生物元素可分为四类：必需元素、有益元素、沾染元素或污染元素。必需元素是指这些元素存在于健康组织中，并和一定的生物化学功能有关，它们在各种属中都有一恒定的浓度范围，当缺少某种元素时，就会引起再生性生理病态，补充这种元素后，其生理病态就会消失。这些元素除碳、氢、氧、硫外，主要是氟、钠、镁、钾、钙、锰、铁、钴、铜、锌、钼、碘等。有益元素的概念是缺乏这些元素时生命尚可维持，但不能认为是最健康的，这些元素是硼、硅、钒、铬、镍、硒、溴、锡等。沾染元素是指普遍存在于生物体中，但其浓度是可变的，并与生长或生活环境有密切关系，它们的生理作用尚未清楚。某种元素对人体是否有益还是有害，在很大程度上与这些元素在生物体内的浓度和存在状态有关。同一种元素浓度小时有益或可能有益，浓度高时则对人体有害，如0.1mg/kg的硒对人体是有益的，而10mg/kg时则有致癌作用；相同量的元素价态不同对人体的作用也不同，如Cr3+对防治心血管病有很重要作用，而Cr6+却有致癌作用。
根据目前的无机生物化学知识，一般认为，Hg、Pb、Cd和As对人体健康是有害的，食品中最好不应含有；Cu、Zn和Ge等元素只能是在一定量范围内对人体有益，超过就会危害健康，因此，它们的含量不应超标。
上述元素的分析方法较多。有根据待测元素与某些试剂能形成显颜色反应进行分光光度法测定；有根据待测元素与某些试剂能形成沉淀反应进行容量或重量法测定；有根据待测元素在质子照射下发射特征X射线进行质子X荧光法测定；有根据待测元素的自由原子吸收特征谱线所产生的吸收信号进行原子吸收分光光度法；另外，还有中子活化法、荧光法等。由于原子吸收分光光度法具有灵敏度高、操作方便、抗干扰能力较强、选择性好等优点，该方法现已在食品、环保等广泛应用。本实验主要介绍应用该方法一次性样品处理，综合测定食品中铅、锌、镉、铜等元素。
（一）测定原理
样品经灰化或酸消解后，注入原子吸收分光光度计燃烧器中，在高温作用下待测元素释放自由金属原子，吸收各待测原子阴极灯发射的特征光，并产生吸收信号。所测得的吸光度大小与试样中该元素的含量成正比。
式中 A——试样中待测元素的吸光度；
K——常数；
c——被测元素在试样中的浓度。
自由原子产生的方法目前主要有两种方法，其一是通过火焰原子化器，用这种方法产生的原子化就是火焰原子吸收光谱法；其二是通过石墨炉原子化器，用这种方法产生的原子化就是石墨炉原子吸收光谱法。通常石墨炉原子化器转换效率比火焰原子化器高，所需样品量也非常少。
（二）主要试剂及仪器
1.主要试剂及标准液的制备
分析过程中全部用水均使用去离子水，所使用的化学试剂均为优级纯以上。
铜标准液：取1.000g金属铜（99.99%），分次加少量硝酸（4+6，40mL硝酸+60mL水），溶解，总量不超过37mL，移入1000mL容量瓶，用水定容混匀。此溶液为1.0mg/mL铜标准储备液。取1.0mL铜标准储备液于100mL容量瓶中，用0.5%硝酸（1mol/L）定容。如此多次稀释成每毫升含0.1μg铜的标准使用液。
铅标准液：取1.000g金属铅（99.99%），分次加少量硝酸（1+1∶50mL硝酸+50mL水），加热溶解，总量不超过37mL，移入1000mL容量瓶，定容混匀。此溶液为1.0mg/mL铅标准储备液。取1.0mL铅标准储备液于100mL容量瓶中，用硝酸（0.5mol/L）或硝酸（1mol/L）定容。如此多次稀释成每毫升含10.0、20.0、40.0、60.0、80.0ng铅的标准使用液。
锌标准液：取0.500g金属锌（99.99%），溶于10mL盐酸中，然后在水浴上蒸发至近干，用少量水溶解后移入1000mL容量瓶中，用水定容混匀，贮于聚乙烯瓶中，此溶液为0.5mg/mL锌标准储备液。取10.0mL锌标准储备液于50mL容量瓶中，用盐酸（0.1mol/L）定容。如此多次稀释成每毫升含100.0μg锌的标准使用液。
镉标准液：取1.000g金属镉（99.99%），分次用20mL盐酸（1+1，50mL盐酸+50mL水）溶解，加2滴硝酸，移入1000mL容量瓶中，用水定容混匀，此溶液为1.0mg/mL镉标准储备液。取10.0mL镉标准储备液于100mL容量瓶中，用硝酸（0.5mol/L）定容。如此多次稀释成每毫升含100.0ng镉的标准使用液。
2.仪器与设备
所用玻璃仪器均需以硝酸浸泡过夜，用水反复冲洗，最后用去离子水冲洗干净。
原子吸收分光光度计（附待测元素空心阴极灯）；马弗炉；干燥恒温箱；瓷坩埚；压力消解器；可调式电炉。
（三）测定步骤
样品前处理正确与否关系到测定的准确性。在测定样品中无机元素时所涉及的前处理主要有三方面：预处理、消化或灰化和浓缩。
1.样品预处理
在采样和制备过程中，应注意不使样品污染。
粮食、豆类去杂物后，磨碎，过20目筛，贮于塑料瓶中，保存备用。
蔬菜、水果、鱼类、肉类及蛋类等水分含量高的鲜样，用食品加工机或匀浆机打成匀浆，贮于塑料瓶中，保存备用。
2.样品消解（可根据实验室条件选用以下任何一种方法消解）
（1）压力消解罐消解法 称取1.00～2.00g样品（干样、含脂肪高的样品＜1.00g，鲜样＜2.00g）于聚四氟乙烯内罐，加硝酸2～4mL浸泡过夜。再加过氧化氢（30%）2～3mL（总量不能超过罐容积的1 /3）。盖好内盖，旋紧不锈钢外套，放入恒温干燥箱，120～140℃保持3～4h，在箱内自然冷却至室温，用滴管将消化液洗入或过滤入（视消化后样品的盐分而定）10～25mL容量瓶中，用水少量多次洗涤罐，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混匀备用；同时作试剂空白。
（2）干法灰化 取1.00～5.00g（根据铅含量而定）样品于瓷坩埚中，先用小火在可调式电热板上炭化至无烟，移入马弗炉500℃灰化6～8h后，冷却。若个别样品灰化不彻底，则加1mL混合酸（硝酸/高氯酸=4∶1）在可调式电炉上小火加热，并反复多次直到消化完全，冷却。灰化完全后用硝酸（0.5mol/L）将灰分溶解，过滤到10～25mL容量瓶中（视样品中铅浓度选用容量瓶），并用少量水反复多次洗涤瓷坩埚及滤纸，最后定容至刻度，备用待测。按同样方法同时制作空白。
（3）过硫酸铵灰化法 取1.00～5.00g样品于瓷坩埚中，加2～4mL硝酸浸泡1h以上，先用小火炭化，冷却后加2.00～3.00g过硫酸铵盖于上面，继续炭化至不冒烟转入马弗炉，500℃恒温灰化2h，再升至800℃灰化20min，冷却后加2～3mL硝酸（1.0mol/L）将灰分溶解，过滤到10～25mL容量瓶中，并用少量水反复多次洗涤瓷坩埚及滤纸，最后定容至刻度，备用待测。按同样方法同时制作空白。
（4）湿式消解法 取1.00～5.00g样品于三角瓶或高脚烧杯中，放数粒玻璃珠，加10mL混合酸，加盖浸泡过夜。取盖加小漏斗于电炉上消解，若变棕色，再加混合酸消解直到冒白烟、消化液呈无色透明或略带黄色。冷却后，过滤到10～25mL容量瓶中，并用少量水反复多次洗涤三角瓶或高脚烧杯及滤纸，最后定容至刻度，备用待测。按同样方法同时制作空白。
3.浓缩
当样品中某种元素的含量或仪器的灵敏度较低时，样品经消化后，还需要进一步进行浓缩。浓缩的原理是先将待测元素与有机基团或配位体结合形成可溶于有机溶液的配合物，然后用有机试剂萃取分离，从而达到浓缩的目的。能与金属元素形成可萃取的配位体方式有各种各样，因此萃取的方式也很多，详见相关文献和具体元素的测定。
4.测定步骤
（1）仪器条件 根据各自仪器性能调至最佳状态。岛津AA－646型原子吸收火焰分光光度计，参考条件如表4-13所示。
表4-13 仪器操作条件
（2）测定 分别取待测元素的标准使用液置于10mL容量瓶中，制备不同浓度的标准液。
将处理后的样液、试剂空白液和各容量瓶中待测元素标准液分别导入调至最佳条件的火焰原子化器进行测定。以待测元素标准液含量对应吸光值绘制标准曲线或计算直线回归方程。样品吸光值与曲线比较或代入方程求得样液中某元素的含量。
（3）计算
式中 X——样品中某元素含量，μg/kg（μg/L）；
ρ1——测定样液中某元素含量，ng/mL；
ρ2——空白液中某元素含量，ng/mL；
V1——实际进样品消化液体积，mL；
V2——进样总体积，mL；
V3——样品消化液总体积，mL；
m——样品质量或体积，g或mL。
计算结果保留两位有效数字。
（四）注意事项
（1）各种仪器的使用性能及最佳参数要求是有区别的，因此在使用时以各仪器的最佳条件来测定。
（2）上述介绍的方法主要供学生操作使用，用于法定数据需要时请参照有关国家标准。
（3）当试样中某一金属元素含量较低或仪器的灵敏度不足时可通过下列方法浓缩：①加大消化时的样品量；②将消化液萃取分离。
铅的萃取分离按以下步骤进行：视样品铅含量吸取25～50mL上述制备的样液及试剂空白液，分别置于125mL分液漏斗中，补加水至60mL。加2mL柠檬酸铵溶液（250g/L），溴百里酚蓝指示剂（1.0g/L）3～5滴，用氨水（1+1，50mL氨水加50mL水）调pH至溶液由黄变蓝，加硫酸铵溶液（300.0g/L）10.0mL，DDTC（二乙基二硫代氨基甲酸钠）溶液（50.0g/L）10.0mL，摇匀。放置5min左右，加入10.0mL MIBK（4－甲基戊酮－2），剧烈振摇提取1min左右，静置分层后，弃去水层，将MIBK层放入10mL带塞试管中，待测。不同浓度的标准液的制备与上述相同。
镉的萃取分离按以下步骤进行：视样品镉含量吸取25～50mL上述制备的样液及试剂空白液，分别置于125mL分液漏斗中。加10mL硫酸（1+1），再加10mL水，混匀。加10mL碘化钾溶液（250g/L），摇匀。放置5min左右，加入10.0mLMIBK（4－甲基戊酮－2），振摇提取2min左右，静置分层后（约需30min），弃去水层，将MIBK层经脱脂棉放入10mL具塞试管中，待测。不同浓度的标准液的制备与上述相同。(www.xing528.com)
汞是生命非必需元素，极易由环境中的污染物通过各种途径对食品造成污染，直接影响人们的饮食安全，危害人体的健康。在自然界中有单质汞（水银）、无机汞和有机汞等几种形态。形态不同毒性不同，有机汞对人体危害较大，特别是甲基汞（CH3—HgCl），比无机汞的毒性强得多。为此，GB 2762-2012《食品中污染物限量》中就对其有不同的规定，如鱼肉及制品中甲基汞≤1.0mg/kg，其他水产品中甲基汞≤0.5mg/kg，对汞总量不做要求，而非水产品对甲基汞无要求，但对汞总量要求很严。下面介绍食品中总汞及有机汞的测定方法（GB 5009.17-2014）。
（一）食品中总汞的原子荧光光谱分析法测定
1.测定原理
样品经酸加热消解后，在酸性介质中，汞被硼氢化钾或硼氢化钠还原成原子态，并由载气（氩气）带入原子化器中，在汞空心阴极灯照射下，基态汞原子被激发至高能态，在由高能态回到基态时，发射出特征波长的荧光，其荧光强度与汞含量成正比，与标准系列溶液比较后进行定量。
2.主要试剂和仪器
（1）主要试剂 硝酸溶液（1+9）：量取50mL硝酸，缓缓加入450mL水中；硼氢化钾溶液（5g/L）：称取5.0g硼氢化钾，用5g/L的氢氧化钾溶液溶解并定容至1000mL，混匀，现用现配；重铬酸钾的硝酸溶液（0.5g/L）：称取0.05g重铬酸钾溶于100mL硝酸溶液（5+95）中。汞标准储备液（1.00mg/mL）：准确称取0.1354g经干燥过的氯化汞，用重铬酸钾的硝酸溶液（0.5g/L）溶解并转移至100mL容量瓶中，稀释至刻度，混匀，于4℃冰箱中避光保存，可保存2年；汞标准中间液（10μg/mL）：吸取1.00mL汞标准储备液（1.00mg/mL）于100mL容量瓶中，用重铬酸钾的硝酸溶液（0.5g/L）稀释至刻度，混匀，于4℃冰箱中避光保存，可保存2年；汞标准使用液（50ng/mL）：吸取0.50mL汞标准中间液（10μg/mL）于100mL容量瓶中，用0.5g/L重铬酸钾的硝酸溶液稀释至刻度，混匀，现用现配。
（2）主要仪器 原子荧光光谱仪，微波消解系统，压力消解器，超声水浴箱。
3.测定步骤
（1）样品预处理 粮食、豆类等样品需粉碎均匀，装入洁净聚乙烯瓶中，密封保存备用。蔬菜、水果、鱼类、肉类及蛋类等新鲜样品，洗净晾干匀浆，装入洁净聚乙烯瓶中，密封于4℃冰箱冷藏备用。
（2）样品消解 称取固体试样0.2～0.5g（精确到0.001g）、新鲜样品0.2～0.8g或液体试样1～3mL于消解罐中，加入5～8mL硝酸，加盖放置过夜，旋紧罐盖，按照微波消解仪的标准操作步骤进行消解。冷却后取出，缓慢打开罐盖排气，用少量水冲洗内盖，将消解罐放在控温电热板上或超声水浴箱中，于80℃加热或超声脱气2～5min，赶出棕色气体，取出消解内罐，将消化液转移至25mL塑料容量瓶中，用少量水分3次洗涤内罐，洗涤液合并于容量瓶中并定容至刻度，混匀备用；同时作空白试验。
（3）测定
①标准曲线制作：分别吸取50ng/mL汞标准使用液0.00、0.20、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50mL于50mL容量瓶中，用硝酸溶液（1+9）稀释至刻度，混匀。各自相当于汞浓度为0.00、0.20、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50ng/mL。
②试样溶液的测定：设定好仪器最佳条件，连续用硝酸溶液（1+9）进样，待读数稳定之后，转入标准系列测量，绘制标准曲线。转入试样测量，先用硝酸溶液（1+9）进样，使读数基本回零，再分别测定试样空白和试样消化液，每次测不同的试样前都应清洗进样器。
③仪器参考条件：光电倍增管负高压：240V；汞空心阴极灯电流：30mA；原子化器温度：300℃；载气流速：500mL/min；屏蔽气流速：1000mL/min。
（4）结果计算 样品中汞含量按下式计算：
式中 X——样品中汞的含量，mg/kg或mg/L；
ρ——测定样液中汞含量，ng/mL；
ρ0——空白液中汞含量，ng/mL；
V——试样消化液定容总体积，mL；
1000——换算系数；
m——样品质量，g或mL。
（二）水产品中甲基汞的液相色谱－原子荧光光谱联用方法测定
1.测定原理
食品中甲基汞经超声波辅助盐酸溶液提取后，使用C18反相色谱柱分离，色谱流出液进入在线紫外消解系统，在紫外光照射下与强氧化剂过硫酸钾反应，甲基汞转变为无机汞。酸性环境下，无机汞与硼氢化钾在线反应生成汞蒸气，由原子荧光光谱仪测定。由保留时间定性，外标法峰面积定量。
2.主要试剂和仪器
（1）主要试剂 硼氢化钾（KBH4）、过硫酸钾（K2S2O8）、L－半胱氨酸［L－HSCH2CH（NH2）COOH］：分析纯；氯化汞（HgCl2）及氯化甲基汞（HgCH3Cl）标准品：纯度≥99%。
流动相（5%甲醇+0.06mol/L乙酸铵+0.1%L－半胱氨酸）、0.5g L－半胱氨酸和2.2g乙酸铵，置于500mL容量瓶中，用水溶解，再加入25mL甲醇，最后用水定容至500mL。经0.45μm有机系滤膜过滤后，于超声水浴中超声脱气30min。现用现配。硼氢化钾溶液（2g/L）：2.0g硼氢化钾，用氢氧化钾溶液（5g/L）溶解并稀释至1000mL，现用现配。过硫酸钾溶液（2g/L）：1.0g过硫酸钾，用氢氧化钾溶液（5g/L）溶解并稀释至500mL，现用现配。甲醇溶液（1+1）：甲醇100mL，加入100mL水中，混匀。
氯化汞标准储备液（200μg/mL，以Hg计）：0.0270g氯化汞，用0.5g/L重铬酸钾的硝酸溶液溶解，并稀释、定容至100mL。于4℃冰箱中避光保存，可保存两年。
甲基汞标准储备液（200μg/mL，以Hg计）：0.0250g氯化甲基汞，加少量甲醇溶解，用甲醇溶液（1+1）稀释和定容至100mL。于4℃冰箱中避光保存，可保存两年。
混合标准使用液（1.00μg/mL，以Hg计）：0.50mL甲基汞标准储备液和0.50mL氯化汞标准储备液，置于100mL容量瓶中，以流动相稀释至刻度，摇匀。现用现配。
（2）主要仪器与设备 液相色谱－原子荧光光谱联用仪（LC－AFS）：由液相色谱仪（包括液相色谱泵和手动进样阀）、在线紫外消解系统及原子荧光光谱仪组成，组织匀浆器，离心机（最大转速10000r/mim），超声清洗器等。
3.检测步骤
（1）样品处理 样品预处理同上。取样品0.50～2.0g（精确至0.001g），置于15mL塑料离心管中，加入10mL的盐酸溶液（5mol/L），放置过夜。室温下超声水浴提取60min，期间振摇数次。4℃下以8000r/mim转速离心15min。准确吸取2.0mL上清液至5mL容量瓶或刻度试管中，逐滴加入氢氧化钠溶液（6mol/L），使样液pH为2～7。加入0.1mL的L－半胱氨酸溶液（10g/L），最后用水定容至刻度。0.45μm有机系滤膜过滤，待测。同时做空白试验。
（2）仪器参考条件
①液相色谱检测条件：色谱柱C18分析柱（柱长150mm，内径4.6mm，粒径5μm），C18预柱（柱长10mm，内径4.6mm，粒径5μm）。流速1.0mL/min。进样体积100μL。
②原子荧光检测条件：负高压300V，汞灯电流30mA，原子化方式冷原子，载液10%盐酸溶液，载液流速4.0mL/min，还原剂2g/L硼氢化钾溶液，还原剂流速4.0mL/min，氧化剂2g/L过硫酸钾溶液，氧化剂流速1.6mL/min，载气流速500mL/min，辅助气流速600mL/min。
（3）标准曲线制作 取5支10mL容量瓶，分别准确加入混合标准使用液（1.00μg/mL）0.00、0.010、0.020、0.040、0.060、0.10mL，用流动相稀释至刻度。此标准系列溶液的浓度分别为0.0、1.0、2.0、4.0、6.0、10.0ng/mL。吸取标准系列溶液100μL进样，以标准系列溶液中目标化合物的浓度为横坐标，以色谱峰面积为纵坐标，绘制标准曲线。
（4）样液测定 将样液100μL注入液相色谱－原子荧光光谱联用仪中，得到色谱图，以保留时间定性。以外标法峰面积定量。
（5）结果计算 试样中甲基汞含量按下式计算：
式中 X——样品中甲基汞的含量，mg/kg；
f——稀释因子；
ρ——经标准曲线得到的测定液中甲基汞的浓度，ng/mL；
ρ0——经标准曲线得到的空白溶液中甲基汞的浓度，ng/mL；
V——加入提取试剂的体积，mL；
1000——换算系数；
m——试样称样量，g。
4.注意事项
（1）玻璃器皿均需以硝酸溶液（1+4）浸泡24h，用水反复冲洗，最后用去离子水冲洗干净。
（2）标准溶液物质可从经国家认证并授予标准物质证书的相关单位购置。
（3）在检测甲基汞样品处理时要注意缓慢逐滴加入氢氧化钠溶液，避免酸碱中和产生的热量来不及扩散，使温度很快升高，导致汞化合物挥发，造成测定值偏低。
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