液，使镉加标浓度为950μg/kg，按照步骤（1）经二次烘干处理成为粉末和按照步骤（2）制备的聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土，以质量比1.4：1～20：1混合（其中一组样品不加入聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土作为对照），加入研钵中碾磨，使鱼肉糜粉末和聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土混合均匀，将上述混合物填充到装有下筛板的6ml空的固相萃取柱中，再装上上筛板，上下两个筛板的孔径均为20μm，用装填工具将混合物压实；先用6ml水润洗固相萃取柱，再用8ml50%硝酸-水溶液（v/v）洗脱，洗脱液用纯水定容至25ml，用原子吸收光谱法检测。

实施例3：

取鱼肉样品，用打样机打碎肉糜后，加入镉的标准溶液，使镉加标浓度为480μg/kg，按照步骤（1）二次烘干处理成为粉末和按照步骤（2）制备的聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土，以质量比1.6：1混合，加入研钵中碾磨，使鱼肉糜粉末和聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土混合均匀，将上述混合物填充到装有下筛板的6ml空的固相萃取柱中，再装上上筛板，上下两个筛板的孔径均为20μm，用装填工具将混合物压实；先用6ml水润洗固相萃取柱，再分别用2、4、6、8和10ml50%硝酸-水溶液（v/v）洗脱，洗脱液用纯水定容至25ml，用原子吸收光谱法检测。

图1分别为3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰的凹凸棒土（a）和聚乙烯亚胺修饰凹凸棒土（b）的红外光谱图。图1b中，1360cm^-1为叔胺c-n的伸缩振动峰，而3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰的凹凸棒土只有伯胺基，在该区间未有吸收峰，说明聚乙烯亚胺被成功地修饰到凹凸棒土上。在2937cm^-1（ch2的不对称伸缩振动）和2837cm^-1（ch2的对称伸缩振动）处，图1a和图1b都有吸收，说明，无机材质的凹凸棒土上成功修饰上了有机碳链，而且图1b比图1a在此处的吸收强，说明，有机碳链较多的聚乙烯亚胺被成功修饰到凹土表面。此外，分别对酸化凹凸棒土、3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰的凹凸棒土和聚乙烯亚胺修饰凹凸棒土对镉的吸附容量进行了考察，结果分别为570±62、804±104和1322±280μg/kg（n=3），从如上结果中可以看出，聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土对镉的吸附容量最大，适合于镉的样品前处理。

图2为实施例1中不同硝酸浓度对回收率的影响。当硝酸的浓度小于40%时，镉完全保留在吸附剂上，未被洗脱。当硝酸的浓度为50%时，镉被洗脱下来，回收率达到103.1%。因此，50%硝酸-水溶液（v/v）为最佳的洗脱浓度。

图3为实施例2中不同样品与填料比对回收率的影响。从图中可以看出，当不加入聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土时，回收率仅为24%。当加入聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土的比例增加时，回收率迅速增加，当样品与填料的质量比为10：1～1.4：1时，回收率达到90%以上。为了保证较高的回收率和较少的填料用量，最佳的样品与填料的质量比为1.6：1。

图4为实施例3中不同洗脱体积对回收率的影响。随着洗脱体积的增加，镉的回收率也随之增加，当洗脱体积大于6ml时，回收率达到最大值并保持不变。为了得到最低的检测限，选用较小的洗脱体积，即6ml作为最佳洗脱体积。

具体应用实施例：

实施例4：

在实施例1、2和3选择最佳的萃取条件的基础之上，为了验证本发明建立的水产品中重金属元素的快速检测方法的效果，对鱼肉样品添加了低、中、高三种镉标准溶液浓度，进行回收率试验，步骤如下：

取虾肉样品，用打样机打碎成肉糜后，加入镉的标准溶液，使镉加标浓度分别为24、355和950μg/kg，按照步骤（1）经二次烘干处理成为粉末和按照步骤（2）制备的聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土，以质量比1.6：1混合，加入研钵中碾磨，使鱼糜粉末和聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土混合均匀，将上述混合物填充到装有下筛板的6ml空的固相萃取柱中，再装上上筛板，上下两个筛板的孔径均为20μm，用装填工具将混合物压实；先用6ml水润洗固相萃取柱，再分别用8ml50%硝酸-水溶液（v/v）洗脱，洗脱液用纯水定容至25ml，用原子吸收光谱法检测。结果如表1所示：

表1.

从表1可见，建立的方法具有较高的回收率和较好的重现性，完全适合于水产品中镉的日常检测。

实施例5：

实施例4选取的虾肉糜样品是阴性样品，虾肉糜自身不含有重金属镉，通过添加镉的标准溶液来建立水产品中镉的检测方法。为了进一步验证建立的水产品中重金属元素的快速检测方法的效果，选取鱿鱼阳性样品（自身含有镉），对镉的含量进行了测定，步骤如下：

取鱿鱼的软组织部分，按步骤（1）打碎成肉糜，经二次烘干处理成干燥粉末与按照步骤（2）制备的聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土以质量比1.6：1混合，碾磨均匀之后，将上述混合物填充到装有下筛板的6ml空的固相萃取柱中，再装上上筛板，上下两个筛板的孔径均为20μm，用装填工具将混合物压实；先用6ml纯水润洗之后，再用8ml50%硝酸-水溶液（v/v）洗脱，洗脱液用纯水定容至25ml后，用原子吸收光谱法检测。

结果表明，采用本发明的方法检测到鱿鱼中镉的加标浓度为350±5μg/kg(n=3)。为了验证结果的准确性，与国家标准gb5009.15-2014所示的检测镉的方法作对比，得到镉的含量为348±26μg/kg(n=3)。可见本发明所建立的水产品中重金属元素的快速检测方法准确性与国家标准所示的方法相当，但是重现性更加好。

实施例6：

实施例1、2、3、4和5都是基于水产品中镉含量的检测，为了进一步验证本发明所建立的水产品中重金属元素的快速检测方法对其他重金属元素的检测效果，对重金属铅进行了测定，步骤如下：

取鱼肉样品，在打样机打碎成肉糜后加入铅的标准溶液，使铅加标浓度为270μg/kg，随后，根据步骤（1）二次烘干处理成干燥粉末与按照步骤（2）制备的聚乙烯亚胺修饰的凹凸棒土以质量比2：1混合，碾磨均匀之后，将上述混合物填充到装有下筛板的10ml空的固相萃取柱中，再装上上筛板，上下两个筛板的孔径均为20μm，用装填工具将混合物压实；先用6ml纯水润洗之后，再用9ml50%硝酸-水溶液（v/v）洗脱，洗脱液用纯水定容至50ml后，用原子吸收光谱法检测。

结果表明，鱼肉中铅的回收率为103.3%，rsd为3.01%（n=3）。可见本发明所建立的水产品中重金属元素的快速检测方法也适用于铅的检测。