乳及乳制品中重金屬高通量檢測(cè)方法研究進(jìn)展

時(shí)秀全，秦虹

（中南大學(xué)湘雅公共衛(wèi)生學(xué)院，長(zhǎng)沙410000）

0 引 言

乳及乳制品在人們?nèi)粘ｏ嬍持姓加兄匾匚唬欢涑３霈F(xiàn)重金屬超標(biāo)等問題，嚴(yán)重危害人們的健康。因此，準(zhǔn)確高效地檢測(cè)出乳及乳制品中重金屬含量，對(duì)保障人類健康具有重要意義。目前應(yīng)用于乳及乳制品中重金屬檢測(cè)的技術(shù)較多，其中重金屬高通量檢測(cè)技術(shù)已迅速成為研究的熱點(diǎn)。但目前鮮有報(bào)道介紹近年來(lái)高通量檢測(cè)方法在重金屬檢測(cè)方面的應(yīng)用，尤其是在乳及乳制品方面的應(yīng)用。本文就常用的重金屬高通量檢測(cè)方法在乳及乳制品中應(yīng)用的最新進(jìn)展進(jìn)行了淺析和綜述，旨為其進(jìn)一步優(yōu)化創(chuàng)新及相應(yīng)的樣品前處理技術(shù)等技術(shù)的開發(fā)提供新思路，使其更好地服務(wù)于乳及乳制品中重金屬的高通量檢測(cè)。

1 原子熒光光譜法

原子熒光光譜法是在原子發(fā)射光譜法和原子吸收光譜法二者相結(jié)合的基礎(chǔ)上發(fā)展出的一種光譜分析技術(shù)，其通過測(cè)量待測(cè)元素的原子蒸汽在激發(fā)光源激發(fā)下吸收特定頻率的輻射所產(chǎn)生熒光的發(fā)射強(qiáng)度，以此來(lái)定量檢測(cè)待測(cè)元素的含量[1－2]。

原子熒光光譜法具有檢出限低、靈敏度高、準(zhǔn)確性好等特點(diǎn)，且線性范圍寬，線譜簡(jiǎn)單干擾小，適用于乳及乳制品中重金屬的同時(shí)測(cè)定。付倩等[3]采用微波消解-原子熒光光譜法對(duì)乳及乳制品中的汞和砷進(jìn)行檢測(cè)，所得汞和砷檢出限分別為0.15 μg/kg 和10.00 μg/kg，加標(biāo)回收率均在86.0%～93.7%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.1%～6.4%。雙龍等[4]采用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法同時(shí)測(cè)定牛奶中的鉛、砷，結(jié)果顯示，鉛的回收率均在100.5%～104.5%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.1%和1.3%；砷的回收率在96.5%～103.5%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.5%和0.9%。為達(dá)到較低的檢測(cè)限，常將氫化物發(fā)生器與原子熒光光度計(jì)聯(lián)用。海燕等[5]通過氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法建立了一種高靈敏度的分析方法來(lái)同時(shí)檢測(cè)汞和砷，該方法的檢出限汞為0.0004 μg/L，砷為0.0048 μg/L，較原子吸收光譜法及微波消解-原子熒光光譜法等大大降低了檢出限。

原子熒光光譜法也存在一些不足，如測(cè)定的金屬種類有限，主要用于汞、砷、鉛、鎘、鋅、銻、錫、銦、鈦等元素的檢測(cè)[6]；在應(yīng)用過程中還存在熒光淬滅效應(yīng)、散射光干擾等問題，尤其在復(fù)雜基體樣品檢測(cè)中容易出現(xiàn)干擾。目前已有12燈位多通道原子熒光光度計(jì)[7]一次可以檢測(cè)十二種元素，但關(guān)于多通道光譜儀檢測(cè)乳制品中重金屬的報(bào)道較少。

2 X 射線熒光光譜法

X 射線熒光光譜法的基本原理與原子熒光光譜法相似，即基態(tài)原子被X 射線激發(fā)至高能態(tài)，而后在去激發(fā)過程中發(fā)射出特征波長(zhǎng)的熒光，根據(jù)發(fā)射的熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析的一種方法[8-9]。利用該方法研發(fā)的多道分析儀可以同時(shí)測(cè)定二十多種元素的含量，分析元素范圍廣，測(cè)量的元素范圍包括周期表中從氟到鈾的所有元素[10]。

X 射線熒光光譜法相對(duì)于其他高通量檢測(cè)方法有兩大明顯優(yōu)勢(shì)。其一是樣品前處理簡(jiǎn)單，對(duì)于固態(tài)樣品可直接壓片分析而不需要任何化學(xué)處理，F(xiàn)er?nandes 等[11]利用X 射線熒光光譜儀對(duì)嬰幼兒奶粉中的重金屬進(jìn)行分析，直接分析奶粉樣品，減少了污染。對(duì)于液態(tài)物質(zhì)需要先干燥，但都省略了灰化、消解等費(fèi)時(shí)費(fèi)力的步驟。S?güt 等[12]采用 X 射線熒光光譜法同時(shí)檢測(cè)巴氏殺菌乳中包括銅、鉻、錳、鉛等在內(nèi)的25種元素的含量時(shí)，所有樣品在240 ℃的烘箱中干燥24 h后，用磨機(jī)研磨成粉末再進(jìn)行測(cè)量。其二是分析迅速，因樣品前處理簡(jiǎn)單，完整分析最快只需半小時(shí)左右。Perring 等[13]采用X 射線熒光光譜法定量檢測(cè)奶粉中的鐵、銅、鋅等元素，從樣品制備到最后定量整個(gè)完整的分析過程不到半個(gè)小時(shí)，而電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法則至少需要半天，測(cè)量時(shí)間顯著縮短。

X 射線熒光光譜法因分析元素范圍廣、分析快速、易于操作及便于進(jìn)行無(wú)損分析等特點(diǎn)，被廣泛用于食品、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等各領(lǐng)域中重金屬的高通量檢測(cè)。但該方法難于做絕對(duì)分析，所以定量分析需要標(biāo)樣，且對(duì)低濃度的元素?zé)o法有效測(cè)定。 因此，未來(lái)還應(yīng)致力于提高無(wú)標(biāo)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，以及進(jìn)一步提高檢測(cè)的精度。

3 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法是以電感耦合等離子炬為激發(fā)光源的一種光譜分析方法，樣品元素離子化后經(jīng)激發(fā)光源由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，在回歸基態(tài)時(shí)發(fā)射出特定的光譜，根據(jù)特定光譜及其強(qiáng)弱來(lái)進(jìn)行定性、定量分析[14-15]。電感耦合等離子炬是一種新型激發(fā)光源，性能優(yōu)異，原子發(fā)射光譜法用其做激發(fā)光源時(shí)，靈敏度和標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍都優(yōu)于其他激發(fā)光源。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法能同時(shí)檢測(cè)幾十種元素。Muller 等[16]通過選擇合適的測(cè)定元素的波長(zhǎng)，并對(duì)背景校正位置進(jìn)行優(yōu)化，建立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法同時(shí)測(cè)定奶粉中鎘、銅、錳、鉬、鉛等14 種元素的方法。該方法能有效減少干擾，滿足奶粉中多種重金屬元素高通量檢測(cè)的要求。Nascimento 等[17]采用封閉加壓和高性能微波消解爐處理樣品，通過電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法同時(shí)檢測(cè)人乳中的鉻、銅、錳、鎘、鉛等17 種元素，結(jié)果顯示該方法的回收率在83%～117%之間，檢出限達(dá)μg/L級(jí)。表明該方法檢出限低、精密度好、準(zhǔn)確度高。Luis等[18]通過電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法檢測(cè)酸奶中的銅、鉛、鎘、鉻、鎳等20 種元素，檢出限達(dá)μg/L級(jí)。這些方法的建立改變了以往要采用不同方法來(lái)檢測(cè)不同元素的繁瑣，與單元素分析方法相比，大大提高了檢測(cè)效率。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法靈敏度較高，因分析元素范圍廣及能同時(shí)測(cè)定多種元素，常用于乳及乳制品中元素成分含量的測(cè)定，是一種成熟的分析方法，適于工業(yè)化批量檢測(cè)。但此技術(shù)目前的局限性在于儀器昂貴、影響線譜強(qiáng)度的因素較多、樣品前處理繁瑣等。

4 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法是電感耦合等離子體與質(zhì)譜法聯(lián)合使用的一種分析方法，其基本原理是利用電感耦合等離子體將待測(cè)樣品汽化并離子化，隨后離子進(jìn)人質(zhì)譜儀按質(zhì)荷比進(jìn)行分離，根據(jù)質(zhì)譜信號(hào)強(qiáng)度來(lái)確定待測(cè)元素的濃度[19-20]。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法能同時(shí)檢測(cè)幾十種元素，且分析元素范圍廣，可檢測(cè)幾乎所有地球上的元素。Dubascoux 等[21]對(duì)樣品進(jìn)行壓力消解后，用電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定嬰幼兒配方奶粉中的砷、鎘、鈷、鉻、汞等 10 種元素，檢出限為μg/kg 級(jí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差在1.9%～9.8%之間。該方法分析速度快，檢出限低，精密度好。Zhou 等[22]利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)檢測(cè)牛奶中的銅、砷、鎘、鈷、鉛等22 種元素，檢出限為μg/L 級(jí)，加標(biāo)回收率在86.5%～123.3%之間。Azcarate 等[23]用N,N-二甲基甲酰胺一步溶解脫脂奶粉樣品，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法檢測(cè)砷、鎘、鉛、錳、鎳、鋅等24 種重金屬元素，檢出限為μg/L 級(jí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差在0.5%～7.4%之間。研究結(jié)果表明電感耦合等離子體質(zhì)譜法操作簡(jiǎn)便快速，準(zhǔn)確度高，且線性范圍廣，適用于乳及乳制品中重金屬高通量檢測(cè)。于趁等[24]建立一種基于碰撞池反應(yīng)-電感耦合等離子體質(zhì)譜法對(duì)乳及乳制品中多種元素進(jìn)行半定量分析的方法，該方法能夠有效消除干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉛、鎘、汞、銅、砷等72 種元素一次性快速檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果偏差為-19.6%～4.9%，實(shí)際樣品回收率為80.4%～104.9%，該方法具有良好的準(zhǔn)確度，能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得未知樣品中存在的金屬元素的信息。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法既能進(jìn)行多元素同時(shí)分析，又能保證較低的檢出限，因此被廣泛用于乳及乳制品中重金屬的合格檢查和安全監(jiān)控。此外，電感耦合等離子體質(zhì)譜法因具有良好的準(zhǔn)確性和精密度，可作為衡量新的檢測(cè)技術(shù)準(zhǔn)確性的參照方法。但是該方法也存在樣品的預(yù)處理較為繁瑣、易受污染、對(duì)難熔元素的檢測(cè)靈敏度不高、儀器價(jià)格較貴等局限性。

5 高效液相色譜法

高效液相色譜法的基本原理是通過高壓輸液系統(tǒng)把不同極性的溶劑、緩沖液等流動(dòng)相以一定流速泵入有固定相的色譜柱內(nèi)，各成分因分配系數(shù)不同被分離后進(jìn)入檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)[25－26]。

高效液相色譜法具有直接分析、簡(jiǎn)單快速、重復(fù)性好等特點(diǎn)，常與紫外/可見光檢測(cè)器聯(lián)用實(shí)現(xiàn)多種金屬元素的同時(shí)檢測(cè)。Alpdogan 等[27]采用分散液-液微萃取的方法結(jié)合高效液相色譜法對(duì)水樣中的鋁、鐵、銅及鉛進(jìn)行檢測(cè)，4 種離子的檢出限分別為10.7，30.4，48.3，53.8 ng/L；加標(biāo)回收率在95.0%～103.5%之間。Zhou 等[28]使用磁性納米粒子作為磁性固相萃取吸附劑同時(shí)預(yù)濃縮和測(cè)定樣品中的鎘、鉛及汞，在最佳條件下，3 種金屬離子的檢出限均在0.011～0.031 μg/L 范圍內(nèi)，且相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差在3.8%以內(nèi)，加標(biāo)回收率在97.5%～103.2%之間。相比于其他萃取技術(shù)，結(jié)合納米材料后的萃取方法明顯降低了檢出限，特別適用于金屬元素含量甚微的樣品檢測(cè)。楊林飛等[29]利用反相高效液相色譜法-紫外二極管矩陣檢測(cè)器建立了一種可以同時(shí)檢測(cè)6 種金屬元素的方法，該方法對(duì)鐵、鈷、鎳、銅、鋅、錳的檢出限分別是 4.0，5.0，4.8，3.0，4.8，6.0 μg/L；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為2.0%～3.8%，標(biāo)準(zhǔn)回收率為95%～108%，表明用該方法同時(shí)檢測(cè)食品中的這6種元素時(shí)穩(wěn)定性好、檢出限低、靈敏度高，為高通量檢測(cè)乳及乳制品中的重金屬提供一定參考。

高效液相色譜法相對(duì)于光譜法，操作簡(jiǎn)便、適用于復(fù)雜基質(zhì)的樣品，且靈敏度高、重復(fù)性好。但該方法檢測(cè)費(fèi)用高，流動(dòng)相消耗大且多數(shù)有毒，并且由于衍生試劑選擇的有限性，限制了高效液相色譜法在金屬離子檢測(cè)方面的廣泛應(yīng)用。

6 溶出伏安法

溶出伏安法是一種具有高靈敏度、選擇性的電化學(xué)分析方法，分為陽(yáng)極溶出伏安法和陰極溶出伏安法，重金屬檢測(cè)選用前者。陽(yáng)極溶出伏安法是以表面靜止的液體或固體電極為極化電極，在一定電位下，將待測(cè)金屬離子還原成金屬并富集在電極上，再改變兩邊電極的電位，使富集的金屬氧化重新溶出進(jìn)入溶液，在氧化過程中形成峰狀的電流-電壓曲線，峰電流的大小與被測(cè)金屬的濃度成正比[30-31]。

溶出伏安法基于不同的電化學(xué)反應(yīng)可以選擇不同的電極，從而達(dá)到不同的檢測(cè)目的。朱浩嘉等[32]應(yīng)用同位鍍汞陽(yáng)極溶出伏安法檢測(cè)牛奶中的鎘、鉛及銅3 種元素，在優(yōu)化條件下，鎘、鉛及銅的檢出限分別為0.06，0.30，0.10 μg/L；加標(biāo)回收率分別是 99.57%，101.3%，98.00%；所有相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差均小于5%。該方法檢出限低，并具有很好的穩(wěn)定性和抗干擾性。徐曉瑜等[33]采用石墨烯修飾電極差分脈沖溶出伏安法對(duì)多種食品中的鎘、鉛及銅元素進(jìn)行分析，所得鎘、鉛及銅的檢出限分別為0.003，0.0014，0.016 μg/L。該方法檢出限低、靈敏度高，適于乳及乳制品中痕量重金屬的高通量檢測(cè)。Shahbazi 等[34]采用微分脈沖陽(yáng)極溶出伏安法在懸汞電極上同時(shí)測(cè)定生牛乳中鎘、鉛、銅、鋅和硒元素的濃度，通過改變pH 來(lái)減少金屬離子的金屬間化合物效應(yīng)，結(jié)果顯示所有樣品中元素的回收率均在89%～99%之間，鎘、鉛、銅、鋅和硒的檢出限分別是0.12，0.25，0.04，0.05，0.14 μg/L。該方法檢出限低、樣品前處理簡(jiǎn)單、分析快速、便捷經(jīng)濟(jì)，有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

雖然溶出伏安法同時(shí)檢測(cè)的金屬元素不多，但相對(duì)其他大部分高通量檢測(cè)方法，其儀器設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低，便于推廣，在重金屬檢測(cè)領(lǐng)域中有很大的潛力和優(yōu)越性。

7 結(jié)束語(yǔ)

乳及乳制品已成為人們?nèi)粘ｏ嬍持械闹匾糠郑浒踩詰?yīng)當(dāng)受到重視。目前，中國(guó)乳制品行業(yè)發(fā)展迅速，除了建立健全的食品安全法規(guī)制度外，提高重金屬的檢測(cè)水平對(duì)于監(jiān)控食品污染情況、保障乳及乳制品安全亦具有重要意義。近年來(lái)，為了滿足批量檢測(cè)的需求，國(guó)內(nèi)外學(xué)者致力于研發(fā)高通量檢測(cè)技術(shù)。高通量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展給乳及乳制品重金屬污染檢測(cè)帶來(lái)了更加便捷快速的檢測(cè)方法。

文中介紹的這些檢測(cè)技術(shù)雖然目前還存在儀器貴或易受干擾或能同時(shí)檢測(cè)的元素不多等問題，但隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化和改進(jìn)，這些技術(shù)終將為食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域做出重大貢獻(xiàn)。未來(lái)乳及乳制品中重金屬高通量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展主要有以下幾個(gè)方向：（1）將更多的高通量檢測(cè)重金屬的技術(shù)應(yīng)用于乳及乳制品的檢測(cè)；（2）繼續(xù)提高高通量檢測(cè)技術(shù)的準(zhǔn)確性與精密度；（3）改進(jìn)各檢測(cè)技術(shù)中樣品相應(yīng)的預(yù)備和處理方法。總之，乳及乳制品中重金屬高通量檢測(cè)有望朝著更快捷、更準(zhǔn)確的方向發(fā)展。