食品中重金屬元素檢測(cè)方法研究進(jìn)展

肖猷雷 周俊帆 黃夏 侯軍 任理順

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的不斷提升，食品安全成為人們?nèi)粘Ｉ钪兄攸c(diǎn)關(guān)注的問題。食品中的重金屬元素是影響食品安全的主要因素，人體通過食品攝入過多的重金屬，會(huì)嚴(yán)重威脅到身體健康。因此，探索食品中重金屬元素檢測(cè)方法對(duì)保障人體健康具有重要意義?；诖耍疚姆治龊完U述了食品中重金屬元素的常規(guī)檢測(cè)方法和快速檢測(cè)方法，以期為食品行業(yè)的重金屬元素檢測(cè)提供有效參考。

一、食品中重金屬元素的常規(guī)檢測(cè)方法

1.原子吸收光譜法（AAS）。在食品重金屬元素的檢測(cè)方法中，AAS是目前應(yīng)用最為普遍的一種檢測(cè)方法，其原理是以待檢測(cè)元素的原子及特征譜線的吸收強(qiáng)度來分析食品中含有的元素量。根據(jù)不同試樣原子化方法，可以將ASS細(xì)分為FAAS、GFAAS、HAAS以及CVAAS。AAS檢測(cè)方法具有選擇性強(qiáng)、靈活、準(zhǔn)確性高以及適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于食品中重金屬元素的檢測(cè)。不過，AAS檢測(cè)法只能單次對(duì)單種元素進(jìn)行檢測(cè)，在檢測(cè)難溶元素的過程中也存在一定的困難，主要用于肉類、水產(chǎn)品以及農(nóng)產(chǎn)品食品的重金屬元素檢測(cè)。本文利用不同的AAS檢測(cè)方法對(duì)水產(chǎn)品、肉制品以及大米中的重金屬元素進(jìn)行檢測(cè)，具體檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

2.原子熒光光譜法（AFS）。AFS法是通過測(cè)量待測(cè)元素的原子蒸汽在激光照射下產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度，來確定被測(cè)溶液中待測(cè)元素的含量。這種檢測(cè)方法相對(duì)于AAS法具有檢出限更低、更靈活、基體效應(yīng)更小、線性范圍更寬等優(yōu)勢(shì)，缺陷在于只能檢測(cè)出容易揮發(fā)的重金屬元素，如汞、砷等元素。以AFS檢測(cè)香料中鉛元素的含量為例，香料中鉛元素含量在0-20μg/kg的情況下，具有良好的線性關(guān)系，具體檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

3.X射線熒光光譜法（XRF）。XRF法的原理在于利用樣品中的待檢測(cè)元素對(duì)X射線的吸收，隨著樣品中的成分及含量的變化來定量或定性測(cè)試樣品中的成分。楊振等采用XRF法對(duì)稻谷中的Cd、Pd、As、Se元素含量進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)?shù)竟戎蠧d元素含量為0.1-0.6mg/kg時(shí)，該檢測(cè)方法的結(jié)果與AAS檢測(cè)方法的結(jié)果誤差低于20%，因此檢測(cè)的精準(zhǔn)度較高。本文采用XRF法對(duì)大米中的鎘元素含量進(jìn)行檢測(cè)，檢出限和定量限能夠滿足大米中鎘元素含量的標(biāo)準(zhǔn)，具體檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

4.紫外-可見分光光度法（UV-Vis）。UV-Vis法的基本原理是對(duì)被測(cè)量材料的紫外線-熱成像的吸收水平進(jìn)行定量分析，利用顯色劑和重金屬單質(zhì)所進(jìn)行的光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生彩色的金屬化合物，再通過溶液的色澤、含量變化對(duì)重金屬單質(zhì)濃度進(jìn)行定量分析。UV-Vis法操作簡便，不必經(jīng)過繁瑣的消解操作，但要求顯色的產(chǎn)物必須具備穩(wěn)定性，并且部分的特征性顯色劑很難獲取，檢出限較高，不適合對(duì)痕量重金屬進(jìn)行檢測(cè)。

5.電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）。ICP-OES法通過對(duì)以等離子體為原子發(fā)射光譜的研究，在空氣介質(zhì)中被進(jìn)入等離子體焰以后，由于高溫的化學(xué)惰性而揮發(fā)，從而釋放出元素的特征譜線，再根據(jù)元素特征譜線的強(qiáng)度完成待測(cè)物質(zhì)的定量分析。ICP-OES方法具有靈敏度高、影響因子小、線性范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，能夠用于除鎘元素和汞元素之外的大部分金屬元素的檢測(cè)。本文利用ICP-OES法對(duì)糖果中的Pb、Cd等重金屬元素進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明這種檢測(cè)方法的精確性較高，具體檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

6.電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）。ICP-MS法是利用高頻電感耦合所產(chǎn)生的等離子體放電的光源，對(duì)質(zhì)譜進(jìn)行分析，并確定待測(cè)元素的質(zhì)量。這種檢測(cè)方法具有精確性高等優(yōu)勢(shì)，可以同時(shí)對(duì)多種金屬元素進(jìn)行檢測(cè)，但由于檢測(cè)設(shè)備的成本高而無法被廣泛普及應(yīng)用。本文通過ICP-MS法對(duì)谷物中的As、Hg、Pb、Cd含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明谷物中這4種金屬元素的含量均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

二、食品中重金屬元素的快速檢測(cè)方法

目前針對(duì)食品中重金屬元素的快速檢測(cè)手段通常只能對(duì)重金屬元素進(jìn)行定性或半定量分析，檢測(cè)的靈活性和準(zhǔn)確性相對(duì)于常規(guī)檢測(cè)方法較低，但也具備簡單、快速、成本低等優(yōu)勢(shì)，主要用于食品中重金屬元素含量的快速檢測(cè)，能夠起到一定的預(yù)警作用。

1.試紙法。試紙法的本質(zhì)是一種化學(xué)比色法，其原理是將具備特效顯色反應(yīng)的顯色劑放置在試紙上，通過重金屬與試紙上的顯色劑發(fā)生顏色變化，并對(duì)比色彩標(biāo)準(zhǔn)卡，從而進(jìn)行重金屬的定性或半定量分析。這種檢測(cè)方法具有快速、簡單、成本低等優(yōu)勢(shì)，可以用于食品中鉛元素的檢測(cè)，但也具備檢出限高、靈活性差、試紙種類有限等缺陷。

2.適配體技術(shù)。適配體在通過體外篩選技術(shù)之后所選取的各項(xiàng)物質(zhì)具有較強(qiáng)的特異性和親和性，由于能夠和金屬離子進(jìn)行融合，因此可將其看作一類化學(xué)抗體。該測(cè)定方法的基本原理是立足于抗體和抗原的融合進(jìn)行測(cè)定，具有很大的特異性、靈敏度和安全性，可以應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬測(cè)定。

（1）核酸適配體檢測(cè)技術(shù)。核酸適配體是一種具有特異性識(shí)別作用的核酸分子，能夠與重金屬離子快速融合，從而快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出重金屬類別。該技術(shù)具有靶標(biāo)廣泛、成本低、容易合成、操作簡單等優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)迅速檢測(cè)，但由于適配體會(huì)受到自身特性的局限，因此在特定生理?xiàng)l件下才能充分發(fā)揮出其活性，在較為復(fù)雜食品的重金屬檢測(cè)中無法被廣泛使用。

（2）電化學(xué)適配體檢測(cè)技術(shù)。這種檢測(cè)技術(shù)主要立足于適配體與重金屬結(jié)合所產(chǎn)生的空間結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而出現(xiàn)電流信號(hào)的轉(zhuǎn)變，使得待測(cè)物與信號(hào)之間建立起聯(lián)系。這種檢測(cè)技術(shù)具有靈活性高、特異性強(qiáng)、精準(zhǔn)度高等優(yōu)勢(shì)，具有較廣的應(yīng)用前景。

3.酶聯(lián)免疫吸附檢測(cè)技術(shù)（ELISA）。ELISA檢測(cè)技術(shù)最早在20世紀(jì)70年代被提出，其原理是將抗原抗體的特異性免疫反應(yīng)與酶對(duì)底物的高催化反應(yīng)相結(jié)合，具備特異性強(qiáng)、靈活性高、操作簡單、檢測(cè)迅速、成本低等優(yōu)勢(shì)，能夠滿足大量的金屬元素檢測(cè)。ELISA檢測(cè)技術(shù)主要有四個(gè)步驟：一是對(duì)檢測(cè)樣品進(jìn)行預(yù)處理；二是將重金屬與人工抗原進(jìn)行合成；三是對(duì)特異性抗體進(jìn)行制備；四是選取合適的ELISA檢測(cè)方法。本文利用ELISA檢測(cè)技術(shù)對(duì)大米中的鎘元素進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果與AAS法的檢測(cè)結(jié)果相差不大，表明這種檢測(cè)技術(shù)具有較高的精確性，可以用于對(duì)樣品中金屬元素的快速檢測(cè)，具體檢測(cè)結(jié)果如表6所示。

不過，將ELISA分析技術(shù)用于食物中的重金屬單質(zhì)分析，仍然存在著食品原料復(fù)雜、預(yù)處理技術(shù)滯后、重金屬分離效率低下、人工抗體制備耗時(shí)長、抗體和金屬分子的交換反應(yīng)多等缺點(diǎn)，所以必須繼續(xù)增強(qiáng)抗體的特異性，從而增強(qiáng)分析技術(shù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確度。

4.酶抑制法。這種測(cè)定手段在食品重金屬檢測(cè)中需要用到較多的蛋白酶，以葡萄糖氧化酶為主，具備檢出限小、重現(xiàn)度高、穩(wěn)定性好、選擇性高等優(yōu)點(diǎn)。

通過將葡萄糖氧化酶放置在Nb-SWVNTs上，制作出一種酶電化學(xué)生物傳感器，利用這種傳感器對(duì)Hg和Pb進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，這種傳感器對(duì)兩種金屬元素的抑制存在可逆和競爭性，Hg的抑制常數(shù)為169μmol/L，Pb的抑制常數(shù)為370μmol/L，具有線性范圍較高、穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低的優(yōu)勢(shì)。將這種檢測(cè)方法應(yīng)用于食品中重金屬的檢測(cè)，需要關(guān)注重金屬的特異性以及酶的穩(wěn)定性，還需要對(duì)預(yù)處理方法進(jìn)行優(yōu)化和完善，減少復(fù)雜樣品對(duì)檢測(cè)結(jié)果的干擾，從而提高食品中重金屬的提取效率等。

三、食品中重金屬檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)

一是從單一金屬元素的檢測(cè)技術(shù)向多元素檢測(cè)技術(shù)發(fā)展。例如，在常規(guī)的檢測(cè)方法中，AAS法只能對(duì)單一金屬元素進(jìn)行檢測(cè)，而現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的ICP-OES法和ICP-MS能夠?qū)ν粯悠返亩喾N金屬元素進(jìn)行檢測(cè)。

二是不僅需要對(duì)食品中重金屬的種類和含量進(jìn)行檢測(cè)，還要對(duì)食品中重金屬元素的結(jié)構(gòu)和形態(tài)等進(jìn)行深入分析。食品中不同形態(tài)的重金屬在人體攝入中最為直觀的反映在于人體攝入的難易程度，同時(shí)也與重金屬的毒性緊密相關(guān)，這就要求不僅對(duì)重金屬的種類和數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)也要深入分析重金屬的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。

三是先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)能夠在一定程度上轉(zhuǎn)變食品中重金屬檢測(cè)的方法，例如最新的激光技術(shù)以及光譜設(shè)備的發(fā)展能夠?qū)κ称分薪饘僭剡M(jìn)行定性和定量分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)樣品的迅速、在線檢測(cè)，不僅具有較高的靈活性，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)多種金屬元素的同時(shí)檢測(cè)。此外，快速檢測(cè)方法所需的檢測(cè)資源不斷豐富，在日益成熟的檢測(cè)技術(shù)加持下，能夠廣泛應(yīng)用于食品中的重金屬檢測(cè)，并發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。

作者簡介：肖猷雷（1994-），男，漢族，重慶黔江人，大學(xué)本科，助理工程師，研究方向?yàn)楫a(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)。