食品重金属检测技术研究进展

刘扬

摘 要：食品重金属污染会危害人体健康，准确、快速地检测食品中重金属含量已成为食品安全领域的研究重点。本文总结了食品重金属检测技术的应用情况，并对不同检测技术的优缺点及原理进行阐述，以期为食品重金属检测工作提供理论参考。

关键词：重金属；检测技术；应用；食品

Research Progress of Heavy Metal Detection

Technologies in Food

Abstract： Heavy metal pollution in food will endanger human health. Accurate and rapid detection of heavy metal content in food has become the focus of research in the field of food safety. This paper summarizes the application of food heavy metal detection technology， and expounds the advantages and disadvantages and principles of different detection technologies， in order to provide a theoretical references for food heavy metal detection.

Keywords： heavy metals; detection technology; application; food

重金屬是指密度大于5 g·cm-3，在低浓度下具有毒性的金属和类金属。重金属污染则主要是指由铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）以及砷（As）等生物毒性显著的重金属及其化合物引起的污染。重金属主要通过3种途径（食物摄入、吸入、皮肤接触）进入人体，其中食物摄入被认为是主要途径（＞90%）。

食品中的重金属污染主要源于动植物对重金属的富集以及食品在加工、贮存、运输等过程中引入的污染。重金属不能被生物降解，且容易在人体内累积，会对人体正常生理功能产生一定干扰，从而引起头痛、高血压、过敏等症状，甚至会导致神经损伤及癌症。

食品中的重金属含量通常是痕量级的，这就对相关检测技术提出了更高的要求。目前，国内外食品中重金属检测技术主要有紫外分光光度法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、原子发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法等，不同的检测技术在应用范围、检测效率及准确性等方面都有所不同。

1 紫外分光光度法

紫外分光光度法是利用待测重金属元素与显色剂发生络合反应，生成稳定的有色络合物，依据该络合物在特定波长下的吸光度对重金属含量进行分析。紫外分光光度法易于操作，成本较低，但其检出限较高，且检测结果易受显色剂干扰，因此该方法不适用于对检测结果精度要求高的试样。陈意光等[1]采用紫外分光光度法对食品模拟物中的六价铬和铝进行测定，六价铬的检出限（Limit of Detection，LOD）为10 ng·mL-1，回收率为82.0%～101%；铝的LOD为25 ng·mL-1，回收率为82.2%～108%。该方法操作简单、准确高效。WEN等[2]采用四氯化碳液-液微萃取富集分光光度法对水和食品中镉的含量进行测定，LOD为0.5 ng·L-1，加标回收率为97.8%～106%，该方法环境友好、快速、简单，与萃取富集结合使用可显著降低镉的检出限。

2 原子吸收光谱法

原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectroscopy，

AAS）由澳大利亚物理学家A.Walsh提出，在食品、药品、环境等检测领域已得到广泛应用。该方法通过雾化和燃烧待测溶液中的重金属离子，使其转化为基态原子蒸气，进而对特征光谱相应原子共振辐射线吸收强度进行分析。根据原子化方式的不同，可分为火焰原子吸收光谱法（Flame Atomic Absorption Spectroscopy，FAAS）、石墨炉原子吸收光谱法（Graphite Furnace Atomic Absorption Spectroscopy，GFAAS）、氢化物发生原子吸收光谱法（Hydride Generation Atomic Absorption Spectrometry，HGAAS）和冷原子吸收光谱法（Cold Vapor Atomic Absorption Spectrometry，CVAAS）。FAAS是一种易于操作、成本相对较低的方法，但其灵敏度较低，不适用于痕量水平的金属元素测定。GFAAS的检出限较低、灵敏度高，适用于超痕量水平的重金属元素测定，但其分析范围较窄，测定速度较慢，耗时较长。HGAAS主要用于汞、砷、硒的测定，该方法能对待测重金属元素进行分离和富集，可降低干扰，大大提高检测的灵敏度。CVAAS适用于汞和镉的测定，是测定汞最推荐的方法之一。AKKAYA等[3]建立了磁分散固相微萃取技术与石英缝管-火焰原子吸收光谱相结合的方法检测土耳其红茶样品中铅的含量，LOD为7.77 ?g·L-1，定量限（Limit of Quantitation，LOQ）为25.9 ?g·L-1，加标浓度为100.0 ?g·L-1和300.0 ?g·L-1时回收率分别为110.1%±4.5%和102.9%±4.2%，与传统的FAAS相比，该方法可将铅检测能力提高64.3倍。刘艺等[4]采用GFAAS对河鲜中镉的含量进行检测，蟹黄、蟹肉、虾肉、虾黄中镉的含量分别为0.153 mg·kg-1、0.025 mg·kg-1、0.032 mg·kg-1和0.044 mg·kg-1，回收率为96.441%～98.485%，相对标准偏差（Relative Standard Deviation，RSD）在0.007%～0.047%。

3 原子荧光光谱法

原子荧光光谱法（Atomic Fluorescence Spectrometry，AFS）通过激发基态原子，完成能态的跃迁，将特征波长的原子荧光发射出来，通过测定原子荧光强度对重金属含量进行分析。周晓雅等[5]采用高效液相色谱-原子荧光光谱联用法（High Performance Liquid Chromatography-Atomic Fluorescence Spectrometry，HPLC-AFS）测定海鱼样品的甲基汞含量，RSD在3.83%～7.45%，加标回收率在65.3%～80.0%，LOD为0.008 mg·kg-1。该方法分析时间短，满足测试要求，适用于一般实验室操作。GABRIELA等[6]采用冷蒸气原子荧光光谱法对罗非鱼的汞含量进行测定，该方法的LOD和LOQ分别为0.118 ?g·dm-3和0.394 ?g·dm-3，回收率为98.3%～104.3%。

4 原子发射光谱法

原子发射光谱（Atomic Emission Spectrometry，AES）是无机定性和定量分析的主要方法之一。电感耦合等离子体-原子发射光谱法（Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry，ICP-AES）是利用高頻感应电流将反应试样进行激发达成激发态，根据元素发出的特征谱线进行测定，能够有效地对食品中的重金属元素进行定性及定量分析，具有灵敏度高、稳定性好、可对多种金属元素同时进行测定等优点。微波等离子体-原子发射光谱（Microwave Plasma-Atomic Emission Spectrometry，MP-AES）是一种新型检测技术，利用微波导波技术将磁电耦合聚集，激发产生等离子体，与使用高纯氩气的等离子体方法比较，大大降低了仪器运行成本。张喜琦等[7]采用ICP-AES对酱腌菜中钡的含量进行测定，该方法的精密度为0.93%～1.88%，加标回收率为90.0%～104.2%，LOD为1.0 μg·L-1，该方法分析效率高、操作简便，是一种值得推广的钡含量检测方法。张萍等[8]利用MP-AES测定食用坚果油中的8种金属元素，通过优选分析谱线以及合适的内标元素等消除干扰，线性相关系数≥0.999 2，LOD为0.02～0.12 μg·g-1，加标回收率为90%～110%，RSD≤5.9%，该方法简单快速、准确可靠。

5 电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体-质谱法（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrum，ICP-MS）可以将引入的试样通过高温离子源变为离子状态，经由离子采集系统进入质谱仪，根据质荷比进行检测分析，可同时测定多种元素，适用于痕量及超痕量元素分析，具有线性范围广、分析速度快、检出限低、干扰较少且易于消除等优势。FU等[9]采用电感耦合等离子体串联质谱法测定药食同源植物中4种重金属元素（As、Cd、Hg和Pb）。结果显示，As、Cd、Hg和Pb的线性相关系数分别为0.999 9、1.000 0、1.000 0和0.999 9，As、Cd、Hg和Pb的LOD分别为1.36 ng·L-1、0.97 ng·L-1、0.85 ng·L-1和0.64 ng·L-1，As、Cd、Hg和Pb的RSD分别为1.2%、0.9%、2.3%和1.7%，该方法能准确、快速地检测药食同源植物中的有毒重金属。ZOU等[10]采用高效液相色谱联用电感耦合等离子体三重四极杆质谱法对蘑菇中的砷含量进行测定，线性范围为0.5～100 ?g·L-1，LOD和LOQ为分别为2.5～10 ?g·kg-1（S/N=3）和8～33 ?g·kg-1（S/N=10），该方法已成功应用于8个蘑菇品种（266个样品）中砷的检测和形态分析。

6 结语

综上所述，传统的重金属检测技术存在一定的局限性，如仪器设备运行成本偏高、检测范围有限等。随着食品安全检测技术的不断进步，现代重金属检测技术也得到了进一步完善和发展，主要表现在以下几个方面。①由单元素检测技术向大批量、低含量、多元素检测技术发展，如紫外分光光度法、AAS法只能进行单元素分析，检测效率较低。目前，可采用ICP-AES、MP-AES、ICP-MS技术进行多元素分析。对于复杂基质食品样品中重金属元素的测定，可采用ICP-MS/MS技术，通过二级质谱量转移消除干扰，从而实现精准检测。②由食品中重金属元素总量测定转向重金属的形态和价态的深度分析。由于重金属化合物形态不同，毒性也不同。因此，对重金属进行形态和价态分析，对科学、客观评估食品中重金属污染的健康风险以及保证食品安全具有重要意义。利用LC/HPLC-AFS或LC/HPLC-ICP-MS等联用技术可进行分离检测，实现食品样品中重金属形态分析及精准检测。③基于多学科交叉的快速检测方法是今后食品重金属检测技术发展的重要方向，更多仪器联用技术联合使用将推进食品重金属检测技术的发展与深入，高效、准确、无损的多元素在线检测技术将得到广泛应用。

参考文献

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