糧食重金屬檢測技術的研究進展

◎ 越婷婷

（白城市糧油質量監測站，吉林 白城 137000）

檢測糧食中重金屬元素含量，在保障食品安全、維護人體健康、保護生態環境以及促進農產品質量監管和國際貿易等方面均具有重要意義[1]。因此，探討糧食中重金屬檢測技術的發展態勢具有非常重要的意義。

1 糧食中重金屬檢測的傳統方法

1.1 電感耦合等離子體質譜法

電感耦合等離子體質譜法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS）結合了電感耦合等離子體（ICP）和質譜儀（MS）的技術。原理是將樣品轉化為離子狀態并導入高溫的電感耦合等離子體中，形成穩定且高溫的等離子體[2]；在等離子體中，樣品中的原子和分子會被電離，形成正離子，隨后這些離子進入質譜儀根據質荷比被分離和檢測，從而確定不同元素的含量。

ICP-MS 系統需要復雜的儀器設備，包括電感耦合等離子體發生器、質譜儀和氣體供應系統，設備成本較高。同時該方法對環境要求嚴格，包括潔凈區域、高純度氣體等，因此運行和維護成本相對較高。

1.2 原子熒光光譜法

原子熒光光譜法（Atomic Fluorescence Spectroscopy，AFS）具有基于原子的光譜吸收和發射特性。AFS 通過激發待測樣品中的目標元素原子使其躍遷到高能級，然后通過測量其發射出的特定波長的熒光信號強度來確定目標元素的含量。

AFS 在元素分析范圍上存在一定的限制，主要用于檢測可被激發產生熒光的元素，對于其他元素可能不太適用。因此，在某些情況下，樣品可能需要使用其他分析方法進行全面的元素檢測。在使用AFS 進行分析之前，通常需要對樣品進行前處理，如酸溶解、稀釋或萃取等[3]。這些前處理步驟可能會影響分析的準確性和效率，并增加分析的復雜性。在某些樣品或基質中，可能存在來自基質的干擾，導致測量的準確性和靈敏度降低，需要采取適當的校正和補償方法予以解決。

1.3 火焰原子吸收光譜法

火焰原子吸收光譜法（Flame Atomic Absorption Spectroscopy，FAAS）是利用原子吸收光譜儀來分析樣品中金屬元素的吸收特性，從而確定元素的含量[4]。該方法是基于原子吸收光譜原理進行分析，樣品經過適當的前處理（如溶解、稀釋等），然后被噴入具有高溫火焰的燃燒器中[5]；在火焰中，樣品中的重金屬元素被激發成原子態，并吸收特定波長的光；通過測量樣品吸收光的強度，可以確定樣品中重金屬元素的濃度。

FAAS 通常一次只能分析一個元素，因此對于多元素需要進行多次分析或使用其他技術。樣品中的某些成分可能會對分析結果產生干擾，導致準確性降低，因此對于成分復雜的樣品，可能需要進行適當的前處理或者采用其他更適合的技術。

2 糧食中重金屬檢測技術新發展及應用價值

2.1 石墨爐原子吸收光譜法

石墨爐原子吸收光譜法（Graphite Furnace Atomic Absorption Spectroscopy，GFAAS）是基于原子吸收光譜對樣品進行分析的技術。樣品中的重金屬元素要通過適當的前處理（如溶解、稀釋等），轉化為可測量的形式，然后注入石墨爐中，升溫至較高溫度，使樣品中的重金屬元素被蒸發和原子化；在石墨爐中，通過外部光源引入特定波長的光，樣品中的重金屬元素會吸收光的特定波長；通過測量吸收光的強度，可以確定樣品中重金屬元素的濃度。

GFAAS 相對于傳統的火焰AAS，在糧食重金屬檢測中有一些新技術突破。GFAAS 對于某些重金屬元素具有比AAS 更高的靈敏度，石墨爐的特殊結構和溫度控制可以集中樣品中的重金屬，使其在測量過程中更容易被檢測到，提高了靈敏度。GFAAS 能夠通過選擇合適的分析波長，并結合元素的多種譜線，提高對不同重金屬元素的選擇性。由于高靈敏度和選擇性，GFAAS 可以實現較低的檢出限，即可以檢測到濃度非常低的重金屬元素。

2.2 液相色譜-質譜聯用法

應用液相色譜-質譜聯用法（Liquid Chromatography-Mass Spectrometry，LC-MS）檢測糧食重金屬元素前，需對待測樣品進行適當的前處理，如溶解、提取、稀釋等。將前處理后的樣品注入液相色譜系統中，在液相色譜柱中，樣品中的化合物會根據其化學性質和相互作用特點被分離成不同的組分；在色譜柱的出口處，將分離的化合物引入質譜儀中，化合物會被電離為帶電粒子，并根據其質荷比進行加速、分離和檢測；通過質譜儀接收到的離子信號，可以確定樣品中各化合物的質量和相對豐度；通過與標準物質比對和校準曲線，可以確定待測樣品中重金屬元素的含量。

LC-MS 結合了液相色譜和質譜的優勢，具有非常高的靈敏度，即使在樣品中存在微量的重金屬元素，也能夠被準確、可靠地檢測到。由于質譜分析的特點，LC-MS 可通過監測化合物的特定質荷比提高選擇性，避免樣品中其他干擾物質的影響，提高了分析的準確性和可靠性。同時，LC-MS 可以覆蓋寬泛的線性范圍，即從低濃度到高濃度該方法都能保持可靠的定量結果，這對于分析不同濃度水平的樣品非常重要。

2.3 電化學方法

電化學方法作為糧食重金屬檢測的一種技術手段，在靈敏度、選擇性、快速性和多元素分析等方面有顯著的技術突破，這些突破使電化學方法在糧食重金屬檢測領域具有廣泛的應用前景。電化學方法主要包括恒電位階梯伏安法、陽極溶出法、極譜法等新型檢測技術。

電化學方法具有很高的靈敏度，可以檢測出濃度低至μg·L-1甚至更低濃度的重金屬元素。電化學方法可以通過選擇合適的工作電極和電位，針對不同的重金屬元素進行檢測，從而排除其他干擾物質的影響，提高對樣品特定重金屬元素分析的選擇性和準確性。電化學方法具有實時性和快速性優勢，分析過程簡單，操作便捷，省時省力。相比其他分析方法，如原子吸收光譜法等，電化學方法的分析時間更短，適用于大批量樣品的快速分析。電化學方法具有同時測定多種重金屬元素的能力，可實現多元素的同時分析，這對于糧食重金屬檢測來說非常重要，因為糧食中可能含有多種重金屬元素，需要一次性進行全面和綜合的分析。

2.4 光學傳感技術

光學傳感技術基于指定配體與金屬離子之間的相互作用，通過測量光學信號的變化來定量分析重金屬含量。檢測過程中，根據目標金屬離子的性質和特點，選擇適合的配體。配體通常是一種具有高親和力的分子，可以與目標金屬離子發生特異性的配位反應。當配體與金屬離子結合時，會導致光學性質的變化（如吸收、熒光或散射等），產生的光學信號經過光學傳感器內部的信號轉換和放大機制，在光學檢測器中轉化為電信號。通過信號處理和數據分析過程，并與預先建立的標準曲線或校準樣品進行比對，得出目標金屬離子的濃度值。

光學傳感技術在糧食重金屬檢測中在檢測速度、選擇性、靈敏度、便攜性和實時監測方面有所突破。①光學傳感技術使用光學信號進行檢測，具有快速響應和實時監測的特點，相比其他傳統方法，它可以更快地完成樣品分析，提高檢測效率。②光學傳感技術可以通過設計合適的配體，利用與目標金屬離子之間的相互作用，實現對特定重金屬離子的選擇性識別和檢測。③光學傳感技術基于光學信號進行檢測，因此可以實現對低濃度重金屬離子的高靈敏度檢測。④光學傳感技術可以采用便攜式設備進行操作，無須復雜的儀器和實驗條件，這使得它在實際應用中具有廣泛的適用性，并且可以實現實時監測和快速反饋。

2.5 電子束誘導衍射光譜技術

電子束誘導衍射光譜技術（Electron Backscatter Diffraction Spectroscopy，EBDS）是一種用于材料表征和晶體結構分析的技術，利用電子束與材料表面發生背散射現象，通過分析背散射電子的能量和角度，獲得樣品的晶體結構信息。在檢測糧食中的重金屬時，對樣品照射電子束并收集衍射信號，通過電子背散射圖像的處理和解析，得到晶體結構的取向、相位和晶粒等信息，結合樣品的詳細特征和相關數據，可以對糧食中的重金屬含量和分布進行定量和定性評估。

EBDS 技術在糧食重金屬檢測中具有非破壞性、高靈敏度、高空間分辨率和快速分析等技術優勢。通過對晶界、晶粒和晶體取向的觀察和測量，可以了解重金屬元素在糧食樣品中的分布情況和形態特征，這對于糧食中重金屬來源、遷移和轉化規律的研究具有重要意義。

3 結語

糧食重金屬檢測在保障食品安全、合規監管、質量控制與追溯、農產品出口和生態環境保護方面有重要意義。重金屬檢測技術在不斷發展和創新的過程中，逐漸突破了傳統檢測技術壁壘，在提高檢測質量和速度的同時，也在很大程度上壓縮了檢測成本。石墨爐原子吸收光譜法、液相色譜-質譜聯用法、電化學方法、光學傳感技術和電子束誘導衍射光譜技術等新技術的突破提高了重金屬元素含量檢測和分析的準確性，為糧食安全監測和控制提供了可靠保障。未來，希望各種技術能夠得到繼續優化和完善，為糧食產業提供更加可靠和有效的重金屬檢測方法，從而加強對糧食生產環節的監管和控制，減少重金屬污染物的輸入，共同營造安全可靠的糧食環境。