一种水产品中重金属元素含量现场检测方法与流程

本发明涉及一种重金属含量检测方法，属于重金属检测技术领域。

背景技术：

水产品营养价值丰富且味道鲜美，深受消费者喜爱。然而随着社会工业化的快速发展，水域环境中重金属元素的污染情况日渐加重，水产品中重金属元素的含量受到社会各界的广泛关注，成为限制水产品食用安全的重要原因之一。重金属是典型的难降解、累积性污染物，可通过食物链传递并在生态系统中积累，在某些条件下还可转变为毒性更大的金属有机化合物，水产品中重金属元素检测工作是保障食品安全的重要环节。

目前水产品中重金属元素含量检测方法，主要有样品前处理和样品检测两个步骤，其中样品前处理方法主要有微波消解、湿法消解等、溶剂提取、直接进样等，样品检测方法有电感耦合等离子体原子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法、原子吸收光谱法、酶联免疫法、电化学分析法等。目前已有一些样品快速前处理技术和样品快速检测技术的报道，然而现有的这些快速分析技术在水产品领域尚未有很好的结合，水产品快速前处理技术仍需要耗时的常规检测方法进行检测，水产品快速检测技术也需要耗时的常规前处理技术进行样品处理，现有水产品检测方案均需在一定规模的化学分析实验室中完成。这些检测方案无法适应环境及市场产品的现场抽查、生产企业自查及水产品进出口快速通关的要求。

传统的检测方法主要通过高浓度酸(大于10mol/l)对食品样品进行微波消解或湿法消解处理，并通过调节ph得到待测溶液，解决食品基体的基体效应问题。这种方法前处理时间长，对环境有一定污染，且需要在有通风设备的试验室内完成。

中国专利cn102246914a公开了“利用稀酸浸提蛋白质类食品中重金属的方法与应用”，该专利中所有酸浓度为(1～4)mol/l，浸提液需要进行超滤浓缩，离心液需要调节ph。

中国专利cn111638260a公开了“一种用于水产干制食品中重金属的检测方法”,该专利中所用前处理方式为微波消解法，无法应用于现场检测，且电极处理复杂。

中国专利cn106932255b公开了“水产品中重金属元素快速检测方法”,该专利中样品前处理时间为4～6小时。

中国专利cn108318571a公开了“一种水产品中重金属含量检测方法”，该专利样品前处理需混合搅拌30～90min，检测所需试剂需调节ph。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种水产品中重金属元素含量现场检测方法，该方法能够即时、准确、高效的在检查现场得到水产品中重金属元素含量检测数据。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种水产品中重金属元素含量现场检测方法，包括以下步骤：

步骤1，将待检测水产品洗净，取待检测水产品的食用部分研磨粉碎，得到粉碎后待检测水产品。

步骤2，称取一定量的粉碎后待检测水产品，加入稀酸浸提，得到浸提液一。将浸提液一离心，取上层清液一。在取出的上层清液一中加入电解液，得到水产品待测液。

步骤3，取水产品冻干粉空白样加入稀酸浸提，得到浸提液二。将浸提液二离心，取上层清液二。在取出的上层清液二中加入电解液，得到空白样待测液。

取水产品冻干粉标准样加入稀酸浸提，得到浸提液三。将浸提液三离心，取上层清液三。在取出的上层清液三中加入电解液，得到标准样待测液。

步骤4，采用三电极系统的电化学工作站，三电极系统包括工作电极、参比电极以及对电极。首先对工作电极打磨抛光、清洗，对清洗后的工作电极进行镀汞膜修饰，镀汞膜修饰完成后用纯水清洗工作电极表面待用。将参比电极加入到饱和氯化钾溶液中待用。

步骤5，预设电化学分析条件：电化学工作站采用阳极溶出伏安法，预先设置在一个检测周期内的电化学工作站参数，电化学工作站参数包括搅拌电压、搅拌时间、富集电压、富集时间、保持电压、保持时间、采用线性扫描模式、扫描起始电压、扫描结束电压、扫描速率、清洗电压、清洗时间。

步骤7，采用预设的电化学分析条件进行检测，先对空白样待测液进行检测，记录空白背景基线，再对标准样待测液进行检测，记录-600mv处镉cd扣除空白背景基线后的电信号强度，作为水产品冻干粉标准样中重金属镉的电信号强度is。

步骤8，采用预设的电化学分析条件对水产品待测液进行检测，记录-600mv处镉cd扣除空白背景基线后的电信号强度，作为水产品待测样品中重金属镉的电信号强度ix，则水产品待测样品中重金属镉的含量为：

其中，cx表示待测水产品中重金属镉含量，cs表示水产品冻干粉标准样中重金属镉含量，is表示水产品冻干粉标准样中重金属镉的电信号强度，ix表示水产品待测样品中重金属镉的电信号强度。

稀酸提取方法作为一种快速前处理方法，检测时基体效应严重，当酸浓度过高，需要进行ph调节处理，步骤繁琐耗时，当酸浓度过低，提取效率低无法实施检测，本发明采用稀酸的浓度为0.3～0.6mol/l、采用hac-naac溶液或双乙酸钠溶液作为电解液、采用水产品冻干粉空白样、水产品冻干粉标准样对电化学工作站进行校准，这三者的相互作用消除了稀酸提取法的基体效应，检测结果更准确，使得稀酸提取法在电化学检测成为可能，进而建立了快速前处理-快速检测方法，整体分析时间小于60min，远低于现阶段24h～48h的检测时间。

使用0.4mol/l稀盐酸作为浸提液，反应温和，浸提过程无需通风装置，适合在现场检测条件下完成；基体效应对检测结果产生偏离，本发明通过hac-naac溶液或双乙酸钠溶液、水产品标准物质校正仪器，消除0.4mol/l盐酸带来的基体效应。

优选的：所述电解液为双乙酸钠溶液时，所述双乙酸钠溶液浓度为10～15％。

使用10％双乙酸钠水溶液作为电解液，与传统阳极溶出伏安法分析中使用的nh3-nh4cl缓冲体系电解液，hac-naac缓冲体系电解液相比，双乙酸钠水溶液配制过程无需精细调节缓冲体系比例，即能提供稳定的缓冲溶液环境，配制简便，配制过程不涉及挥发性物质，可在无通风装置的现场条件下配制。且该方法样品前处理所得到浸提液为金属离子-蛋白质-氯离子络合物复杂体系，在加入10％双乙酸钠水溶液后更加稳定，检测完成后电极清洗更快速简单。优化的10％双乙酸钠，显著提升待测基体稳定性。双乙酸钠浓度过低，基体不稳定，重复性差，双乙酸钠浓度太高，检测信号值低。

优选的：所述富集电压为-1350～-1250mv，富集时间为100～120s。

优选的：所述搅拌电压0mv，搅拌时间4～6s，保持电压-950～-850mv，保持时间11～13s。采用线性扫描模式，扫描起始电压-950～-850mv，扫描结束电压-450～-350mv，扫描速率450～550mv，清洗电压38～42mv，清洗时间4～6s。

优选的：所述工作电极为玻碳电极，参比电极为银/氯化银电极，对电极为铂电极。

本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

1.本发明采用水产品冻干粉空白样、水产品冻干粉标准样对电化学工作站进行校准，然后使用校准后的电化学工作站分析待检测水产品，得到待测样品中重金属元素的检测结果，因此其检测结构准确，检测速度快。

2.使用本方法快速检测重金属元素镉，线性范围＞0.995，能够满足gb2762《食品安全国家标准食品中污染物限量》对水产品中重金属镉元素的限量检测要求。使用本方法和微波消解-icpms法对多批次小龙虾中镉元素进行检测，检测一致性好。

3.样品处理和检测过程中未使用到玻璃器具，避免潜在金属离子污染。

4.本发明所用酸试剂浓度更低，消耗量更小，过滤成本低，且离心液不需要调节ph，操作简便。

5.本发明电极处理方式简单，可在检测现场完成电极修饰工作，电极打磨修饰准备时间＜15min。

6.本发明样品前处理时间小于15min，检测体系稳定，无需调节ph，操作简便。

7.本发明所述水产品前处理和重金属镉的检测过程可在60min内完成，在120min内可完成30个以上样品检测工作，所用设备试剂便携，适合在检测现场即时得到水产品重金属元素污染数据。

8.本发明优选称样量为0.3g，称样量在(0.1～0.5)g时，均能得到满意检测结果。称样量明显优于传统方法所需的1.0g，在样品量不足时较传统方法更易实施。

附图说明

图1为不同盐酸浓度条件下稳定性测试结果。

图2为反应时间与浸提效果关系。

图3为底液浓度对峰电流影响。

图4为富集电位对峰电流的影响。

图5为富集时间与峰电流的关系。

图6为称样量与峰电流的关系。

图7为峰电流与镉元素含量关系。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1

一种水产品中重金属元素含量现场检测方法，所使用设备包括样品前处理设备、样品分析设备、若干试剂和试验分析耗材。

样品前处理设备包括：小型研磨机(研磨杯规格200ml～1000ml)，小型离心机，电子天平，可调移液器。样品分析设备为：便携式电化学工作站(三电极系统：玻碳电极、银/氯化银电极、铂电极)。市购；小龙虾基体标准物质(水产品冻干粉标准样，镉元素含量：0.003～0.960mg/kg)均浆冻干制备，电感耦合定离子体质谱法(icp-ms)定值。氯化汞，十水合四硼酸钠，双乙酸钠，盐酸，阿拉丁试剂公司；所用试剂纯为优级纯，实验室用水均为二次超纯水。

具体包括以下步骤：

步骤1，将待检测水产品(小龙虾)洗净，取可食部分，放入研磨机中充分研磨，电极转速20000转/分，研磨时间1～3分钟，得到的粉碎后待检测水产品放入聚丙烯杯中待用。

步骤2，称取0.3g的粉碎后待检测水产品放入于离心管中，加入10ml浓度0.4mol/l盐酸，震荡溶解，反应20min，得到浸提液一。8000rpm离心浸提液一10min，用移液器取上层清液一7ml至聚丙烯杯一中。在聚丙烯杯一中的上层清液一中加入10ml含量10％的双乙酸钠水溶液，静置待测，得到水产品待测液。

步骤3，取0.3g水产品冻干粉空白样放入于离心管中，加入10ml浓度0.4mol/l盐酸，震荡溶解，反应20min，得到浸提液二。8000rpm离心浸提液二离心10min，用移液器取上层清液二7ml至聚丙烯杯二中。在聚丙烯杯二中的上层清液二中加入电解液10ml10％双乙酸钠水溶液，静置待测，得到空白样待测液。

取0.3g水产品冻干粉标准样放入于离心管中，加入10ml浓度0.4mol/l盐酸，震荡溶解，反应20min，得到浸提液三。8000rpm离心浸提液三离心10min，用移液器取上层清液三7ml至聚丙烯杯三中。在聚丙烯杯三中的上层清液三中加入电解液10ml10％双乙酸钠水溶液，静置待测，得到标准样待测液。

步骤4，采用三电极系统的电化学工作站，三电极系统包括工作电极、参比电极以及对电极。工作电极为玻碳电极，先后使用1200目金相砂纸打磨、三氧化二铝浆-麋皮抛光，清洗后待用；在搅拌条件下使用1×10^-4mol/l氯化汞-3.5％十水四硼酸钠水溶液对工作电极进行镀汞膜修饰，富集电压为-1400mv，富集时间为300s，完成后用纯水清洗电极表面待用。

参比电极为银/氯化银电极，加入饱和氯化钾溶液待用；对电极为铂电极。

步骤5，预设电化学分析条件：电化学工作站采用阳极溶出伏安法，预先设置在一个检测周期内的电化学工作站参数，电化学工作站参数包括搅拌电压0mv，搅拌时间5s，富集电压-1300mv，富集时间110s，保持电压-900mv，保持时间12s；采用线性扫描模式，扫描起始电压-900mv，扫描结束电压-400mv，扫描速率500mv，清洗电压40mv，清洗时间5s。

步骤7，采用预设的电化学分析条件进行检测，先对空白样待测液进行检测，记录空白背景基线，再对标准样待测液进行检测，记录-600mv处镉cd扣除空白背景基线后的电信号强度，作为水产品冻干粉标准样中重金属镉的电信号强度is。

步骤8，采用预设的电化学分析条件对水产品待测液进行检测，记录-600mv处镉cd扣除空白背景基线后的电信号强度，作为水产品待测样品中重金属镉的电信号强度ix，则水产品待测样品中重金属镉的含量为：

其中，cx表示待测水产品中重金属镉含量，cs表示水产品冻干粉标准样中重金属镉含量，is表示水产品冻干粉标准样中重金属镉的电信号强度，ix表示水产品待测样品中重金属镉的电信号强度。

实施例2

本实施例与实施例1的区别之处在于：采用10ml浓度0.2mol/l盐酸进行震荡溶解，所述双乙酸钠溶液浓度为15％，富集电压为-1350mv，富集时间为100s，搅拌时间6s，保持电压-950mv，保持时间13s扫描起始电压-950v，扫描结束电压-450mv，扫描速率450mv，清洗电压38mv，清洗时间4s。

实施例3

本实施例与实施例1的区别之处在于：采用10ml浓度0.6mol/l盐酸进行震荡溶解，所述双乙酸钠溶液浓度为5％，富集电压为-1250mv，富集时间为120s，搅拌时间4s，保持电压-850mv，保持时间11s；扫描起始电压-850mv，扫描结束电压-350mv，扫描速率550mv，清洗电压42mv，清洗时间6s。

传统的湿法消解手段需要使用浓酸，消解完成后需要调节ph才能检测，为适应现场检测快速高效的需求，研究浸提液不调节ph直接检测的稳定性。配制(0.2～1.0)mol/l盐酸溶液，对小龙虾基体标准物质进行浸提处理，并用阳极溶出伏安法进行分析。如图1所示，结果表明，由于基体效应的作用，体系盐酸浓度越高，镉元素的溶出峰电流强度越强，但是当盐酸浓度过高，工作电极上的汞膜不稳定，镉元素的溶出峰电流重复性变差。试验结果表明盐酸浓度为0.4mol/l时，镉元素的溶出峰电流强度和测量重复性均能满足现场检测的需求。固定盐酸浓度，考察浸提反应时间对浸提效果的影响，如图2所示，结果表明当反应时间为20min时，能达到最佳浸提效果。因此确定浸提条件为盐酸浓度0.4mol/l，反应时间20min。

以nh3-nh4cl、kcl、hac-naac、双乙酸钠为底液进行试验，结果发现以hac-naac或双乙酸钠缓冲溶液(ph4.5)作为底液，所得到的阳极溶出伏安曲线极限平稳且镉元素溶出峰峰形较好，峰电流强度重复性较好。与hac-naac配制时需要反复调节ph，操作繁琐不同，双乙酸钠溶液制备简单，不需要调节ph，非常适合现场检测工作的开展，因此选择双乙酸钠溶液底液。

稀酸浸提得到的电化学待测液为金属离子-蛋白质-氯离子复杂体系，为获得更稳定电化学信号，对底液浓度进行研究。如图3所示，结果表明，双乙酸钠浓度低时，溶液缓冲能力不足，测量重复性较差，浓度过高，镉元素溶出峰电流强度变低。因此确定双乙酸钠浓度为10％。

由图4可知，富集电位在-1500mv～-700mv之间改变时，电位越负峰电流越强，当电位超过-1400mv时，会影响对电极工作状态，且电极表面产生析氢效应，峰电流不稳定。由图5可知，富集时间(t)与峰电流(i)有较好的线性关系：

i＝k1t

其中，i表示峰电流，t表示富集时间，k1表示峰电流富集时间系数，k1取0.012。

富集时间与汞膜厚度的关系如下：

d＝ae^bt+c-d

其中，d表示汞膜厚度，a、b、c、d表示相关系数。富集时间越长，汞膜厚度d也增加，但长时间富集会导致汞膜发生渗透和脱落作用，即t＞300s时，汞膜发生渗透和脱落作用，实验重复变差。当富集时间超过100s时，峰电流信号强度能够满足现场检测的需求。因此试验选择-1300mv作为富集电位，110s作为富集时间。

则在富集时间小于等于300s时，电流与汞膜厚度的关系为：

t≤300s

其中，d表示汞膜厚度，a、b、c、d表示相关系数，t表示富集时间，k1表示峰电流富集时间系数。

溶出过程先保持电压-900mv，保持时间12s；采用线性扫描模式，扫描起始电压-900mv，扫描结束电压-400mv，扫描速率500mv，清洗电压40mv，清洗时间5s。配制50μg/l锌、铅、铜混合溶液，在该溶出条件下进行测定，结果表明，仪器在-900mv～-400mv的积分区间内没峰电流响应，说明该溶出条件对镉元素选择性较好。

如图6所示，使用不同称样量对小龙虾基体标准物质(425mg/kg)在优化条件下进行检测，结果表明在0.1g～0.5g的取样量条件下，峰电流与取样量有良好的线性关系(γ＝0.9976)。

使用不同浓度的小龙虾基体标准物质，在优化条件下，研究称样量为0.3g条件下，镉元素峰电流和镉元素质量的关系，如图7所示，平行测定10次小龙虾空白样品，得到小龙虾中镉元素线性方程、检测限等参数，结果见表1。

表1镉的线性方程，相关系数，线性范围和检测线

使用实施例1优化后的前处理方法和分析方法进行检测，检测结果与电感耦合等离子体质谱法进行比较，利用t检验法进行显著性检验，发现本方法测定结果与icp-ms法测定结果无显著性差异(p＞0.05)

表2小龙虾样品两种方法测定结果比较

使用本分析方法对大米粉(gbw10010中国地球物理地球化学勘察研究所)、贻贝冻干粉(srm2976,美国nist)、龙虾胰腺(海产品)(lus-1,加拿大nrcc)进行分析，数据见表3，检测结果发现当基体相近，镉的质量浓度相近时，能得到较为接近的结果，表明基体效应在阳极溶出伏安法检测结果有一定影响。

表3不同基体测量结果

以小龙虾基体标准物质建立标准曲线，在0.005～1.0mg/kg区间，小龙虾中镉元素含量与峰电流强度有良好的线性关系，线性范围覆盖gb2762食品污染物限量中关于镉的污染限值，方法操作简便，可以时间在1小时内完成小龙虾样品的检测工作。方法所用样品前处理仪器、分析仪器均为常规分析设备，体积小、功耗低，所用试剂无强腐蚀性或挥发性，能够适应现场检测环境条件，具有潜在的应用价值。

使用双乙酸钠作为底液用于阳极溶出伏安法分析，与传统的醋酸-醋酸钠体系相比，缓冲效果相近，且双乙酸钠作为常用食品添加剂，价格便宜，配制简单，不需要进行调节ph值的繁琐工作，扩展了电化学分析在现场快速检测中的应用范围。

阳极溶出伏安法对不同食品基体标准物质检测结果证明，基体效应对电化学检测等快速检测方法检测结果偏移的重要原因，通过小龙虾基体标准物质进行仪器校准，消除了基体效应的关键影响，进而得到小龙虾中镉元素满意的检测结果，基体标准物质在快速前处理-快速检测新方法开发过程中起到至关重要的作用。

本发明所用样品前处理设备和分析设备体积小、功耗低、操作简便，所用试剂简单，无强腐蚀性或挥发性、检测成本低，检测污染小。检测系统可搭载于食品快速检测车，实现在检查现场即时、准确得到水产品中重金属元素污染数据的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。