食品中微量成分的檢測技術(shù)及控制策略分析

Analysis of Detection Technologies and Control Strategies for Trace Components in Food

LIWeiqing，LEI Saifen （Yunnan Sanzheng Technology Testing Co.，Ltd.， Kunming 65oooo， China）

Abstract： This article reviews the principles，applicable scenarios， advantages，and disadvantages of current common trace element detection technologies in food. It focuses on key control strategies to improve the reliability of detection results，proposing a comprehensive quality control path that includes enhancing personnel quality， optimizing instruments，controling the environment，and combining technologies，providing theoretical references for improving the food trace component detection system.

Keywords： food detection; trace components; quality control

食品中的微量成分是指在樣品中含量較低的成分，其含量雖低但會直接影響人體健康與食品安全。近年來，國內(nèi)外食品安全事件頻發(fā)，對檢測技術(shù)的靈敏度、準(zhǔn)確性提出了更高要求。傳統(tǒng)檢測手段已難以滿足復(fù)雜基質(zhì)中痕量成分的分析需求，因此需結(jié)合現(xiàn)代儀器分析技術(shù)，并完善檢測過程的質(zhì)量控制體系。本文從技術(shù)方法與控制策略兩方面展開研究，旨在為食品微量成分檢測的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化提供參考。

1常見的食品中微量成分檢測技術(shù)

1.1原子吸收光譜法

原子吸收光譜法基于原子蒸汽對特定波長光的吸收特性實現(xiàn)定量分析。其技術(shù)原理是通過光源發(fā)射待測元素的特征光譜，當(dāng)該光束通過高溫原子化器中的待測元素原子蒸汽時，基態(tài)原子會選擇性吸收特定波長的光，導(dǎo)致光強(qiáng)度衰減，通過測定吸光度結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線即可計算出目標(biāo)元素的含量[1]。該方法適用于食品中重金屬元素（如鉛、鎘、汞等）及微量礦物元素（如鐵、鋅、鈣等）的檢測，尤其對金屬元素的痕量分析具有顯著優(yōu)勢[2。原子吸收光譜法的靈敏度較高，常規(guī)檢測限可達(dá) μg?L^-1 級別，且操作流程相對標(biāo)準(zhǔn)化，適合實驗室批量檢測。然而，其局限性在于僅能實現(xiàn)單元素逐次分析，檢測效率受限于元素種類；原子化過程中可能因基體干擾或背景吸收導(dǎo)致結(jié)果偏差，需依賴化學(xué)分離或背景校正技術(shù)優(yōu)化。此外，儀器設(shè)備對實驗環(huán)境穩(wěn)定性要求較高，尤其是石墨爐原子化器的溫度控制精度直接影響檢測結(jié)果的重復(fù)性。

1.2原子熒光光譜法

原子熒光光譜法通過測量氣態(tài)原子受激發(fā)后產(chǎn)生的熒光信號進(jìn)行定量，其技術(shù)核心在于利用特定波長的激發(fā)光源使基態(tài)原子躍遷至激發(fā)態(tài)，當(dāng)這些激發(fā)態(tài)原子返回到基態(tài)時，會發(fā)射出特定波長的熒光，通過檢測熒光強(qiáng)度與元素濃度的關(guān)系實現(xiàn)對目標(biāo)物質(zhì)的分析[3]。該方法在食品中易形成氫化物的元素（如砷、硒、汞）檢測中表現(xiàn)優(yōu)異，尤其是對砷的形態(tài)分析具備獨特優(yōu)勢[4]。原子熒光光譜法的顯著特點是選擇性高，可通過氫化物發(fā)生技術(shù)將目標(biāo)元素轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氫化物，有效減少基體干擾，從而提升痕量檢測的靈敏度，檢測限通?？蛇_(dá) ng?L^-1 級別。此外，設(shè)備成本相對較低，適合中小型實驗室配置。但該技術(shù)對樣品前處理要求嚴(yán)格，需通過化學(xué)還原反應(yīng)生成氫化物，若反應(yīng)條件控制不當(dāng)可能導(dǎo)致生成效率波動，進(jìn)而影響檢測穩(wěn)定性[5]。同時，熒光信號易受光源穩(wěn)定性及環(huán)境光干擾，需通過光路屏蔽和信號增強(qiáng)模塊降低噪聲，且多元素同時檢測能力較弱，限制了其在復(fù)雜基質(zhì)樣品中的廣泛應(yīng)用。

1.3電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法以高溫等離子體為電離源，將樣品中的元素轉(zhuǎn)化為帶電離子，通過質(zhì)譜儀按質(zhì)荷比分離并檢測離子信號，從而實現(xiàn)多元素同時定量分析。其技術(shù)優(yōu)勢在于極高的靈敏度和較寬的動態(tài)范圍，檢測限可低至 pg?L^-1 級別，適用于食品中超痕量重金屬（如鉈、鈾）及稀土元素的精準(zhǔn)測定[6-7]。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)10種元素同步檢測，且線性范圍跨越多個數(shù)量級，提高了高通量檢測效率。電感耦合等離子體質(zhì)譜法對復(fù)雜基質(zhì)樣品兼容性較強(qiáng)，通過碰撞反應(yīng)池技術(shù)可有效抑制多原子離子干擾，提升結(jié)果可靠性。然而，其局限性主要體現(xiàn)在儀器購置與維護(hù)成本高昂，等離子體炬管和錐孔等核心部件易受高鹽或有機(jī)基質(zhì)污染，需頻繁清洗和更換。此外，樣品引入系統(tǒng)對液體進(jìn)樣的均一性要求極高，固體或高黏度樣品需通過微波消解等前處理轉(zhuǎn)化為均質(zhì)溶液，延長了檢測周期。

1.4 電化學(xué)分析法

電化學(xué)分析法通過測量待測物質(zhì)在電極表面的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的電流、電位或電量變化實現(xiàn)定量分析。該方法在食品中微量抗氧化劑、農(nóng)藥殘留的快速檢測中具有應(yīng)用潛力，尤其適合現(xiàn)場或便攜式檢測場景。電化學(xué)分析法的核心優(yōu)勢在于設(shè)備小型化、成本低且響應(yīng)迅速，例如差分脈沖伏安法可通過修飾電極表面納米材料顯著提升檢測靈敏度，而庫侖法則適用于微量成分的絕對定量[8]。近年來，基于絲網(wǎng)印刷電極的傳感器技術(shù)大幅簡化了操作流程，廣泛用于農(nóng)藥殘留檢測，能夠滿足即時檢測需求[]。然而，該方法的檢測靈敏度和選擇性高度依賴電極修飾材料的設(shè)計及電解液組成，復(fù)雜食品基質(zhì)中的共存物質(zhì)可能引發(fā)電極表面污染或競爭反應(yīng)，導(dǎo)致信號漂移或假陽性結(jié)果。此外，電化學(xué)方法的重復(fù)性與長期穩(wěn)定性較光譜或質(zhì)譜技術(shù)偏低，需通過電極再生或信號校準(zhǔn)維持準(zhǔn)確性，且多數(shù)研究仍處于實驗室階段，標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用體系尚未完全建立。

2提高食品中微量成分檢測準(zhǔn)確性的控制策略

2.1 加強(qiáng)檢測人員專業(yè)培訓(xùn)

檢測機(jī)構(gòu)需建立分層次、多維度的技術(shù)培訓(xùn)體系，以適配不同檢測方法的核心操作要求。 ① 針對原子吸收光譜法的基體干擾與背景校正難點，應(yīng)設(shè)計專項訓(xùn)練模塊，通過模擬高鹽食品樣品的前處理流程，強(qiáng)化技術(shù)人員對化學(xué)分離步驟的精準(zhǔn)控制能力。② 對于原子熒光光譜法，需重點開展氫化物發(fā)生階段的還原劑濃度優(yōu)化培訓(xùn)，結(jié)合典型含砷樣品的檢測案例，解析反應(yīng)條件波動對熒光信號穩(wěn)定性的影響機(jī)制。 ③ 電感耦合等離子體質(zhì)譜法的培訓(xùn)應(yīng)聚焦于復(fù)雜質(zhì)譜干擾識別，例如通過多原子離子扣除算法訓(xùn)練，提升技術(shù)人員對超痕量元素定量數(shù)據(jù)的解析精度。 ④ 電化學(xué)分析法則需融入新型電極修飾材料的應(yīng)用教學(xué)，指導(dǎo)技術(shù)人員根據(jù)食品基質(zhì)特性選擇適配的納米復(fù)合材料，同時結(jié)合差分脈沖伏安法實操演練，培養(yǎng)其對微弱電流信號的噪聲抑制能力。培訓(xùn)體系應(yīng)定期更新，引入虛擬仿真平臺模擬儀器異常工況，通過故障排除演練增強(qiáng)技術(shù)人員的應(yīng)變能力，確保不同檢測方法均能實現(xiàn)規(guī)范化操作。

2.2做好儀器設(shè)備維護(hù)管理

檢測機(jī)構(gòu)需依據(jù)不同技術(shù)的設(shè)備特性制訂差異化的維護(hù)規(guī)程。 ① 原子吸收光譜儀的石墨爐原子化器需實施動態(tài)壽命監(jiān)測，通過記錄加熱循環(huán)次數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)樣品回收率之間的相關(guān)性數(shù)據(jù)，建立預(yù)測性維護(hù)模型，避免因原子化效率下降導(dǎo)致檢測偏差[10]。② 原子熒光光譜儀的光路系統(tǒng)應(yīng)每季度進(jìn)行發(fā)散角校準(zhǔn)，使用汞燈標(biāo)準(zhǔn)光源驗證光強(qiáng)均勻性，同步檢查光電倍增管暗電流水平，確保低濃度熒光信號的捕獲靈敏度[1]。 ③ 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀需建立每日錐孔潔凈度評估流程，通過監(jiān)測內(nèi)標(biāo)元素信號強(qiáng)度衰減率，預(yù)判錐孔堵塞風(fēng)險，并采用超聲霧化器清洗結(jié)合惰性氣體吹掃技術(shù)延長部件使用壽命。所有維護(hù)操作需形成電子化臺賬，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的全流程追溯與風(fēng)險預(yù)警。

2.3嚴(yán)格控制檢測實驗環(huán)境

檢測機(jī)構(gòu)需構(gòu)建分級環(huán)境管控網(wǎng)絡(luò)以匹配不同技術(shù)的靈敏度需求。 ① 原子吸收光譜法與原子熒光光譜法的樣品預(yù)處理區(qū)需配置恒溫恒濕模塊，將相對濕度控制在 ±5% ，避免吸光度測定時因水分凝結(jié)或溫度漂移引入系統(tǒng)誤差[12]。 ② 電感耦合等離子體質(zhì)譜實驗區(qū)域需達(dá)到ISO5級潔凈度標(biāo)準(zhǔn)，安裝粒子計數(shù)器實時監(jiān)測空氣中 PM_0.3 濃度，同時配置主動隔震平臺以消除地面微振動對質(zhì)譜分辨率的干擾[3]。③ 電化學(xué)分析專用實驗室需采用全封閉法拉第籠結(jié)構(gòu)，結(jié)合雙絞線接地設(shè)計將電磁噪聲降至微伏級別，確保微電流檢測過程中伏安曲線的基線穩(wěn)定性。 ④ 所有實驗區(qū)域需實施動態(tài)氣流控制，例如在原子熒光氫化物發(fā)生裝置周邊設(shè)置局部負(fù)壓排風(fēng)，防止氣態(tài)產(chǎn)物擴(kuò)散污染鄰近檢測設(shè)備。

2.4科學(xué)聯(lián)用多種檢測技術(shù)

檢測機(jī)構(gòu)需通過方法協(xié)同策略構(gòu)建多維驗證體系。 ① 在重金屬總量分析中，可聯(lián)合使用原子吸收光譜法與電感耦合等離子體質(zhì)譜法，前者用于鉛、鎘等元素的高通量初篩，后者對初篩陽性樣本進(jìn)行鉈、鈾等超痕量元素的精確定量，通過結(jié)果互證規(guī)避單一方法的基體效應(yīng)干擾[14]。 ② 針對砷形態(tài)分析需求，可整合原子熒光光譜法與電化學(xué)分析法，利用氫化物發(fā)生－原子熒光光譜測定總砷含量，同時采用硫醇修飾電極的伏安法區(qū)分三價砷與五價砷的毒性差異。 ③ 對于抗氧化劑等有機(jī)微量成分，可建立電化學(xué)傳感器快速篩查與質(zhì)譜確證的雙通道流程，通過傳感器初步判定目標(biāo)物存在后，立即啟動質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測模式進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗證，顯著縮短復(fù)雜樣品的檢測周期。 ④ 技術(shù)聯(lián)用需配套開發(fā)數(shù)據(jù)融合算法，并設(shè)定置信區(qū)間閾值自動剔除離群值，提升結(jié)果的科學(xué)性與法律效力。

3結(jié)語

綜上所述，食品中微量成分的檢測對于保障食品安全和質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法以及電化學(xué)分析法等，各有其獨特的原理、技術(shù)特點與應(yīng)用范圍，為精準(zhǔn)檢測食品中的各類微量成分提供了有力支撐。同時，通過加強(qiáng)檢測人員專業(yè)培訓(xùn)、做好儀器設(shè)備維護(hù)管理、嚴(yán)格控制檢測實驗環(huán)境以及科學(xué)聯(lián)用多種檢測技術(shù)等控制策略，能夠有效提升檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。未來，隨著科技的不斷進(jìn)步，檢測技術(shù)有望進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展，控制策略也將持續(xù)完善，從而更高效、精準(zhǔn)地服務(wù)于食品微量成分檢測領(lǐng)域，為公眾的飲食健康筑牢堅實防線。

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