食品重金屬檢測技術(shù)研究

Research on Food Heavy Metal Detection Technology

WEI Bing （Guangxi Yiquan Testing and Evaluation Co.，Ltd.，Liuzhou 545ooo， China）

Abstract： Heavy metal polution is one of the main factors threatening food safety，and it may pose serious health risks whenentering the humanbody through the food chain.Itis crucial to establish effcientandaccurate heavy metal detection technology to ensure fod safety.This article systematically reviews the main methods for detecting heavy metals in food，including atomic absorption spectroscopy， inductively coupled plasma mass spectrometry， graphite metal spectroscopy，etc.It also explores the development trendsof combined detection technologies and emerging detection technologies，aiming to provide technical references for food safety monitoring， promote innovation and optimization of heavy metal detection technologies，and beter safeguard public health.

Keywords： food safety; heavy metal pollution; heavy metal detection; testing technology

食品中重金屬污染的來源主要包括動植物在生長過程中通過土壤、水體等環(huán)境介質(zhì)對重金屬的自然富集作用；由于重金屬元素具有生物不可降解性和沿食物鏈逐級放大的累積特性，在植物和動物中累積的一部分重金屬會通過可食用部分傳遞給人類。鑒于食品基質(zhì)中重金屬殘留量通常處于痕量水平，其檢測分析技術(shù)需具備超痕量檢測能力。當(dāng)前，國內(nèi)外主流檢測方法包括紫外分光光度法、原子吸收/熒光／發(fā)射光譜技術(shù)體系及電感耦合等離子體質(zhì)譜法，這些方法在適用場景、分析通量及定量精度方面各具優(yōu)勢，形成了互補性技術(shù)矩陣。因此，本研究通過探討和分析多種食品重金屬檢測技術(shù)的特性，對其優(yōu)缺點及適用場景進(jìn)行評估，旨在為食品安全監(jiān)管和質(zhì)量控制提供技術(shù)支持。

1傳統(tǒng)重金屬檢測技術(shù)

1.1原子吸收光譜法

原子吸收光譜法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）目前已廣泛應(yīng)用于食品、藥品及環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，成為核心檢測技術(shù)之一。該方法通過分析重金屬離子轉(zhuǎn)化為基態(tài)原子蒸汽后對特征光譜共振輻射線的吸收強(qiáng)度，實現(xiàn)對元素的定量分析。根據(jù)具體操作方式的不同，AAS可進(jìn)一步細(xì)分為火焰原子吸收光譜 法（Flame Atomic Absorption Spectroscopy，F(xiàn)AAS）、石墨爐原子吸收光譜法（GraphiteFurmaceAtomicAbsorptionSpectroscopy，GFAAS）、氫化物發(fā)生原子吸收光譜法（HydrideGenerationAtomicAbsorptionSpectroscopy，HGAAS）及冷蒸汽原子吸收光譜法（Cold Vapor Atomic Absorption Spectrometry，CVAAS）。其中，F(xiàn)AAS操作簡便、成本低廉，但靈敏度相對較低；GFAAS則具有極高的靈敏度，適用于超痕量重金屬檢測，但其分析范圍較窄且耗時較長；HGAAS和CVAAS分別在汞、碑、硒及汞、鎘的精確測定中表現(xiàn)出色。例如，采用磁分散固相微萃取技術(shù)可將土耳其紅茶中鉛的檢測能力提升64.3倍[1]；而劉藝等[2]利用GFAAS技術(shù)精確測定了河鮮中的鎘含量，展現(xiàn)了AAS技術(shù)在提升檢測精度與效率方面的卓越能力。

1.2電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體-質(zhì)譜法（InductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry，ICP-MS）是一種高效的分析技術(shù)，能夠?qū)⒃嚇釉诟邷仉x子源中轉(zhuǎn)化為離子狀態(tài)，并通過離子采集系統(tǒng)將其導(dǎo)人質(zhì)譜儀中進(jìn)行檢測。該技術(shù)依據(jù)質(zhì)荷比實現(xiàn)多種元素的同時精確檢測，特別適用于痕量及超痕量元素的分析。ICP-MS具有線性范圍廣、分析速度快、檢出限極低、干擾因素少且易于消除等諸多優(yōu)勢。例如，F(xiàn)U等運用電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜法對藥食同源植物中的砷（As）、鎘（Cd）、汞（ Hg ）和鉛（Pb）4種重金屬元素進(jìn)行了快速且準(zhǔn)確的定量分析。結(jié)果表明，線性相關(guān)系數(shù)接近1，檢出限達(dá)到ng級別，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差較小。此外，ZOU等[采用高效液相色譜與電感耦合等離子體三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，成功測定了蘑菇中砷的含量，且該方法線性范圍廣，檢出限和定量限均較低，并已成功應(yīng)用于多個蘑菇品種的砷含量檢測及其形態(tài)分析。

1.3電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（InductivelyCoupled Plasma - Optical Emission Spectroscopy，ICP-OES）基于原子發(fā)射光譜學(xué)原理。當(dāng)被測元素的原子受到熱能或電能激發(fā)時，會發(fā)射出具有特定波長的特征光譜。ICP-OES技術(shù)通過高頻電流在氬氣中產(chǎn)生的高溫等離子體作為激發(fā)光源，將試樣中的組分轉(zhuǎn)化為原子或離子狀態(tài)。在轉(zhuǎn)化過程中，這些原子或離子會發(fā)出具有特定波長的光。由于每種元素的原子在激發(fā)或電離時所發(fā)射的波長具有唯一性，因此可通過檢測特征光的波長和強(qiáng)度來確定樣品中所含元素的種類及其濃度。經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)對光源進(jìn)行聚焦、色散和分光處理后，形成按波長順序排列的光譜信號，并由高靈敏度檢測器接收。例如，在檢測大米中的鎘含量時先對大來樣品進(jìn)行消解處理，將其轉(zhuǎn)化為適合儀器分析的液態(tài)形式，隨后將消解后的樣品引人ICP-OES儀器中，在等離子體的高溫激發(fā)下，樣品中的鎘原子被激發(fā)并發(fā)射出特定波長的光，通過檢測這一特征光的強(qiáng)度即可定量分析樣品中鎘的含量。

1.4石墨金屬光譜法

石墨金屬光譜法采用石墨材料制成杯狀或管狀電極，通過電流加熱使其吸收待測樣本中的原子。該方法能有效檢測食品中的鎘、鉻、鉛等金屬元素。其優(yōu)勢在于能確保所有樣本完全原子化，相較于傳統(tǒng)火焰法，石墨金屬光譜法具備更高的準(zhǔn)確度和更全面的金屬元素分析能力。然而，該方法并非適用于所有檢測條件，因為針對不同金屬元素需使用特定類型的基體改進(jìn)劑，這在同時檢測多種重金屬時增加了操作復(fù)雜性[5]。

2聯(lián)用檢測技術(shù)

2.1電感耦合等離子體-質(zhì)譜與高效液相色譜聯(lián)用技術(shù)

ICP-MS與高效液相色譜（HighPerformanceLiquidChromatography，HPLC）聯(lián)用技術(shù)的原理是基于HPLC的分離提純能力和ICP-MS的高靈敏度、多元素同時檢測特性。HPLC負(fù)責(zé)將樣品中的化合物分離，而ICP-MS則進(jìn)一步對分離后的化合物進(jìn)行元素檢測和定量分析。這種聯(lián)用技術(shù)在環(huán)境分析中具有顯著優(yōu)勢，能夠準(zhǔn)確測定水樣、土壤和植物中的痕量元素及其形態(tài)，為科學(xué)研究提供了強(qiáng)大的分析工具，助力深入了解樣品中的元素組成和特性。ICP-MS與HPLC聯(lián)用技術(shù)在食品重金屬檢測中表現(xiàn)出色[。例如，在檢測谷物中的鉛、鎘、砷等多種重金屬元素時，HPLC利用反相色譜柱將谷物樣品中的有機(jī)物、無機(jī)物等復(fù)雜成分進(jìn)行有效分離，確保重金屬元素得以單獨存在并進(jìn)入ICP-MS系統(tǒng)進(jìn)行高精度測定。

2.2高效液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用技術(shù)

高效液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用（HighPerformance Liquid Chromatography - AtomicFluorescence Spectroscopy，HPLC-AFS）技術(shù)基于HPLC對樣品中的不同組分進(jìn)行高效分離，并利用AFS對分離后的組分進(jìn)行高靈敏度檢測。在檢測過程中，待測元素經(jīng)原子化、激發(fā)后發(fā)射出特定波長的熒光信號，其強(qiáng)度與待測元素的濃度成正比，從而實現(xiàn)對樣品中目標(biāo)元素的定量分析。該方法結(jié)合HPLC的高分離性能和AFS的高靈敏度特性，廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、生物分析、藥物研究及食品檢測等領(lǐng)域。例如，在檢測茶葉中的鉛含量時，利用反相色譜柱將茶葉樣品中的茶多酚、咖啡因、氨基酸等復(fù)雜成分進(jìn)行有效分離，使得鉛元素得以單獨存在。隨后，這些鉛元素進(jìn)入AFS檢測系統(tǒng)，在激發(fā)光源的作用下從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，并在回到基態(tài)時釋放出特定波長的熒光信號。通過測量熒光信號的強(qiáng)度，可實現(xiàn)對茶葉中鉛含量的準(zhǔn)確定量。

3快速檢測技術(shù)

3.1 比色法

比色法在食品檢驗中的原理基于物質(zhì)對光的吸收特性，即利用糖類、某些添加劑或污染物等與顯色物質(zhì)發(fā)生特定反應(yīng)后產(chǎn)生的顏色變化，通過比較或測量這種顏色變化的強(qiáng)度，可以推算出被測物質(zhì)的含量。在食品檢測中，比色法操作簡便、快速的特點使其在精度要求不高的場合具有廣泛應(yīng)用價值[以食品中鉻離子檢測為例，當(dāng)鉻離子與二苯碳酰二腫試劑反應(yīng)時，會生成一種紫紅色的絡(luò)合物。這種絡(luò)合物的顏色深淺與鉻離子的濃度密切相關(guān)，濃度越高，顏色越深?；谶@一特性，可采用比色法進(jìn)行食品中鉻離子的快速檢測。對待測食品樣品進(jìn)行消解、稀釋等處理，向溶液中加入適量的二苯碳酰二肼試劑，混合后靜置，然后使用分光光度計在特定波長下測量溶液的吸光度，并通過事先繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線將測得的吸光值轉(zhuǎn)化為鉻離子的濃度值，確定鉻離子含量。

3.2 酶抑制法

食品檢驗中的酶抑制法是一種經(jīng)典的技術(shù)手段，其主要利用有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥對膽堿酯酶活性的抑制作用，但這一原理同樣為重金屬檢測提供了創(chuàng)新思路。傳統(tǒng)上，這些農(nóng)藥通過與膽堿酯酶結(jié)合導(dǎo)致酶活性下降，從而影響其對特定底物的分解速率，通過測量分解速率的變化，可間接推算出食品中農(nóng)藥的殘留量。在食品重金屬檢測領(lǐng)域，酶抑制法的應(yīng)用潛力同樣值得關(guān)注。當(dāng)食品樣品中含有重金屬離子時，酶的活性會受到抑制，進(jìn)而導(dǎo)致其對底物的分解速率降低。例如，若選用對汞離子敏感的酶體系，在含有汞離子的食品樣品中，該酶的活性會顯著下降。通過觀察并測量這種酶活性的變化，可以間接推斷出食品中汞離子的存在及其含量。盡管目前酶抑制法在重金屬檢測中的直接應(yīng)用尚處于探索階段，但其原理的適應(yīng)性和技術(shù)的可行性，無疑為食品重金屬檢測領(lǐng)域開辟了新的研究方向。

3.3 電化學(xué)法

電化學(xué)法通過利用電極與待測物質(zhì)之間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，將產(chǎn)生的電位、電流或電量等電學(xué)信號與被測物質(zhì)的濃度或性質(zhì)建立定量關(guān)系，從而實現(xiàn)對食品中重金屬元素、有害物質(zhì)、微生物等成分的定性和定量分析。以食品中的鉛元素檢測為例，電化學(xué)法中的方波陽極溶出伏安法是一種非常有效的檢測手段。在實際操作中，首先需要對食品樣品進(jìn)行處理以提取出其中的鉛離子，將樣品溶液置于含有工作電極、參比電極和輔助電極的電化學(xué)池中，在預(yù)電解階段，施加恒定負(fù)電位，使鉛離子在工作電極表面還原為金屬鉛并沉積下來。進(jìn)入方波陽極溶出階段，施加一系列方波電位，使沉積在工作電極表面的金屬鉛重新被氧化為鉛離子并溶入溶液中，產(chǎn)生與鉛含量成正比的電流信號。測量電流信號的大小，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線或已知濃度樣品的校準(zhǔn)，即可準(zhǔn)確測定食品中的鉛含量。

4結(jié)語

在科技和工業(yè)快速發(fā)展的現(xiàn)代社會，食品中重金屬元素的超標(biāo)問題，無論是源于原材料本身還是加工處理過程，均可能對人體健康造成潛在威脅。因此，相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和檢測技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)實際情況，科學(xué)選擇適宜的重金屬檢測技術(shù)，對食品中的重金屬含量進(jìn)行嚴(yán)格、精確測定，以確保食品安全和公眾健康。

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