食品中重金屬污染物的檢測方法研究

楊立佳，霍寶陽，馬國慶，張雅雯

（天津量信檢驗認證技術有限公司，天津 300462）

近年來，食品安全問題頻發(fā)，其中食品中重金屬污染成為最受關注的公共事件之一。重金屬污染物可能會對人類健康產生嚴重影響，因此對其進行可靠、快速的檢測具有重要意義。食品中常見的重金屬污染物包括鉛、汞、鎘和鉻等，其主要來源涉及工業(yè)排放和環(huán)境污染。為了確保食品的質量和安全性，有必要對食品中重金屬污染物的檢測方法進行研究。隨著科學技術的進步，已出現(xiàn)了許多新的檢測方法，如原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質譜法、X射線熒光光譜法等。這些方法具有快速、準確和靈敏等特點，能夠適應不同類型的食品樣品的檢測需求，為食品安全監(jiān)測提供了重要工具。

1 食品中重金屬污染物的種類

食品中重金屬污染物主要包括鉛、汞、鎘和鉻等。鉛是食品中最常見的重金屬污染物之一，鉛污染主要來自鉛管的腐蝕、陶土制品的釉面、農藥和肥料中的鉛等。長期攝入鉛會導致神經系統(tǒng)損害、貧血、生殖系統(tǒng)異常等健康問題。汞也是一種常見的食品中重金屬污染物，汞污染主要來源于工業(yè)廢水和廢氣中的排放以及含汞魚類的攝入。長期攝入過量的汞會造成神經系統(tǒng)受損、免疫系統(tǒng)功能下降等健康問題。鉻污染可能導致皮膚過敏、免疫系統(tǒng)異常等健康問題。

2 食品中重金屬污染物的危害

2.1 重金屬的攝入途徑

（1）食物攝入。重金屬可以通過污染的農產品、水產品和食品加工過程中的材料進入人體。農產品和水產品的重金屬污染主要來自土壤和水源的污染，而食品加工過程中使用的材料和容器也可能含有重金屬物質[1-3]。人們通過食物攝入的方式，將重金屬帶入消化系統(tǒng)，并進一步吸收到血液中。

（2）吸入。人們也可以通過呼吸系統(tǒng)吸入重金屬。重金屬可以以固體粉塵或氣體的形式存在于空氣中，如工業(yè)排放和燃煤產生的煙塵。

2.2 重金屬的健康風險和危害

（1）神經系統(tǒng)。重金屬如鉛、汞和鎘能夠累積在神經系統(tǒng)中，干擾神經細胞的正常功能。長期接觸重金屬可能導致神經系統(tǒng)損傷，引發(fā)頭痛、肌肉無力、記憶力減退以及神經衰弱等癥狀。

（2）呼吸系統(tǒng)。長期吸入含有重金屬（如鉛、鎘和鉻）的空氣，會對人體呼吸系統(tǒng)產生危害。重金屬能夠引起肺部炎癥和纖維化，導致呼吸困難、氣喘、咳嗽等癥狀。

（3）消化系統(tǒng)。攝入過量的重金屬可能對消化系統(tǒng)產生損害。例如，鉛和鎘能夠引起胃潰瘍、腹瀉和惡心等胃腸道癥狀。

（4）腎臟和肝臟。重金屬的積累會對腎臟和肝臟產生嚴重的影響。鎘、鉛和汞等重金屬會使腎臟和肝臟臟器功能減退，導致腎臟病和肝臟疾病的發(fā)生。

（5）生殖系統(tǒng)。重金屬對生殖系統(tǒng)也具有潛在的危害。某些重金屬如鉛和汞可能損害男性和女性的生殖能力，影響生育能力和胎兒發(fā)育。

3 食品中重金屬污染物的檢測方法

3.1 原子吸收光譜法

原子吸收光譜法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）是一種經典、準確的重金屬分析方法，它通過測量金屬離子特定波長的可見光吸收來確定食品樣品中金屬元素的含量。常見的AAS方法包括火焰原子吸收光譜法（Flame Atomic Absorption Spectrometry，F(xiàn)AAS）和石墨爐原子吸收光譜法（Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry，GFAAS）。FAAS是一種廣泛應用于食品中重金屬污染物檢測的方法，它利用火焰產生的高溫條件，將樣品中的金屬元素原子化，并通過測量其在特定波長下吸收的可見光強度計算金屬元素的含量。FAAS具有分析速度快、儀器成本低、易于操作等特點，適合大批量樣品的快速分析。但FAAS的靈敏度較低，對于低濃度金屬元素的分析有一定限制。GFAAS是一種在FAAS基礎上改進的原子吸收光譜方法，它使用石墨爐作為樣品的加熱裝置，通過控制加熱過程中的溫度程序，可以提高金屬元素的靈敏度和準確性。GFAAS能夠分析更小的樣品量，并具有較低的檢測限，適用于對低濃度金屬元素進行分析，如鉛、鎘等[4-7]。

進行AAS分析時，需要對食品樣品進行消解處理，將金屬元素從食品基質中釋放出來，常用的消解方法包括酸溶解和微波消解。消解處理后需要將消解液進行稀釋，并使用氣體燃燒（如乙炔-氧氣火焰或氫-氧氧化鉀火焰）或石墨爐進行分析。分析過程中，需要測量樣品吸收的可見光強度，并與標準曲線或標準溶液進行比較，從而計算樣品中金屬元素的含量。

3.2 原子熒光光譜法

原子熒光光譜法（Atomic Fluorescence Spectrometry，AFS）利用金屬離子在電磁場中發(fā)射熒光的特性，通過測量熒光光譜信號進行定量分析。AFS具有高靈敏度、高選擇性和較低檢測限等優(yōu)勢，特別適用于微量重金屬分析。AFS的原理是基于熒光現(xiàn)象，當樣品中含有金屬元素時，經過適當?shù)募ぐl(fā)條件（如光源或電磁輻射），金屬離子會吸收能量并發(fā)射熒光。熒光的發(fā)射波長和強度與樣品中金屬元素的種類和濃度相關。因此，通過測量熒光光譜信號的特定波長、強度和時間，可以確定樣品中金屬元素的含量。AFS可以對多種金屬元素進行同時分析，包括銅、鋅、鉛、汞和鎘等重金屬。

與其他分析方法相比，AFS具有許多優(yōu)勢。①AFS具有高靈敏度，可以檢測到低濃度的重金屬。②AFS具有高選擇性，可以準確區(qū)分和定量分析食品中不同的金屬元素[8-10]。③AFS的儀器設備相對簡單、操作方便，可以實現(xiàn)快速分析，適用于大批量樣品的檢測。

3.3 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）是一種常用的重金屬分析方法，具有高靈敏度、高選擇性和廣泛的分析范圍。ICP-MS利用專用的儀器設備，通過將樣品中的金屬元素離子化，從而進行質量和離子信號分析。該方法結合了電感耦合等離子體源和質譜檢測器的特點，能夠同時檢測多種金屬元素，并達到極低的濃度檢測限。ICP-MS的原理是在高溫下，使用電感耦合等離子體源將樣品中的金屬元素轉化為離子，并將其引入質譜儀中進行分析。在ICP源中，離子化的金屬元素經過加熱并與惰性氣體（通常是氬氣）發(fā)生碰撞，從而形成高溫等離子體。在此等離子體中，金屬離子會被電場加速并從等離子體中抽出。在質譜儀中，經過分子分散區(qū)和離子篩分區(qū)，質量和離子信號將被分析器捕獲，并根據(jù)其質量和離子信號進行定量檢測和分析。

ICP-MS具有眾多的優(yōu)點。①具有高靈敏度，能夠檢測到非常低濃度的金屬元素，達到ppb（μg·L-1）甚至ppt（ng·L-1）級別的檢測限。②ICP-MS具有高選擇性，能夠對多種金屬元素進行同時分析。③ICP-MS具有廣泛的分析范圍，能夠檢測周期表中大部分金屬元素，包括鐵、銅、鋅、鉛、汞和鎘等重金屬元素。

3.4 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

電感耦合等離子體發(fā)射光譜（Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer，ICP-OES）使用專用的儀器設備，其中包括一個電感耦合等離子體源和一個光譜分析器[11]。在ICP源中，樣品被噴入高溫等離子體中，與電極產生的放電相互作用，導致樣品中的金屬元素離子化。在此過程中，樣品中的金屬離子被激發(fā)，并在退激過程中放出特定波長的光。這些發(fā)射的光信號被光譜分析器捕獲，并轉化為光譜圖像。通過比對標準品測量結果或利用校準曲線，可以計算出樣品中金屬元素的含量。

ICP-OES的優(yōu)點之一是具有廣泛的線性范圍，可以在不同濃度范圍內進行多種金屬元素的定量分析。此外，ICP-OES還具有低檢測限的優(yōu)勢，通?？梢赃_到ppb至ppt級別的檢測限。這使得ICPOES成為高靈敏度的分析技術，可以檢測到食品中微量的重金屬污染物。

3.5 X射線熒光光譜法

X射線熒光光譜（X-ray fluorescence spectrometry，XRF）檢測采用的是非破壞性的方法，無須對樣品進行預處理，可以直接進行分析。這使得XRF成為一種快速、高效的分析技術，通常只需要幾分鐘就可以得到分析結果，特別適用于大批量樣品的分析[12-13]。此外，XRF還具有多元素分析的能力，可以同時分析樣品中的多種重金屬元素，這對于食品樣品中可能同時存在多個重金屬污染物的情況非常重要。

XRF檢測的原理是將樣品暴露于X射線中，X射線與樣品中的原子相互作用，在此過程中，樣品中的原子核被激發(fā)，并以特定能量釋放出特征X射線。這些特征X射線的能量和強度與樣品中的元素種類和含量有關。XRF儀器通過捕捉、分離和測量這些特征X射線，可以確定樣品中重金屬元素的含量。

在XRF實際檢測過程中，還需要對樣品進行前期處理。通常情況下，待測樣品需要經過磨粉或者壓片處理，以增加X射線與樣品的相互作用。磨粉處理是將樣品轉化為細小的顆粒，通常使用球磨機或者振蕩研磨儀進行研磨。磨粉后的樣品可通過特定篩網進行分級，并選擇適當顆粒大小的樣品進行后續(xù)分析。壓片處理則是將粉末樣品壓制成固體片狀，通常使用液相壓機或者干燥壓機進行操作。壓片可以避免因磨粉所引入的氧化和污染等問題。準備好的樣品會被放置在X射線束下進行照射。

4 結語

研究食品中重金屬污染物檢測方法具有重要的現(xiàn)實意義，可為食品安全監(jiān)測提供科學依據(jù)和技術支持。在未來的食品安全監(jiān)測工作中，需要根據(jù)具體情況選擇適合的檢測方法，并對其進行進一步的優(yōu)化和改進。同時，還需要加強對食品制造過程中重金屬污染物來源的控制，從源頭上避免重金屬污染，確保食品的質量和安全性。