食品中微量成分的檢測(cè)技術(shù)及控制策略分析

Analysis of Detection Technologies and Control Strategies for Trace Components in Food

LIWeiqing，LEI Saifen （Yunnan Sanzheng Technology Testing Co.，Ltd.， Kunming 65oooo， China）

Abstract： This article reviews the principles，applicable scenarios， advantages，and disadvantages of current common trace element detection technologies in food. It focuses on key control strategies to improve the reliability of detection results，proposing a comprehensive quality control path that includes enhancing personnel quality， optimizing instruments，controling the environment，and combining technologies，providing theoretical references for improving the food trace component detection system.

Keywords： food detection; trace components; quality control

食品中的微量成分是指在樣品中含量較低的成分，其含量雖低但會(huì)直接影響人體健康與食品安全。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外食品安全事件頻發(fā)，對(duì)檢測(cè)技術(shù)的靈敏度、準(zhǔn)確性提出了更高要求。傳統(tǒng)檢測(cè)手段已難以滿足復(fù)雜基質(zhì)中痕量成分的分析需求，因此需結(jié)合現(xiàn)代儀器分析技術(shù)，并完善檢測(cè)過(guò)程的質(zhì)量控制體系。本文從技術(shù)方法與控制策略兩方面展開(kāi)研究，旨在為食品微量成分檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化提供參考。

1常見(jiàn)的食品中微量成分檢測(cè)技術(shù)

1.1原子吸收光譜法

原子吸收光譜法基于原子蒸汽對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸收特性實(shí)現(xiàn)定量分析。其技術(shù)原理是通過(guò)光源發(fā)射待測(cè)元素的特征光譜，當(dāng)該光束通過(guò)高溫原子化器中的待測(cè)元素原子蒸汽時(shí)，基態(tài)原子會(huì)選擇性吸收特定波長(zhǎng)的光，導(dǎo)致光強(qiáng)度衰減，通過(guò)測(cè)定吸光度結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線即可計(jì)算出目標(biāo)元素的含量[1]。該方法適用于食品中重金屬元素（如鉛、鎘、汞等）及微量礦物元素（如鐵、鋅、鈣等）的檢測(cè)，尤其對(duì)金屬元素的痕量分析具有顯著優(yōu)勢(shì)[2。原子吸收光譜法的靈敏度較高，常規(guī)檢測(cè)限可達(dá) μg?L^-1 級(jí)別，且操作流程相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化，適合實(shí)驗(yàn)室批量檢測(cè)。然而，其局限性在于僅能實(shí)現(xiàn)單元素逐次分析，檢測(cè)效率受限于元素種類；原子化過(guò)程中可能因基體干擾或背景吸收導(dǎo)致結(jié)果偏差，需依賴化學(xué)分離或背景校正技術(shù)優(yōu)化。此外，儀器設(shè)備對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境穩(wěn)定性要求較高，尤其是石墨爐原子化器的溫度控制精度直接影響檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性。

1.2原子熒光光譜法

原子熒光光譜法通過(guò)測(cè)量氣態(tài)原子受激發(fā)后產(chǎn)生的熒光信號(hào)進(jìn)行定量，其技術(shù)核心在于利用特定波長(zhǎng)的激發(fā)光源使基態(tài)原子躍遷至激發(fā)態(tài)，當(dāng)這些激發(fā)態(tài)原子返回到基態(tài)時(shí)，會(huì)發(fā)射出特定波長(zhǎng)的熒光，通過(guò)檢測(cè)熒光強(qiáng)度與元素濃度的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的分析[3]。該方法在食品中易形成氫化物的元素（如砷、硒、汞）檢測(cè)中表現(xiàn)優(yōu)異，尤其是對(duì)砷的形態(tài)分析具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[4]。原子熒光光譜法的顯著特點(diǎn)是選擇性高，可通過(guò)氫化物發(fā)生技術(shù)將目標(biāo)元素轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氫化物，有效減少基體干擾，從而提升痕量檢測(cè)的靈敏度，檢測(cè)限通常可達(dá) ng?L^-1 級(jí)別。此外，設(shè)備成本相對(duì)較低，適合中小型實(shí)驗(yàn)室配置。但該技術(shù)對(duì)樣品前處理要求嚴(yán)格，需通過(guò)化學(xué)還原反應(yīng)生成氫化物，若反應(yīng)條件控制不當(dāng)可能導(dǎo)致生成效率波動(dòng)，進(jìn)而影響檢測(cè)穩(wěn)定性[5]。同時(shí)，熒光信號(hào)易受光源穩(wěn)定性及環(huán)境光干擾，需通過(guò)光路屏蔽和信號(hào)增強(qiáng)模塊降低噪聲，且多元素同時(shí)檢測(cè)能力較弱，限制了其在復(fù)雜基質(zhì)樣品中的廣泛應(yīng)用。

1.3電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法以高溫等離子體為電離源，將樣品中的元素轉(zhuǎn)化為帶電離子，通過(guò)質(zhì)譜儀按質(zhì)荷比分離并檢測(cè)離子信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)定量分析。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于極高的靈敏度和較寬的動(dòng)態(tài)范圍，檢測(cè)限可低至 pg?L^-1 級(jí)別，適用于食品中超痕量重金屬（如鉈、鈾）及稀土元素的精準(zhǔn)測(cè)定[6-7]。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)10種元素同步檢測(cè)，且線性范圍跨越多個(gè)數(shù)量級(jí)，提高了高通量檢測(cè)效率。電感耦合等離子體質(zhì)譜法對(duì)復(fù)雜基質(zhì)樣品兼容性較強(qiáng)，通過(guò)碰撞反應(yīng)池技術(shù)可有效抑制多原子離子干擾，提升結(jié)果可靠性。然而，其局限性主要體現(xiàn)在儀器購(gòu)置與維護(hù)成本高昂，等離子體炬管和錐孔等核心部件易受高鹽或有機(jī)基質(zhì)污染，需頻繁清洗和更換。此外，樣品引入系統(tǒng)對(duì)液體進(jìn)樣的均一性要求極高，固體或高黏度樣品需通過(guò)微波消解等前處理轉(zhuǎn)化為均質(zhì)溶液，延長(zhǎng)了檢測(cè)周期。

1.4 電化學(xué)分析法

電化學(xué)分析法通過(guò)測(cè)量待測(cè)物質(zhì)在電極表面的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的電流、電位或電量變化實(shí)現(xiàn)定量分析。該方法在食品中微量抗氧化劑、農(nóng)藥殘留的快速檢測(cè)中具有應(yīng)用潛力，尤其適合現(xiàn)場(chǎng)或便攜式檢測(cè)場(chǎng)景。電化學(xué)分析法的核心優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備小型化、成本低且響應(yīng)迅速，例如差分脈沖伏安法可通過(guò)修飾電極表面納米材料顯著提升檢測(cè)靈敏度，而庫(kù)侖法則適用于微量成分的絕對(duì)定量[8]。近年來(lái)，基于絲網(wǎng)印刷電極的傳感器技術(shù)大幅簡(jiǎn)化了操作流程，廣泛用于農(nóng)藥殘留檢測(cè)，能夠滿足即時(shí)檢測(cè)需求[]。然而，該方法的檢測(cè)靈敏度和選擇性高度依賴電極修飾材料的設(shè)計(jì)及電解液組成，復(fù)雜食品基質(zhì)中的共存物質(zhì)可能引發(fā)電極表面污染或競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，導(dǎo)致信號(hào)漂移或假陽(yáng)性結(jié)果。此外，電化學(xué)方法的重復(fù)性與長(zhǎng)期穩(wěn)定性較光譜或質(zhì)譜技術(shù)偏低，需通過(guò)電極再生或信號(hào)校準(zhǔn)維持準(zhǔn)確性，且多數(shù)研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用體系尚未完全建立。

2提高食品中微量成分檢測(cè)準(zhǔn)確性的控制策略

2.1 加強(qiáng)檢測(cè)人員專業(yè)培訓(xùn)

檢測(cè)機(jī)構(gòu)需建立分層次、多維度的技術(shù)培訓(xùn)體系，以適配不同檢測(cè)方法的核心操作要求。 ① 針對(duì)原子吸收光譜法的基體干擾與背景校正難點(diǎn)，應(yīng)設(shè)計(jì)專項(xiàng)訓(xùn)練模塊，通過(guò)模擬高鹽食品樣品的前處理流程，強(qiáng)化技術(shù)人員對(duì)化學(xué)分離步驟的精準(zhǔn)控制能力。② 對(duì)于原子熒光光譜法，需重點(diǎn)開(kāi)展氫化物發(fā)生階段的還原劑濃度優(yōu)化培訓(xùn)，結(jié)合典型含砷樣品的檢測(cè)案例，解析反應(yīng)條件波動(dòng)對(duì)熒光信號(hào)穩(wěn)定性的影響機(jī)制。 ③ 電感耦合等離子體質(zhì)譜法的培訓(xùn)應(yīng)聚焦于復(fù)雜質(zhì)譜干擾識(shí)別，例如通過(guò)多原子離子扣除算法訓(xùn)練，提升技術(shù)人員對(duì)超痕量元素定量數(shù)據(jù)的解析精度。 ④ 電化學(xué)分析法則需融入新型電極修飾材料的應(yīng)用教學(xué)，指導(dǎo)技術(shù)人員根據(jù)食品基質(zhì)特性選擇適配的納米復(fù)合材料，同時(shí)結(jié)合差分脈沖伏安法實(shí)操演練，培養(yǎng)其對(duì)微弱電流信號(hào)的噪聲抑制能力。培訓(xùn)體系應(yīng)定期更新，引入虛擬仿真平臺(tái)模擬儀器異常工況，通過(guò)故障排除演練增強(qiáng)技術(shù)人員的應(yīng)變能力，確保不同檢測(cè)方法均能實(shí)現(xiàn)規(guī)范化操作。

2.2做好儀器設(shè)備維護(hù)管理

檢測(cè)機(jī)構(gòu)需依據(jù)不同技術(shù)的設(shè)備特性制訂差異化的維護(hù)規(guī)程。 ① 原子吸收光譜儀的石墨爐原子化器需實(shí)施動(dòng)態(tài)壽命監(jiān)測(cè)，通過(guò)記錄加熱循環(huán)次數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)樣品回收率之間的相關(guān)性數(shù)據(jù)，建立預(yù)測(cè)性維護(hù)模型，避免因原子化效率下降導(dǎo)致檢測(cè)偏差[10]。② 原子熒光光譜儀的光路系統(tǒng)應(yīng)每季度進(jìn)行發(fā)散角校準(zhǔn)，使用汞燈標(biāo)準(zhǔn)光源驗(yàn)證光強(qiáng)均勻性，同步檢查光電倍增管暗電流水平，確保低濃度熒光信號(hào)的捕獲靈敏度[1]。 ③ 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀需建立每日錐孔潔凈度評(píng)估流程，通過(guò)監(jiān)測(cè)內(nèi)標(biāo)元素信號(hào)強(qiáng)度衰減率，預(yù)判錐孔堵塞風(fēng)險(xiǎn)，并采用超聲霧化器清洗結(jié)合惰性氣體吹掃技術(shù)延長(zhǎng)部件使用壽命。所有維護(hù)操作需形成電子化臺(tái)賬，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的全流程追溯與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

2.3嚴(yán)格控制檢測(cè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境

檢測(cè)機(jī)構(gòu)需構(gòu)建分級(jí)環(huán)境管控網(wǎng)絡(luò)以匹配不同技術(shù)的靈敏度需求。 ① 原子吸收光譜法與原子熒光光譜法的樣品預(yù)處理區(qū)需配置恒溫恒濕模塊，將相對(duì)濕度控制在 ±5% ，避免吸光度測(cè)定時(shí)因水分凝結(jié)或溫度漂移引入系統(tǒng)誤差[12]。 ② 電感耦合等離子體質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)區(qū)域需達(dá)到ISO5級(jí)潔凈度標(biāo)準(zhǔn)，安裝粒子計(jì)數(shù)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣中 PM_0.3 濃度，同時(shí)配置主動(dòng)隔震平臺(tái)以消除地面微振動(dòng)對(duì)質(zhì)譜分辨率的干擾[3]。③ 電化學(xué)分析專用實(shí)驗(yàn)室需采用全封閉法拉第籠結(jié)構(gòu)，結(jié)合雙絞線接地設(shè)計(jì)將電磁噪聲降至微伏級(jí)別，確保微電流檢測(cè)過(guò)程中伏安曲線的基線穩(wěn)定性。 ④ 所有實(shí)驗(yàn)區(qū)域需實(shí)施動(dòng)態(tài)氣流控制，例如在原子熒光氫化物發(fā)生裝置周邊設(shè)置局部負(fù)壓排風(fēng)，防止氣態(tài)產(chǎn)物擴(kuò)散污染鄰近檢測(cè)設(shè)備。

2.4科學(xué)聯(lián)用多種檢測(cè)技術(shù)

檢測(cè)機(jī)構(gòu)需通過(guò)方法協(xié)同策略構(gòu)建多維驗(yàn)證體系。 ① 在重金屬總量分析中，可聯(lián)合使用原子吸收光譜法與電感耦合等離子體質(zhì)譜法，前者用于鉛、鎘等元素的高通量初篩，后者對(duì)初篩陽(yáng)性樣本進(jìn)行鉈、鈾等超痕量元素的精確定量，通過(guò)結(jié)果互證規(guī)避單一方法的基體效應(yīng)干擾[14]。 ② 針對(duì)砷形態(tài)分析需求，可整合原子熒光光譜法與電化學(xué)分析法，利用氫化物發(fā)生－原子熒光光譜測(cè)定總砷含量，同時(shí)采用硫醇修飾電極的伏安法區(qū)分三價(jià)砷與五價(jià)砷的毒性差異。 ③ 對(duì)于抗氧化劑等有機(jī)微量成分，可建立電化學(xué)傳感器快速篩查與質(zhì)譜確證的雙通道流程，通過(guò)傳感器初步判定目標(biāo)物存在后，立即啟動(dòng)質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)證，顯著縮短復(fù)雜樣品的檢測(cè)周期。 ④ 技術(shù)聯(lián)用需配套開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)融合算法，并設(shè)定置信區(qū)間閾值自動(dòng)剔除離群值，提升結(jié)果的科學(xué)性與法律效力。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，食品中微量成分的檢測(cè)對(duì)于保障食品安全和質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法以及電化學(xué)分析法等，各有其獨(dú)特的原理、技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用范圍，為精準(zhǔn)檢測(cè)食品中的各類微量成分提供了有力支撐。同時(shí)，通過(guò)加強(qiáng)檢測(cè)人員專業(yè)培訓(xùn)、做好儀器設(shè)備維護(hù)管理、嚴(yán)格控制檢測(cè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及科學(xué)聯(lián)用多種檢測(cè)技術(shù)等控制策略，能夠有效提升檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。未來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步，檢測(cè)技術(shù)有望進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展，控制策略也將持續(xù)完善，從而更高效、精準(zhǔn)地服務(wù)于食品微量成分檢測(cè)領(lǐng)域，為公眾的飲食健康筑牢堅(jiān)實(shí)防線。

參考文獻(xiàn)

[1]王云鵬.原子吸收光譜法在食品微量元素檢測(cè)中的優(yōu)化路徑探討[J].中國(guó)食品工業(yè)，2024（6）：100-102.

[2]孫琛，周鳳盈，王殿奎，等.原子吸收光譜法在食品重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用分析[J].中國(guó)食品工業(yè)，2023（8）：75-76.

[3]袁源，陳海杰，蒲海欽，等.微波消解-原子熒光光譜法同時(shí)測(cè)定植物源性食品中的痕量硒和鍺[J]分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2020，36（6）：889-894.

[4]高文紅，李雪菲，楊靜田，等.原子熒光光譜法測(cè)定食品中總砷的方法驗(yàn)證及不確定度分析[J].中外食品工業(yè)，2024（17）：34-37.

[5]劉春麗.氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測(cè)定大米中總砷含量樣品前處理方法的改進(jìn)[J]安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2020，26（21）：121-123.

[6]賴志堅(jiān)，陳秋玲，劉國(guó)偉，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定不同產(chǎn)地蓮子心中19種金屬元素及其主成分分析[J].食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào)，2025，16（4）：185-193.

[7]黃鑫彥，胡曉菁.石墨消解-電感耦合等離 子體質(zhì)譜法測(cè)定食品中16種稀土元素[J]糧食與油 脂，2024，37（10）：159-162.

[8]陳林林，宋佳琪，王玲，等.差分脈沖伏安法對(duì)果蔬中亞硝酸鹽和抗壞血酸的同時(shí)測(cè)定[J]食品工業(yè)科技，2023，44（5）：267-276

[9]黃若涵，謝顯娟，龔梓琪，等.基于絲網(wǎng)印刷電極的農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展[J]食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào)，2024，15（20）：217-224.

[10]余政軍，尹小紅，李海林，等.原子吸收分光光度計(jì)石墨爐原子化法故障排除及原因分析[J].分析測(cè)試技術(shù)與儀器，2022，28（3）：308-311.

[11]李春林.原子熒光光譜儀的使用與日常維護(hù)[J]云南化工，2018，45（2）：201-202.

[12]張歡歡，劉興，王繼勇，等.石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定糧食中重金屬的質(zhì)量控制措施[J].糧食科技與經(jīng)濟(jì)，2021，46（2）：77-79.

[13]蔣一嵐，苗心向，呂海兵，等.潔凈室內(nèi)工作活動(dòng)對(duì)光學(xué)表面潔凈質(zhì)量的影響因素分析[J].潔凈與空調(diào)技術(shù)，2023（3）：1-4.

[14]任翊，胡雨，陳丹丹，等.原子吸收光譜法與電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定肉制品中重金屬含量的研究[J]糧食與食品工業(yè)，2023，30（3）：59-63.