食品中鎘元素檢測(cè)方法的研究進(jìn)展

賈桂琪

（安徽中青檢驗(yàn)有限公司，安徽合肥 230088）

目前，用于檢測(cè)食品中鎘含量的技術(shù)發(fā)展迅速，主要是基于實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備等的精確檢測(cè)方法和現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)技術(shù)，包括石墨爐原子吸收光譜法（Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry，GFAAS）、火焰原子吸收光譜法（Flame Atomic Absorption Spectrometry，F(xiàn)AAS）、原子發(fā)射光譜法（Optical Emission Spectrometry，OES）、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS）和激光誘導(dǎo)擊穿光譜法（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）等儀器方法，以及酶聯(lián)免疫法、電化學(xué)分析法等快檢方法，對(duì)樣品進(jìn)行相應(yīng)的前處理后，能高效精準(zhǔn)地對(duì)Cd進(jìn)行定性篩查和定量檢測(cè)。在不同的介質(zhì)和需求背景下，Cd的精準(zhǔn)定量檢測(cè)各不相同，具有顯著的技術(shù)差異性。

1 鎘元素的檢測(cè)方法

1.1 原子吸收光譜法

原子吸收光譜法檢測(cè)Cd的原理是通過將Cd元素原子化，Cd基態(tài)原子對(duì)Cd原子的特征性輻射光產(chǎn)生共振吸收從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，輻射光減弱的程度和被測(cè)Cd元素的含量成正比，從而測(cè)定Cd元素含量。原子吸收光譜法是一種傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，與其他大型檢測(cè)儀器相比，成本更低、檢測(cè)速度快、操作簡單。但該方法每次只能對(duì)一種元素進(jìn)行分析。

使用石墨爐方法進(jìn)行糧食中Cd含量的測(cè)定時(shí)，前處理十分重要，包括干燥、去溶劑、灰化、原子化等步驟。胡秀智[1]采用硝酸和高氯酸混合作為酸解液，電熱板加熱濕法消解處理糧食樣本，GFAAS方法的最終檢出限為0.9 μg·kg-1，加標(biāo)回收率為92.4%～102.4%。此類濕法處理具有良好的檢出靈敏度和基質(zhì)消解能力，但需要混合酸等試劑，操作時(shí)對(duì)人員的技術(shù)要求較高。李謙等[2]建立了基于酸浸提離子浮選的GFAAS方法，對(duì)大米基質(zhì)中的Cd檢出限為3.0 μg·kg-1，定量限為9.0 μg·kg-1，相關(guān)系數(shù)大于0.99，同時(shí)降低了用酸量等試劑成本。

1.2 原子發(fā)射光譜法

原子發(fā)射光譜法是將待測(cè)樣本中的金屬元素或部分非金屬元素通過熱能或電能激發(fā)使其從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，當(dāng)其返回到基態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)射出特征光譜，從而對(duì)目標(biāo)元素進(jìn)行定性或定量分析。胡小玲等[3]建立了電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer，ICP-OES）測(cè)定大米中的鎘含量，使用微波消解法前處理樣本，線性范圍為0～5.0 mg·L-1，檢出限為0.02 mg·kg-1，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.42%。近年來發(fā)展的新型原子化器件介質(zhì)阻擋微等離子體使光譜儀走向了小型化的道路，其具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、工作溫度低、樣品解離/激發(fā)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適合于分析儀器的微型化和便攜化。介質(zhì)阻擋放電是低溫等離子體，通常由兩個(gè)平行電極組成，電極表面覆蓋有電介質(zhì)，當(dāng)兩極間加上交流高壓或脈沖時(shí)，兩極間的氣體被擊穿發(fā)生介質(zhì)阻擋放電。JIANG等[4]研制出小體積便攜式介質(zhì)阻擋放電原子發(fā)射光譜儀（Dielectric Barrier Discharge-Atomic Emission Spectrometer，DBD-AES）測(cè)量大米中的鎘含量，其檢出限為11.9 μg·kg-1，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（Relative Standard Deviation，RSD）小于5.8%，該裝置的前處理只需要將大米使用稀酸預(yù)溶解即可，總體分析時(shí)間少于11 min。然而，上述方法需使用酸，除設(shè)備的小型化外，降低樣本前處理的煩瑣程度也是重要的發(fā)展方向，如無須進(jìn)行前處理直接固體樣品進(jìn)樣。另外一種典型的離子源為等離子體噴射原子發(fā)射光譜儀（Plasma Jet-Atomic Emission Spectrometer，PJAES）內(nèi)置高能微波激發(fā)源產(chǎn)生高溫等離子體，用于直接燒蝕固體，將樣品蒸發(fā)、霧化并激發(fā)產(chǎn)生發(fā)射光譜，根據(jù)內(nèi)置檢測(cè)器確定樣品的成分和含量。

1.3 電感耦合等離子質(zhì)譜法

ICP-MS在測(cè)定無機(jī)元素方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，由于質(zhì)譜檢測(cè)器的存在，其檢出限可低至pg級(jí)，具備精密度高、標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍寬、多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前多數(shù)高端商品化的產(chǎn)品還配備了碰撞池，能打碎元素在離子化過程中形成的多聚體，對(duì)于復(fù)雜基質(zhì)具有強(qiáng)抗干擾能力，同時(shí)可借助同位素內(nèi)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本中目標(biāo)元素的精準(zhǔn)定性定量，回收率校準(zhǔn)極為方便。但是，相比其他檢測(cè)方法，ICP-MS需要的場(chǎng)地維護(hù)和使用成本較高，對(duì)操作人員的技術(shù)要求也相對(duì)較高。葛文靜等[5]利用小麥基質(zhì)比較了3種典型Cd檢測(cè)方法的差異性，結(jié)果表明在定量數(shù)據(jù)方面，GFAAS、ICP-MS和快速測(cè)定X射線熒光光譜法無顯著差異，但是ICP-MS方法的精確度和穩(wěn)定性最優(yōu)。在應(yīng)對(duì)復(fù)雜基質(zhì)方面，蔡松韜等[6]使用ICP-MS/MS法檢測(cè)嬰幼兒谷類輔助食品中的Cd含量，結(jié)果顯示該類樣品中的主要基質(zhì)干擾來源于高濃度的鉬元素所形成的Mo基多原子干擾離子（MnO+、MoN+，MoC+）以及Sn所形成的同量異位素，采用O2為反應(yīng)氣可消除Cd的測(cè)定干擾，最終定量限為2.03～13.4 ng·L-1。ICP-MS法具有良好的抗基質(zhì)干擾和穩(wěn)定性，在Cd污染大米相關(guān)的研究中使用廣泛。WEI等[7]的研究發(fā)現(xiàn)，Cd在水稻籽粒中的含量從外麩皮層到胚乳層逐步降低，并且籽粒中不同類型的蛋白結(jié)合Cd的含量也存在差異，蛋白結(jié)合Cd含量降低的順序?yàn)榍虻鞍祝景椎鞍祝竟鹊鞍祝敬既艿鞍住?/p>

1.4 激光誘導(dǎo)擊穿光譜法

激光誘導(dǎo)擊穿光譜（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）是一種新興的元素分析方法，其原理是利用高能激光脈沖燒蝕樣品并產(chǎn)生等離子體，在湮滅過程中，等離子體會(huì)釋放出相應(yīng)元素的特征譜線，通過提取分析光譜信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)元素含量的有效測(cè)定。實(shí)際上，該方法的原理最早于1962年就被提出并一直處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)，隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步而逐步受到重視，其優(yōu)勢(shì)為樣品預(yù)處理簡單、檢測(cè)速度快、多元素同時(shí)鑒定分析以及實(shí)驗(yàn)成本較低等，該技術(shù)還不受樣品形態(tài)的影響，可廣泛用于固體、液體和氣體的元素分析。LIBS早期在環(huán)境和食品領(lǐng)域多應(yīng)用于土壤、水體和蔬菜等基質(zhì)中，何秀文等[8]證明了LIBS快速檢測(cè)大米中Cd含量的可行性，基于構(gòu)建的定標(biāo)分析模型發(fā)現(xiàn)原子譜線Cd I 228.8具有較高的線性相關(guān)性，可作為大米Cd元素的快速檢測(cè)信號(hào)。為進(jìn)一步改善LIBS分析方法中Cd信號(hào)的靈敏度，雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜（Double Pulse Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，DP-LIBS）、微波輔助激光誘導(dǎo)擊穿光譜（Microwave-Assisted Induced Breakdown Spectroscopy，MA-LIBS）、薄膜制樣等技術(shù)手段被整合到前處理和分析過程中，大幅提高了目標(biāo)元素的光譜強(qiáng)度，改善了基質(zhì)干擾問題，優(yōu)化后的定量限最低可達(dá)1.60 μg·g-1。牛金明等[9]利用基底輔助技術(shù)，選用Cd2+214.44 nm譜線建立了單變量定標(biāo)模型，結(jié)合偏最小二乘法等分析算法，得到大米中Cd的定量分析檢測(cè)限為1.71 mg·kg-1，同時(shí)分析了LIBS技術(shù)的不足之處主要是雙光束和微波等前處理方法的檢測(cè)靈敏度距離國家標(biāo)準(zhǔn)要求還有差距，GB 2762—2017中規(guī)定的限量值是0.2 mg·kg-1，通過化學(xué)手段富集樣品再檢測(cè)則降低了該技術(shù)的便捷性，且成本升高。

1.5 拉曼光譜法

拉曼光譜技術(shù)的原理是當(dāng)光照射到物質(zhì)分子上時(shí)會(huì)發(fā)生彈性散射和非彈性散射，其中非彈性散射的散射光為一種散射光譜，通過對(duì)與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析，可得到分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等方面的信息。與其他光譜不同的是，拉曼光譜在頻率、強(qiáng)度和偏振方面具有獨(dú)特的信號(hào)特征，基本的拉曼光譜信號(hào)常用于定性測(cè)試，在特定條件下也可用于定量檢測(cè)，與紅外光譜類似，通過標(biāo)準(zhǔn)濃度的樣品確定峰強(qiáng)度和濃度之間的標(biāo)曲后，即可實(shí)施定量分析。拉曼光譜應(yīng)用于重金屬元素的檢測(cè)中，具有基質(zhì)應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，包括固體、液體、氣體、氣溶膠等有機(jī)和無機(jī)成分均可以進(jìn)行定量分析。此外，拉曼光譜是一種無損檢測(cè)技術(shù)，無須對(duì)樣品進(jìn)行額外的前處理過程，結(jié)合特定的傳感器和算法，能夠?qū)嵤┛焖俚哪繕?biāo)元素檢測(cè)。

SONG等[10]建立了一種簡便的紙層析表面增強(qiáng)拉曼光譜分離檢測(cè)方法，利用4-巰基苯甲酸分子對(duì)金納米粒子進(jìn)行改性，構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)，成功檢測(cè)到大米粉樣品中的Cd、Cu和Ni等金屬元素信號(hào)，檢出限均低于1.0 μmol·L-1，該紙層析傳感器的均勻性和穩(wěn)定性均符合檢測(cè)需求，且制作簡單。

1.6 酶聯(lián)免疫分析技術(shù)

重金屬免疫分析技術(shù)的核心是制備針對(duì)目標(biāo)金屬元素的螯合物，從而制備人工抗原。酶聯(lián)免疫吸附法（Enzyme-Linked Immunosorbent Assay，ELISA）的常見應(yīng)用方法是在獲得符合要求的單克隆抗體后，按照需求使用間接競爭法或直接競爭法制備方便攜帶和操作、具有良好穩(wěn)定性和適合靈敏度的紙層析傳感器，即快速檢測(cè)試紙條，通常與微波消解、稀酸快速浸提、濕法消化等前處理方法配合使用。重金屬的間接競爭ELISA方法的基本原理是在載體上包被重金屬完全抗原，樣品中添加過量的螯合劑將所有游離態(tài)金屬離子螯合，二者會(huì)與單克隆抗體上的結(jié)合位點(diǎn)競爭性結(jié)合，之后通過酶標(biāo)記抗體和底物進(jìn)行顯色。一步法的區(qū)別在于包被的是重金屬抗體，酶標(biāo)記已知濃度的重金屬-螯合物復(fù)合物。

易翠平等[11]利用雙功能螯合劑乙二胺四乙酸（Ethylene Diamine Tetraacetic Acid，EDTA）螯合Cd2+，偶聯(lián)卵白蛋白和牛血清蛋白，獲得了兩株特異性較高的雜交瘤細(xì)胞，建立的Cd間接競爭ELISA方法IC50達(dá)到了1 150 ng·mL-1，檢出限為260 ng·mL-1，與多數(shù)金屬離子交叉較弱，但與Hg2+存在較強(qiáng)交叉。王良哲等[12]建立了大米、玉米和小麥粉等谷物樣本中Cd熒光定量檢測(cè)方法，所用抗體為Cd-EDTA螯合免疫并經(jīng)多輪篩選獲得，使用鹽酸-甲醇-水體系快速浸提，建立的方法線性范圍是1～40 ng·mL-1，IC50達(dá)到了8.105 ng·mL-1，檢出限為0.401 ng·mL-1，該方法具有較高的靈敏度，同時(shí)在與儀器方法的比對(duì)中驗(yàn)證具有良好的穩(wěn)定性。

2 結(jié)語

對(duì)大米中鎘含量進(jìn)行檢測(cè)的傳統(tǒng)方法有各類光譜法、色譜法以及儀器聯(lián)用等方法。一些常規(guī)檢測(cè)方法的檢出限低，可對(duì)鎘含量進(jìn)行痕量分析，并具有較高的準(zhǔn)確度，但往往儀器操作復(fù)雜且專業(yè)，檢測(cè)耗時(shí)較長，成本較高。隨著Cd對(duì)食品的污染日益加重，需根據(jù)不同的情況選擇不同的檢測(cè)方法，本文通過對(duì)各類方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，為食品中鎘含量的檢測(cè)方法選擇提供依據(jù)。