食品检验中微波消解技术的应用分析

食品检验中微波消解技术的应用分析

李丹

云浮市食品药品检验所

样品前处理是食品检验中非常重要的环节，不仅对整个检验流程的用时和操作繁简程度有影响，而且对检验结果的准确性也有直接关系。食品样品的前处理方法有湿法消解、干灰化法、微波消解等。湿法消解用酸多，酸雾污染环境，耗时长，而且消解也不一定完全。干灰化法易造成某些易挥发元素（如砷、铅、硒等）损失。微波消解法方便快捷，污染小，因而广泛应用于各个领域样品分析的前处理。然而微波消解法也存在取样量、试剂量不易控制以及反应模式选择问题[1]，因此本文对食品检验中微波消解技术的应用进行了分析。

1微波消解原理与消解体系、程序的选择

1.1微波消解的原理

微波消解利用了样品中微观粒子的极性化加热、加速化学反应的原理。微波本质上是一种电磁波，能形成电磁场，进而使样品中微观粒子极化。极化后的微粒会随微波频率快速取向。例如微波装置产生2450MHz微波时，极性分子就会在1s内来回变换方向2450×106次，极性分子快速变换方向会与周围的试剂分子发生碰撞和摩擦，动能转化为热能，使样品温度迅速升高；同时极性分子快速变换方向相当于磁力搅拌器的超高速转子，产生极佳的搅拌效应，从而加速化学反应，加快样品消解。

1.2微波消解体系的选择

样品的取样量取决于检测方法和被检元素的性质，分析样品时应根据检测方法的灵敏度和检出限来确定取样量。按照这个逻辑，取样量越多样品的代表性越强，对提高检验准确性是有利的。然而，取样量过多，样品和试剂在密闭消解罐中产生大量的气体和热量，使得罐内压力迅速升高到罐体无法承受的程度，像一颗炸弹会发生爆炸，因而取样量又不能太多。这是由于食品样品的主要成分是有机物，消解过程中会产生大量二氧化碳气体，同时还有硝酸还原产物二氧化氮气体，所以消解罐内的压力会迅速上升。平衡利害关系，需要分析人员在满足代表性的前提下尽量减少取样量。不确定取样量时，应根据相关检测标准或参照文献来选择，自己尝试试验时应从最小的量开始缓慢增加达到满意的准确度。

消解试剂的选择与用量的确定。一般来说，食品样品中几乎不含有微波难消解的物质，所以消解试剂可选择硝酸，不应选择氢氟酸和高氯酸，尤其是高氯酸与样品反应时会产生大量氯气，而氯气不同于二氧化碳和二氧化氮气体，停止加热容易冷却减压，氯气会使消解罐内维持较高压力，这样开灌时容易发生危险。如果食品样品中油脂成分较多，可适当延长消解时间或加入过氧化氢，以硝酸+过氧化氢促进样品消解完全。从安全考虑，消解试剂用量以能够完成反应的用量就行了，不易过多。一般可根据消解罐的容积确定试剂用量。通常，100mL消解罐加入消解酸的用量1～5mL。

1.3微波消解程序的选择

通常，微波加热功率、时间与下列因素有关：样品成分与取样量；试剂种类与用量；同时加热的消解罐数量。微波加热功率，其中为换算因子，1car=4.184J；为热容，J/K；，为开始温度，为终末温度，K；为样品质量（包括样品和试剂），g；为加热时间，s；为样品吸收的表观能量，W。可见，始末温度差越大，样品数量越多，加热越快，需要的微波功率越大。为了避免密闭消解罐内反应过于剧烈而导致压力骤升，在设计微波消解程序时应采用逐步升温、平缓爬坡的方式。对于未知样品，应先通过小功率并设定较低温度、压力进行观察，根据压力变化来把握样品对微波加热功率、时间的需求，再逐步确定最佳消解程序。

2食品检验中微波消解技术的应用

现以食品中总砷的测定为例说明微波消解技术的应用。国家标准《食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定》（GB5009.11-2014）中给出了食品中总砷的三种测定方法：电感藕合等离子体质谱法（ICP-MS）、氢化物发生原子荧光光谱法和银盐法。其中氢化物发生原子荧光光谱法操作简单、干扰少、灵敏度高，在食品检验中应用很广，但对样品前处理的要求甚至有些苛刻，而且在GB5009.11-2014中也仅列出了湿法消解和干灰化法，这两种方法的缺点前面已经介绍过了。为什么ICP-MS可以采用微波消解法，而原子荧光光谱法不推荐呢？这个问题缺少明确的说法。乔玲[2]对蘑菇中总砷分别采用湿法消解和微波消解进行了测定对比，证实两种方法无明显差别。

笔者对大米、海鲜、蔬菜样品分别采用湿法消解和微波消解测定了总砷。样品预处理按GB5009.11-2014第5.1方法。湿法消解，称样0.5～2.0g，然后按GB5009.11-2014第12.2.1方法进行消解。微波消解，参照GB5009.11-2014第5.2.1并作些调整，称样0.5～2.0g，置于消解罐中，加入5mL硝酸后放置过夜；次日加入过氧化氢2mL，摇匀后安装安全阀，放入微波消解仪中。消解程序：室温→120℃，10min；120℃保持5min；120℃→140℃，6min；140℃保持10min；140℃→160℃，8min；160℃保持10min；160℃→180℃，6min；180℃保持15min。满功率1500W，不同阶段实际功率取60%～100%。消解完成，取出消解罐，开盖，冷却，在通风橱内赶酸，至无棕色气体排出，定容备测。原子荧光光谱法按GB5009.11-2014第12.3～12.5、13操作。原子荧光仪主要参数：光电倍增管负高压280V，砷空心阴极灯电流60mA，原子化器温度200℃，载气流量400mL/min，屏蔽气流量800mL/min，进样体积1.0mL，测量方法为标准曲线法，读数方式为峰面积。测定结果见表1，其中湿法消解与微波消解测定值比较采用SPSS24.0软件的独立样本t检验方法，以P>0.05为差异不明显。

由表1可见，基于氢化物发生原子荧光光谱法测定总砷，微波消解与湿法消解不存在明显差别，因此微波消解可用于食品检验中总砷的测定。相比湿法消解，微波消解操作更简便、快速。

3结语

越来越多的研究表明，微波消解法快速、准确、污染少，完全可以代替传统湿法消解和干灰化法，笔者采用微波消解法对多种食品样品进行了检测，取得了满意的效果。随着更多食品检验经验的积累，微波消解技术将会更加完善，在保障食品安全工作中发挥更大的作用。

参考文献：

[1]张伟，杨燕，谷晓霞.食品理化检验中样品前处理的方法解析[J].食品安全导刊，2018(21)：148.

[2]乔玲.微波消解-原子荧光对蘑菇中砷的测定与分析[J].食品研究与开发，2016,37(8)：155-157.