食品中重金屬檢測(cè)技術(shù)分析及應(yīng)用研究

食品重金屬污染會(huì)對(duì)公眾健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此需要對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)。目前來(lái)看，傳統(tǒng)的重金屬檢測(cè)方法包括原子熒光光譜法（AFS）和原子吸收光譜法（AAS），前者的靈敏度與線(xiàn)性良好，但是適用分析的元素有限；后者的靈敏度高、選擇性佳，但是多元素測(cè)定慢、基體干擾大，且兩者都不能實(shí)現(xiàn)對(duì)多元素的同時(shí)測(cè)定。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）等新型重金屬檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，本文深入剖析了這些技術(shù)的原理、優(yōu)勢(shì)與局限，并探究了其在食品生產(chǎn)、加工、流通及消費(fèi)各環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，以助力食品安全。

一、新型食品重金屬檢測(cè)技術(shù)介紹

（一）電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）

1.原理。電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）基于獨(dú)特的物理過(guò)程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。電感耦合等離子體會(huì)產(chǎn)生高溫（6000—10000K）環(huán)境，使樣品迅速氣化并電離形成等離子體。同時(shí)，在強(qiáng)射頻電磁場(chǎng)作用下，等離子體中的離子和電子加速運(yùn)動(dòng)，相互碰撞產(chǎn)生更多離子。接著將這些離子引入質(zhì)譜儀，依據(jù)質(zhì)荷比差異實(shí)現(xiàn)分離和檢測(cè)。例如，食品中微量的鉛、汞等重金屬在等離子體中會(huì)被電離成正離子，隨后在質(zhì)譜儀中被精確識(shí)別和定量。

2.優(yōu)勢(shì)。ICP-MS具有諸多顯著優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在三方面。一是檢出限極低，可達(dá)到皮克每升甚至更低水平，能精準(zhǔn)檢測(cè)出食品中痕量的重金屬。例如，在檢測(cè)深海魚(yú)類(lèi)中的汞含量時(shí)，即使含量極低也能準(zhǔn)確測(cè)定，有效保障了食品安全。二是線(xiàn)性范圍極寬，可跨越多個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)不同濃度范圍的樣品進(jìn)行一次性檢測(cè)。無(wú)論是高濃度的污染樣本，還是低濃度的背景值樣本，該技術(shù)都能適用。三是多元素同時(shí)快速測(cè)定，可一次進(jìn)樣分析數(shù)十種重金屬元素，顯著提高檢測(cè)效率。比如，在對(duì)復(fù)雜食品基質(zhì)如谷物混合物進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，ICP-MS可同時(shí)測(cè)定其中的鎘、砷、鉻等多種重金屬，為全面評(píng)估食品質(zhì)量提供有力手段。

3.成本及技術(shù)要求。儀器本身價(jià)格高昂，需要數(shù)十萬(wàn)元甚至上百萬(wàn)元，使得許多小型實(shí)驗(yàn)室或企業(yè)因資金限制難以購(gòu)置。同時(shí)，該技術(shù)的操作復(fù)雜，需要專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員開(kāi)展儀器參數(shù)設(shè)置、校準(zhǔn)和維護(hù)。例如，在日常維護(hù)中，需要定期檢查等離子體炬管的狀態(tài)、清洗采樣錐和截取錐等部件，且對(duì)真空系統(tǒng)、質(zhì)譜檢測(cè)器等的維護(hù)要求較高，需要技術(shù)人員具備豐富的質(zhì)譜分析知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這些因素，制約了該技術(shù)在小型實(shí)驗(yàn)室中的廣泛應(yīng)用。

（二）生物傳感器檢測(cè)技術(shù)

1.原理。生物傳感器檢測(cè)技術(shù)的原理基于生物識(shí)別元件與重金屬間存在特異性的相互作用。生物識(shí)別元件如酶、抗體、核酸等，具有對(duì)特定重金屬高度的選擇性識(shí)別能力，當(dāng)樣品中的重金屬離子與生物識(shí)別元件接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生特異性結(jié)合，進(jìn)而引發(fā)生物識(shí)別元件的構(gòu)象變化或生化反應(yīng)，引發(fā)可檢測(cè)的物理或化學(xué)信號(hào)變化。例如，某些酶在與重金屬結(jié)合后，其催化活性會(huì)受到抑制，從而改變底物的反應(yīng)速率，通過(guò)檢測(cè)底物反應(yīng)速率的變化，即可間接測(cè)定重金屬含量。

2.優(yōu)勢(shì)。生物傳感器檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著，主要表現(xiàn)在四方面。一是快速高效，能在短時(shí)間內(nèi)提供檢測(cè)結(jié)果，顯著縮短檢測(cè)周期，契合食品行業(yè)快節(jié)奏需求。二是操作簡(jiǎn)便，無(wú)需繁瑣樣本預(yù)處理與專(zhuān)業(yè)操作技能，非專(zhuān)業(yè)人員經(jīng)簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可上手，易于普及。三是特異性強(qiáng)，基于生物識(shí)別元件便可對(duì)目標(biāo)重金屬進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別，可有效規(guī)避其他物質(zhì)的干擾，結(jié)果精準(zhǔn)、可靠。四是可實(shí)現(xiàn)小型化與便攜化，便于現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)檢測(cè)，適用于農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地初篩、餐飲廚房抽檢等。

3.發(fā)展前景與挑戰(zhàn)。生物傳感器檢測(cè)技術(shù)可在短時(shí)間內(nèi)得出檢測(cè)結(jié)果，且無(wú)需復(fù)雜的樣品前處理和專(zhuān)業(yè)操作技能，并能有效避免其他物質(zhì)的干擾，因此具有良好的應(yīng)用前景。然而，當(dāng)前該技術(shù)的應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)，如穩(wěn)定性和重復(fù)性較差，易受溫度、濕度、pH等環(huán)境因素影響，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差。未來(lái)，還需通過(guò)材料科學(xué)、生物技術(shù)等多學(xué)科交叉研究，優(yōu)化生物識(shí)別元件和傳感器的制備工藝，提高檢測(cè)的穩(wěn)定性和重復(fù)性。

（三）納米材料傳感器技術(shù)

1.原理。納米材料傳感器技術(shù)依托納米材料獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)食品中重金屬的高敏檢測(cè)。納米材料具備高比表面積，能充分暴露活性位點(diǎn)，提升與重金屬離子的接觸幾率。以納米金為例，其表面等離子體共振特性對(duì)重金屬離子極為敏感，二者結(jié)合時(shí)，電子云分布改變、共振吸收峰位移，檢測(cè)人員可依據(jù)光學(xué)信號(hào)變化精確測(cè)定重金屬含量。納米碳材料則因獨(dú)特的電子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，在與重金屬作用下可致電阻或電容改變，并將其轉(zhuǎn)化為可量化的電學(xué)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬的檢測(cè)。

2.優(yōu)勢(shì)。納米材料傳感器優(yōu)勢(shì)突出，主要表現(xiàn)在以下四方面。一是具有高靈敏度，可敏銳捕捉極低濃度的重金屬。例如，在蔬菜檢測(cè)中，可精準(zhǔn)測(cè)定皮克級(jí)鉛、鎘含量，嚴(yán)守食品安全底線(xiàn)。二是強(qiáng)選擇性，可在復(fù)雜食品基質(zhì)中鎖定目標(biāo)重金屬，避免誤判。三是設(shè)計(jì)小型、便攜，可輕松實(shí)現(xiàn)食品現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。例如，在農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)抽檢蔬菜、果園勘查果品時(shí)，可利用納米材料傳感器即時(shí)獲取結(jié)果，高效、靈活。四是低能耗、低成本優(yōu)勢(shì)突出，契合大規(guī)模食品篩查需求，能夠從源頭發(fā)現(xiàn)隱患。

3.發(fā)展前景與挑戰(zhàn)。當(dāng)前，納米材料傳感器的穩(wěn)定性與重現(xiàn)性有待提升，且合成修飾復(fù)雜使得材料性能存在波動(dòng)。對(duì)此，借助量子點(diǎn)精準(zhǔn)合成、碳納米管有序排列等創(chuàng)新工藝，可有效提升納米材料的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。

二、新型食品重金屬檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用意義

（一）食品生產(chǎn)源頭把控

在農(nóng)產(chǎn)品種植環(huán)節(jié)，檢測(cè)技術(shù)猶如一道堅(jiān)固的防線(xiàn)，守護(hù)著農(nóng)作物生長(zhǎng)的根基。例如，對(duì)于水稻種植戶(hù)而言，精準(zhǔn)檢測(cè)土壤中的汞含量意義非凡。技術(shù)人員可采用先進(jìn)的納米材料傳感器，深入分析土壤樣本，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果評(píng)估水稻種植的安全性。若發(fā)現(xiàn)汞含量超標(biāo)，可及時(shí)采取土壤改良措施，如施加特定的螯合劑以降低汞的生物有效性，以及調(diào)整種植計(jì)劃，避免在污染區(qū)域種植水稻等，從而防止汞在水稻植株中富集，保障大米質(zhì)量。

在畜牧養(yǎng)殖領(lǐng)域，檢測(cè)飼料中的鎘含量不容忽視。這是因?yàn)殚L(zhǎng)期食用含鎘量過(guò)高的飼料，會(huì)使鎘在畜禽體內(nèi)蓄積，進(jìn)而在畜禽產(chǎn)品中富集。消費(fèi)者若長(zhǎng)期食用這些受污染的畜禽產(chǎn)品，鎘可能會(huì)在人體腎臟、骨骼等器官中沉積，從而引發(fā)一系列健康問(wèn)題，包括腎臟損傷、骨質(zhì)疏松等。

此外，各種重金屬檢測(cè)技術(shù)在供應(yīng)商資質(zhì)審核環(huán)節(jié)也發(fā)揮著監(jiān)督與篩選的重要作用。食品生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)定期對(duì)原料供應(yīng)商提供的產(chǎn)品實(shí)施嚴(yán)格抽檢，如采用多種檢測(cè)技術(shù)綜合評(píng)估水果中的鉛、砷等重金屬含量是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，只有那些經(jīng)檢測(cè)合格、重金屬限量達(dá)標(biāo)的原料，才能順利進(jìn)入企業(yè)的供應(yīng)鏈。這一舉措不僅保障了企業(yè)自身產(chǎn)品的質(zhì)量，也能促使供應(yīng)商增強(qiáng)源頭防控意識(shí)，主動(dòng)優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，確保所供應(yīng)的原料質(zhì)量穩(wěn)定可靠，為整個(gè)食品生產(chǎn)鏈條的安全與穩(wěn)定奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（二）食品加工過(guò)程監(jiān)測(cè)

在食品加工流水線(xiàn)中，對(duì)原料、半成品等進(jìn)行重金屬檢測(cè)是保障產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。例如，在飲料生產(chǎn)線(xiàn)上，應(yīng)在水源輸入處、各種配料混合環(huán)節(jié)等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)置檢測(cè)位點(diǎn)，利用生物傳感器等快速檢測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水中及配料混合液中的鎘、鉛等重金屬含量。一旦檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示含量超標(biāo)，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)調(diào)整水源凈化工藝參數(shù)或是暫停配料添加，并隔離已受污染的半成品，防止其繼續(xù)流入后續(xù)加工環(huán)節(jié)。

此外，新型食品重金屬檢測(cè)技術(shù)在工藝優(yōu)化方面也有著不可替代的作用。以面包烘焙為例，通過(guò)對(duì)不同烘焙溫度的面包樣品進(jìn)行砷含量檢測(cè)，可確定最佳的烘焙溫度，從而在保障面包口感與品質(zhì)的同時(shí)，最大程度地降低加工過(guò)程中砷的引入或殘留風(fēng)險(xiǎn)。這不僅有助于提升單個(gè)產(chǎn)品的安全性，也能為整個(gè)食品加工行業(yè)的工藝改進(jìn)與質(zhì)量提升提供科學(xué)依據(jù)與數(shù)據(jù)支持，助推食品生產(chǎn)朝著更安全、高效的方向發(fā)展。

（三）流通環(huán)節(jié)市場(chǎng)監(jiān)管

在市場(chǎng)流通領(lǐng)域，監(jiān)管部門(mén)可采用多種重金屬檢測(cè)技術(shù)，定期對(duì)超市、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)中的各類(lèi)食品開(kāi)展隨機(jī)抽樣檢測(cè)，以保障產(chǎn)品質(zhì)量安全。例如，運(yùn)用電感耦合等離子體質(zhì)譜法對(duì)進(jìn)口海鮮中的汞、鎘、鉛等重金屬進(jìn)行檢測(cè)，防止國(guó)外受污染海鮮流入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。

同時(shí)，檢測(cè)技術(shù)數(shù)據(jù)也可為建立食品安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制提供依據(jù)。通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，監(jiān)管部門(mén)可掌握不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同食品種類(lèi)的重金屬污染規(guī)律，提前預(yù)警可能出現(xiàn)的食品安全問(wèn)題。例如，在某一水域魚(yú)類(lèi)頻繁出現(xiàn)重金屬超標(biāo)時(shí)，就要及時(shí)對(duì)周邊水域的環(huán)境進(jìn)行調(diào)查和治理，防止污染面擴(kuò)大。

（四）消費(fèi)終端健康防護(hù)

在消費(fèi)終端，重金屬檢測(cè)技術(shù)可以為消費(fèi)者提供健康防護(hù)的最后一道防線(xiàn)。比如，大型餐飲連鎖企業(yè)在食材采購(gòu)環(huán)節(jié)利用快速檢測(cè)技術(shù)對(duì)原輔料進(jìn)行初步篩查，并在廚房加工過(guò)程中對(duì)成品菜肴實(shí)施抽檢，以確保提供給顧客的菜品符合重金屬安全標(biāo)準(zhǔn)，減少因食用重金屬超標(biāo)食品而引發(fā)的健康問(wèn)題。特別是對(duì)于一些易富集重金屬的食材，如貝類(lèi)海鮮、動(dòng)物肝臟等，應(yīng)實(shí)施嚴(yán)格檢測(cè)以保障消費(fèi)者飲食健康，提升餐飲服務(wù)的品質(zhì)和安全性。

綜上，對(duì)食品中重金屬開(kāi)展檢測(cè)意義重大，現(xiàn)代新型技術(shù)雖各具優(yōu)勢(shì)，但亦存挑戰(zhàn)，如電感耦合等離子體質(zhì)譜法成本高、生物傳感器穩(wěn)定性不足等。未來(lái)，應(yīng)深化技術(shù)融合、優(yōu)化性能、降低成本，強(qiáng)化多場(chǎng)景應(yīng)用，提升檢測(cè)精準(zhǔn)度與效率，穩(wěn)固食品安全根基。

作者簡(jiǎn)介：梁佳曼（1991—），女，漢族，四川南充人，產(chǎn)（商）品質(zhì)量檢驗(yàn)工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称?、器械和防護(hù)產(chǎn)品的檢驗(yàn)與質(zhì)量管理。

*通信作者：袁文洪（1982—），男，漢族，四川簡(jiǎn)陽(yáng)人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)槭称?、藥品檢驗(yàn)檢測(cè)及質(zhì)量管理。