食品中鎘元素檢測方法的研究進展

賈桂琪

（安徽中青檢驗有限公司，安徽合肥 230088）

目前，用于檢測食品中鎘含量的技術發展迅速，主要是基于實驗室儀器設備等的精確檢測方法和現場快速檢測技術，包括石墨爐原子吸收光譜法（Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry，GFAAS）、火焰原子吸收光譜法（Flame Atomic Absorption Spectrometry，FAAS）、原子發射光譜法（Optical Emission Spectrometry，OES）、電感耦合等離子體質譜法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS）和激光誘導擊穿光譜法（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）等儀器方法，以及酶聯免疫法、電化學分析法等快檢方法，對樣品進行相應的前處理后，能高效精準地對Cd進行定性篩查和定量檢測。在不同的介質和需求背景下，Cd的精準定量檢測各不相同，具有顯著的技術差異性。

1 鎘元素的檢測方法

1.1 原子吸收光譜法

原子吸收光譜法檢測Cd的原理是通過將Cd元素原子化，Cd基態原子對Cd原子的特征性輻射光產生共振吸收從基態躍遷到激發態，輻射光減弱的程度和被測Cd元素的含量成正比，從而測定Cd元素含量。原子吸收光譜法是一種傳統檢測技術，與其他大型檢測儀器相比，成本更低、檢測速度快、操作簡單。但該方法每次只能對一種元素進行分析。

使用石墨爐方法進行糧食中Cd含量的測定時，前處理十分重要，包括干燥、去溶劑、灰化、原子化等步驟。胡秀智[1]采用硝酸和高氯酸混合作為酸解液，電熱板加熱濕法消解處理糧食樣本，GFAAS方法的最終檢出限為0.9 μg·kg-1，加標回收率為92.4%～102.4%。此類濕法處理具有良好的檢出靈敏度和基質消解能力，但需要混合酸等試劑，操作時對人員的技術要求較高。李謙等[2]建立了基于酸浸提離子浮選的GFAAS方法，對大米基質中的Cd檢出限為3.0 μg·kg-1，定量限為9.0 μg·kg-1，相關系數大于0.99，同時降低了用酸量等試劑成本。

1.2 原子發射光譜法

原子發射光譜法是將待測樣本中的金屬元素或部分非金屬元素通過熱能或電能激發使其從基態躍遷到激發態，當其返回到基態時會發射出特征光譜，從而對目標元素進行定性或定量分析。胡小玲等[3]建立了電感耦合等離子體發射光譜法（Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer，ICP-OES）測定大米中的鎘含量，使用微波消解法前處理樣本，線性范圍為0～5.0 mg·L-1，檢出限為0.02 mg·kg-1，相對標準偏差為0.42%。近年來發展的新型原子化器件介質阻擋微等離子體使光譜儀走向了小型化的道路，其具有體積小、結構簡單、能耗低、工作溫度低、樣品解離/激發能力強等特點，適合于分析儀器的微型化和便攜化。介質阻擋放電是低溫等離子體，通常由兩個平行電極組成，電極表面覆蓋有電介質，當兩極間加上交流高壓或脈沖時，兩極間的氣體被擊穿發生介質阻擋放電。JIANG等[4]研制出小體積便攜式介質阻擋放電原子發射光譜儀（Dielectric Barrier Discharge-Atomic Emission Spectrometer，DBD-AES）測量大米中的鎘含量，其檢出限為11.9 μg·kg-1，相對標準偏差（Relative Standard Deviation，RSD）小于5.8%，該裝置的前處理只需要將大米使用稀酸預溶解即可，總體分析時間少于11 min。然而，上述方法需使用酸，除設備的小型化外，降低樣本前處理的煩瑣程度也是重要的發展方向，如無須進行前處理直接固體樣品進樣。另外一種典型的離子源為等離子體噴射原子發射光譜儀（Plasma Jet-Atomic Emission Spectrometer，PJAES）內置高能微波激發源產生高溫等離子體，用于直接燒蝕固體，將樣品蒸發、霧化并激發產生發射光譜，根據內置檢測器確定樣品的成分和含量。

1.3 電感耦合等離子質譜法

ICP-MS在測定無機元素方面具有顯著優勢，由于質譜檢測器的存在，其檢出限可低至pg級，具備精密度高、標準曲線線性范圍寬、多元素同時測定等優點，當前多數高端商品化的產品還配備了碰撞池，能打碎元素在離子化過程中形成的多聚體，對于復雜基質具有強抗干擾能力，同時可借助同位素內標，實現對樣本中目標元素的精準定性定量，回收率校準極為方便。但是，相比其他檢測方法，ICP-MS需要的場地維護和使用成本較高，對操作人員的技術要求也相對較高。葛文靜等[5]利用小麥基質比較了3種典型Cd檢測方法的差異性，結果表明在定量數據方面，GFAAS、ICP-MS和快速測定X射線熒光光譜法無顯著差異，但是ICP-MS方法的精確度和穩定性最優。在應對復雜基質方面，蔡松韜等[6]使用ICP-MS/MS法檢測嬰幼兒谷類輔助食品中的Cd含量，結果顯示該類樣品中的主要基質干擾來源于高濃度的鉬元素所形成的Mo基多原子干擾離子（MnO+、MoN+，MoC+）以及Sn所形成的同量異位素，采用O2為反應氣可消除Cd的測定干擾，最終定量限為2.03～13.4 ng·L-1。ICP-MS法具有良好的抗基質干擾和穩定性，在Cd污染大米相關的研究中使用廣泛。WEI等[7]的研究發現，Cd在水稻籽粒中的含量從外麩皮層到胚乳層逐步降低，并且籽粒中不同類型的蛋白結合Cd的含量也存在差異，蛋白結合Cd含量降低的順序為球蛋白＞白蛋白＞谷蛋白＞醇溶蛋白。

1.4 激光誘導擊穿光譜法

激光誘導擊穿光譜（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）是一種新興的元素分析方法，其原理是利用高能激光脈沖燒蝕樣品并產生等離子體，在湮滅過程中，等離子體會釋放出相應元素的特征譜線，通過提取分析光譜信號即可實現元素含量的有效測定。實際上，該方法的原理最早于1962年就被提出并一直處于發展狀態，隨著傳感器技術的進步而逐步受到重視，其優勢為樣品預處理簡單、檢測速度快、多元素同時鑒定分析以及實驗成本較低等，該技術還不受樣品形態的影響，可廣泛用于固體、液體和氣體的元素分析。LIBS早期在環境和食品領域多應用于土壤、水體和蔬菜等基質中，何秀文等[8]證明了LIBS快速檢測大米中Cd含量的可行性，基于構建的定標分析模型發現原子譜線Cd I 228.8具有較高的線性相關性，可作為大米Cd元素的快速檢測信號。為進一步改善LIBS分析方法中Cd信號的靈敏度，雙脈沖激光誘導擊穿光譜（Double Pulse Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，DP-LIBS）、微波輔助激光誘導擊穿光譜（Microwave-Assisted Induced Breakdown Spectroscopy，MA-LIBS）、薄膜制樣等技術手段被整合到前處理和分析過程中，大幅提高了目標元素的光譜強度，改善了基質干擾問題，優化后的定量限最低可達1.60 μg·g-1。牛金明等[9]利用基底輔助技術，選用Cd2+214.44 nm譜線建立了單變量定標模型，結合偏最小二乘法等分析算法，得到大米中Cd的定量分析檢測限為1.71 mg·kg-1，同時分析了LIBS技術的不足之處主要是雙光束和微波等前處理方法的檢測靈敏度距離國家標準要求還有差距，GB 2762—2017中規定的限量值是0.2 mg·kg-1，通過化學手段富集樣品再檢測則降低了該技術的便捷性，且成本升高。

1.5 拉曼光譜法

拉曼光譜技術的原理是當光照射到物質分子上時會發生彈性散射和非彈性散射，其中非彈性散射的散射光為一種散射光譜，通過對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析，可得到分子振動、轉動等方面的信息。與其他光譜不同的是，拉曼光譜在頻率、強度和偏振方面具有獨特的信號特征，基本的拉曼光譜信號常用于定性測試，在特定條件下也可用于定量檢測，與紅外光譜類似，通過標準濃度的樣品確定峰強度和濃度之間的標曲后，即可實施定量分析。拉曼光譜應用于重金屬元素的檢測中，具有基質應用范圍廣的優點，包括固體、液體、氣體、氣溶膠等有機和無機成分均可以進行定量分析。此外，拉曼光譜是一種無損檢測技術，無須對樣品進行額外的前處理過程，結合特定的傳感器和算法，能夠實施快速的目標元素檢測。

SONG等[10]建立了一種簡便的紙層析表面增強拉曼光譜分離檢測方法，利用4-巰基苯甲酸分子對金納米粒子進行改性，構成三明治結構，成功檢測到大米粉樣品中的Cd、Cu和Ni等金屬元素信號，檢出限均低于1.0 μmol·L-1，該紙層析傳感器的均勻性和穩定性均符合檢測需求，且制作簡單。

1.6 酶聯免疫分析技術

重金屬免疫分析技術的核心是制備針對目標金屬元素的螯合物，從而制備人工抗原。酶聯免疫吸附法（Enzyme-Linked Immunosorbent Assay，ELISA）的常見應用方法是在獲得符合要求的單克隆抗體后，按照需求使用間接競爭法或直接競爭法制備方便攜帶和操作、具有良好穩定性和適合靈敏度的紙層析傳感器，即快速檢測試紙條，通常與微波消解、稀酸快速浸提、濕法消化等前處理方法配合使用。重金屬的間接競爭ELISA方法的基本原理是在載體上包被重金屬完全抗原，樣品中添加過量的螯合劑將所有游離態金屬離子螯合，二者會與單克隆抗體上的結合位點競爭性結合，之后通過酶標記抗體和底物進行顯色。一步法的區別在于包被的是重金屬抗體，酶標記已知濃度的重金屬-螯合物復合物。

易翠平等[11]利用雙功能螯合劑乙二胺四乙酸（Ethylene Diamine Tetraacetic Acid，EDTA）螯合Cd2+，偶聯卵白蛋白和牛血清蛋白，獲得了兩株特異性較高的雜交瘤細胞，建立的Cd間接競爭ELISA方法IC50達到了1 150 ng·mL-1，檢出限為260 ng·mL-1，與多數金屬離子交叉較弱，但與Hg2+存在較強交叉。王良哲等[12]建立了大米、玉米和小麥粉等谷物樣本中Cd熒光定量檢測方法，所用抗體為Cd-EDTA螯合免疫并經多輪篩選獲得，使用鹽酸-甲醇-水體系快速浸提，建立的方法線性范圍是1～40 ng·mL-1，IC50達到了8.105 ng·mL-1，檢出限為0.401 ng·mL-1，該方法具有較高的靈敏度，同時在與儀器方法的比對中驗證具有良好的穩定性。

2 結語

對大米中鎘含量進行檢測的傳統方法有各類光譜法、色譜法以及儀器聯用等方法。一些常規檢測方法的檢出限低，可對鎘含量進行痕量分析，并具有較高的準確度，但往往儀器操作復雜且專業，檢測耗時較長，成本較高。隨著Cd對食品的污染日益加重，需根據不同的情況選擇不同的檢測方法，本文通過對各類方法的優缺點進行分析，為食品中鎘含量的檢測方法選擇提供依據。