食品中重金屬污染物的高效檢測技術及其在食品安全領域中的應用

摘 要：本文介紹食品中常見重金屬污染物及其危害，闡述食品中重金屬污染物的高效檢測技術及其在食品安全領域中的應用，旨在提高重金屬污染物檢測的效率、精確度和靈敏度，為全面保障食品安全提供有力的技術支撐。

關鍵詞：重金屬污染；食品安全；檢測技術

Efficient Detection Technology of Heavy Metal Contaminants in Food and Its Application in Food Safety Field

CHAI Xinyue

（Shenzhen Agricultural Science and Technology Promotion Center， Shenzhen 518000， China）

Abstract： This paper introduces the common heavy metal pollutants in food and their hazards， describes the efficient detection technology of heavy metal pollutants in food and its application in the field of food safety， aiming to improve the efficiency， accuracy and sensitivity of heavy metal pollutants detection， and provide strong technical support for the comprehensive protection of food safety.

Keywords： heavy metal pollution; food safety; testing technology

食品安全是關系國計民生的重大問題，其中重金屬污染已成為影響食品安全的重要因素之一。重金屬元素如汞、鉛、鎘等具有較強的毒性，可通過食物鏈富集并最終危害人體健康。近年來，隨著工農業的快速發展，重金屬污染日益嚴重，農產品、水產品乃至飲用水等都面臨著不同程度的重金屬污染風險。為保障食品安全，及時發現和控制重金屬污染，迫切需要發展高效、快速、靈敏的重金屬檢測技術。目前，電感耦合等離子體質譜法、原子吸收光譜法、X射線熒光光譜法等檢測技術已在食品重金屬分析領域得到廣泛應用，極大地提升了檢測效率和精確度。本文開展食品中重金屬污染的高效檢測技術研究，深入探討其在農產品、水產品、飲用水等領域的實際應用，對于全面提升我國食品安全水平、保障人們的身體健康具有重要意義。

1 食品中常見重金屬污染物及其危害

食品中常見的重金屬污染物主要包括汞、鉛、鎘、砷和鉻等[1]。這些重金屬元素雖然在自然界廣泛存在，但過量攝入會對人體健康產生嚴重危害。汞是一種劇毒元素，主要來源于工業廢水、農藥和燃煤排放等，可通過食物鏈富集于魚類、貝類等水產品中。汞進入人體后會損傷神經系統、免疫系統和腎臟，引發如手足口病、情緒障礙等疾病。鉛污染多見于農產品。其來源包括鉛酸蓄電池、含鉛涂料和汽油等。鉛會干擾兒童智力和行為發育，導致記憶力下降、注意力缺失等問題。成年人長期接觸鉛可能誘發心血管疾病。鎘主要來自電鍍、電池生產等工業過程，易富集于稻米、蔬菜等農作物中。鎘對腎臟和骨骼的危害較大，可引起如腎小管損傷、骨質疏松等疾病。砷污染在地下水中較為常見，無機砷化物的毒性極強，可致癌、致畸，損害皮膚和神經系統。鉻廣泛用于電鍍、制革等行業。六價鉻是強致癌物，還會刺激皮膚和消化道黏膜。

2 食品中重金屬污染物的高效檢測技術

2.1 電感耦合等離子體質譜法

電感耦合等離子體質譜法是目前食品中重金屬污染物檢測的“金標準”。它利用高溫等離子體將樣品霧化、原子化和電離，再通過質量分析器按照質荷比分離各種離子，最后由檢測器接收離子信號并轉換為相應元素的定量信息[2]。電感耦合等離子體質譜法的優勢在于檢出限低（可達ppt級）、線性動態范圍寬（ng·L-1至mg·L-1）、分析速度快（可同時測定多種元素）和抗干擾能力強等。但樣品基體復雜時，仍需優化前處理方案和儀器參數，以克服基體效應和同量異位素干擾。電感耦合等離子體質譜法可用于食品中多種重金屬元素的同時定量分析，如汞、鉛、鎘、砷和鉻等。隨著儀器性能的不斷提升和前處理技術的日益成熟，電感耦合等離子體質譜法有望在更廣泛的食品基質中實現重金屬的精確定量，為食品安全監測提供有力的技術支撐[3]。

2.2 原子吸收光譜法

原子吸收光譜法是食品重金屬分析領域的經典技術之一。其基本原理是基于基態原子對特定波長光的吸收。即當光源發射出的特征波長的光通過含有待測元素的原子蒸汽時，這些原子會吸收一定量的光能，導致光強度減弱。通過測量這種減弱的程度，可以確定樣品中該元素的濃度。原子吸收光譜法具有光譜特征性強、靈敏度高、選擇性好和精密度高等優點，尤其適用于痕量重金屬的檢測。但樣品基體往往較為復雜，為消除基體干擾，需采用合適的背景校正技術，如氘燈校正、塞曼效應校正等。根據原子化方式不同，原子吸收光譜法可分為火焰原子吸收光譜法和石墨爐原子吸收光譜法。火焰原子吸收光譜法的特點是分析速度快、操作簡便，可用于食品中銅、鋅等含量相對較高的重金屬元素分析；石墨爐原子吸收光譜法的特點是基體允許量大、檢出限更低，可實現痕量汞、鎘等元素的靈敏檢測。近年來，原子吸收光譜法不斷與自動進樣、流動注射、在線富集等聯用，進一步提升了檢測的自動化程度和分析通量，在農產品、水產品、飲用水等食品基質的重金屬檢測中得到了廣泛應用。

2.3 X射線熒光光譜法

X射線熒光光譜法在食品重金屬檢測領域具有獨特優勢。X射線熒光光譜法的原理是當樣品受到高能X射線激發時，內層電子會被剝離，形成電子空穴；外層電子遷移填充空穴時，會釋放出與元素特征相對應的熒光X射線。通過測定該熒光輻射的能量或波長，即可對樣品中的元素種類和含量進行定性定量分析。X射線熒光光譜法的突出特點是前處理簡單（通常只需研磨和壓片）、分析速度快（數十秒即可完成測試）、重現性好以及無化學試劑消耗等，尤其適合固體樣品的直接測定。根據激發源和分光系統的差異，X射線熒光光譜法可分為波長色散型X射線熒光光譜法和能量色散型X射線熒光光譜法兩大類。波長色散型X射線熒光光譜法具有熒光強度高、分辨率佳以及可實現精確定量的特點；能量色散型X射線熒光光譜法具有結構緊湊、價格低廉以及可實現便攜式和在線測量的特點。總的來說，X射線熒光光譜法憑借其獨特的技術優勢，在農產品、水產品等固態食品重金屬（如鉛、汞、砷等）快速篩查和現場分析中發揮著日益重要的作用，與電感耦合等離子體質譜法、原子吸收光譜法等形成了有效互補，為食品重金屬污染的全面監控提供了有力保障。

2.4 納米材料修飾電極技術

納米材料修飾電極技術是近年來發展起來的一種新型食品重金屬污染物檢測方法。常用的納米材料包括納米金、納米銀、納米鉑、碳納米管和石墨烯等[4]。其中，碳納米管和石墨烯具有優異的導電性、較大的比表面積和良好的吸附性能，可有效富集重金屬離子，提高檢測靈敏度。納米材料修飾電極技術的檢測原理是通過納米材料表面與重金屬離子的相互作用，如靜電吸附、螯合配位等，將重金屬離子選擇性地富集于電極表面，再通過電化學方法如伏安法、陽極溶出伏安法等進行定量檢測。與傳統的電化學檢測方法相比，納米材料修飾電極技術具有靈敏度高、選擇性強、檢測限低和響應速度快等優勢，可實現食品中痕量重金屬的快速、靈敏檢測。此外，納米材料修飾電極制備簡單、成本低廉，易于實現產業化生產和推廣應用。目前，納米材料修飾電極技術已成功應用于果蔬、谷物、茶葉和水產品等多種食品基質中汞、鉛、鎘和砷等重金屬污染物的高效檢測，為食品安全風險監控提供了新的技術手段。隨著納米材料制備工藝的不斷優化以及表征手段的日益完善，納米材料修飾電極技術有望在食品重金屬污染檢測領域得到更加廣泛的應用。

3 高效檢測技術在食品安全領域中的應用

3.1 農產品中重金屬污染檢測

農產品中的重金屬污染問題備受關注。電感耦合等離子體質譜法、原子吸收光譜法、原子熒光光度法和X射線熒光光譜法在農產品重金屬檢測中均有廣泛應用。林浩[5]采用微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定糙米與精米中鉛、鎘、砷、汞等9種重金屬元素。結果表明，該方法的消解時間短、效率高，可實現痕量重金屬的同時定量。趙鎖勞等[6]使用原子吸收光譜法和原子熒光光度法測定了西安市10種蔬菜80個樣品中銅、鋅、汞、砷、鉛、鉻和鎘的含量。結果表明，西安市蔬菜中重金屬污染較為嚴重，其中鉛是主要污染元素，總體合格率為86.6%。馬江媛等[7]基于能量色散X射線熒光光譜分析技術對茶葉檢測條件進行優化。結果表明，該方法無須復雜的樣品前處理，僅需將茶樣研磨、壓片后即可直接測定，分析速度快、通量高，檢出限在0.2～1.0 mg·kg-1。此外，該研究還揭示了不同產地茶葉的重金屬污染特征及潛在風險，對于優化茶葉種植、加工和質量安全控制具有重要的指導意義。

3.2 水產品中重金屬污染檢測

水產品因其特殊的生長環境和食物鏈富集效應，極易遭受重金屬污染。在水產品重金屬檢測領域，原子吸收光譜法得到了廣泛應用。例如，李超男等[8]利用石墨爐原子吸收光譜法測定牡蠣中鎘元素含量。結果表明，該方法表現出良好的線性關系（相關系數為0.997 4），檢出限為0.002 mg·kg-1，定量限為0.004 mg·kg-1。加標回收率在91.0%～99.3%，相對標準偏差在0.13%～0.16%。該方法簡便易行、準確性高且具有良好的實用性與精密度，特別適用于牡蠣中鎘含量的檢測。

3.3 飲用水中重金屬污染檢測

飲用水是人體重金屬暴露的主要途徑之一，其質量安全直接關系到人們的身體健康。在飲用水重金屬檢測中，電感耦合等離子體質譜法、原子吸收光譜法和X射線熒光光譜法均有重要應用。例如，肖明發等[9]采用電感耦合等離子體質譜法測定生活飲用水中痕量釩、鈾的含量。結果顯示，釩和鈾的檢測線性相關系數r均超過0.999 9，釩的檢出限為0.02 ng·mL-1，鈾的檢出限為0.01 ng·mL-1。此方法具有較寬的線性范圍、較低的檢出限，且能快速、準確地完成檢測，適合用于生活飲用水中微量釩、鈾的測定。所建方法快速靈敏，為飲用水重金屬健康風險評估提供了可靠的支持支撐。靳鳳珍[10]利用氫化物發生-原子吸收光譜法測定水中的砷。結果表明，該方法的專屬性強，可實現無機砷不同價態的形態分析，有助于揭示砷的地球化學行為及其健康危害機制。

4 結語

食品中重金屬污染的高效檢測技術在保障食品安全方面發揮著至關重要的作用。電感耦合等離子體質譜法、原子吸收光譜法和X射線熒光光譜法等技術在農產品、水產品和飲用水等領域的廣泛應用，極大地提高了重金屬污染物檢測的效率、精確度和靈敏度。未來，隨著檢測儀器性能的不斷提升、樣品前處理技術的持續優化以及新型檢測方法的不斷涌現，食品重金屬污染檢測將向著更快速、更準確、更便捷的方向發展。同時，多種檢測技術的優勢互補和聯用將進一步提升檢測能力，為全面保障食品安全、維護公眾健康提供更加可靠的技術支撐。

參考文獻

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[7]馬江媛，桑曉霞，李葉麗，等.基于能量色散X射線熒光光譜分析技術對茶葉檢測條件的優化[J].食品與發酵工業，2020，46（4）：282-286.

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[9]肖明發，林捷.電感耦合等離子體質譜法測定生活飲用水中痕量釩、鈾[J].中國衛生工程學，2023，22（5）：607-609.

[10]靳鳳珍.流動注射氫化物發生-原子吸收光譜法測定水中砷[J].中國保健營養，2012，22（6）：611-612.

作者簡介：柴昕岳（1988—），男，廣東深圳人，碩士，助理研究員。研究方向：重金屬檢測。