食品中重金属含量的检测方法研究进展

时间：2024-07-28

◎张会，罗红辰

（1.河南省地质研究院，河南郑州 450001；2.河南省有色金属地质勘查总院，河南郑州 450001；3.安阳市质量技术监督检验测试中心，河南安阳 455000）

1 食品中重金属的来源及危害

重金属是指密度高于4.5 g/cm3的金属，若在人体中累积则会产生显著生物毒性，如汞、镉、铅、铬、砷等，此外，锌、铜、钴、镍、锡、钒等元素也属于食品中对人体有危害作用的重金属[1]。自工业革命和经济全球化以来，环境污染物种类呈指数级增长，城市化加速、土地过度利用及工业化的快速发展导致重金属不断进入土壤及动植物中。人类通过摄食重金属含量超标的食物，导致有毒物质在体内累积，最终对人类机体造成伤害。比如，日本的水俣病和骨痛病就是由汞和镉污染造成的；儿童神经系统会受到铅摄入超标的影响，最终影响智力发育[2-3]。基于重金属对人体的诸多危害，我国食品药品监督管理总局、国际食品法典委员会均对食品中的重金属含量进行了严格限定，这些法律法规在保证食品安全、探究高效的检测技术中显得尤为重要。

2 食品中重金属检测方法

2.1 原子吸收光谱法（AAS）

原子吸收光谱法中的样品首先通过高温雾化将其中的重金属离子转化为气态原子，与待测元素相同的空心阴极灯发出的能量被气态原子吸收，被气态原子吸收后的谱线强度与样品中待测元素含量呈正比，从而达到对重金属进行定量分析的目的。

已有大量应用该方法测定各类食品中重金属的研究，包括玉米、小麦等农产品，鱼虾等水产品，苹果、车厘子等水果以及药材等。李吉锋等人利用该方法测定了黄渭洛三河汇区域莲藕中的铅、镉、铬、铜、锰和锌6 种重金属的含量，研究发现，区域内莲藕样品处于重金属重度污染等级，食用健康风险大[4]。

2.2 原子荧光光谱法（AFS）

原子荧光光谱法中，样品中的待测元素需首先被转化为基态原子，之后该基态原子被特定辐射线激发，转化到高能态，便产生该元素特有的特征发射波长荧光，发出的荧光强度与样品中元素含量呈正相关，可得到该元素含量。AFS 因具有灵敏度高、线性范围广，广泛用于超痕量金属元素的检测中[5]。张艳等人对样品进行微波消解后，利用原子荧光光谱法检测云南食用玫瑰中的As、Pb、Hg 等重金属，检测结果与食品安全国家标准对照后显示食用玫瑰中Pb 含量存在超标情况[6]。周萍等人采用原子荧光光谱法对云南不同地区花生壳中重金属Cd、As、Hg、Pb 的含量检测，发现不同来源花生壳中的重金属含量与《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》（2001）中规定相比均较低[7]。

2.3 X 射线荧光光谱法（XRFS）

X 射线荧光光谱法检测重金属的过程中，待测元素的原子在受到X 射线辐射后，引起内层电子的跃迁，并发射出特定波长的X 射线，根据发射出的荧光X 射线波长及强度对样品中的多种重金属元素同时进行定性和定量分析。该法具有再现性好、便于进行无损检测、分析效率高、应用范围广等优点[8]。许艳霞等人研究了检测时间、检测时环境条件如温度湿度等、样品粒度形态和水分、称样量等因素均会对X 射线荧光光谱法在稻米中镉含量的测定中产生影响。研究发现，糙米中镉的质量分数处于0.007～1.74 mg· kg-1时，稻米中的镉含量越高，利用该方法检测的精密度越高[9]。

2.4 电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）

电感耦合等离子体原子发射光谱法的激发光源为电感耦合等离子体，可进行多元素的同时测定。其工作原理为通过高频感应电流形成的高温加热反应气电离处理雾化后，样品以气溶胶形式进入激发光源电感耦合等离子体形成的通道，并将之作为激发光源，被原子化的待测元素在通道中被激发转变为激发态，处于激发态的待测原子不稳定，会立即返回基态，同时发射待测元素特征光谱，根据所发射特征光谱的波长进行定性分析，根据光谱强度进行定量分析。该技术具有线性范围广、分析效率高、干扰小以及灵敏度高等优点。李杰等采用该方法，对绿茶中的11 种重金属元素同时检测，结果显示该方法的相关系数为0.999 64～0.999 96，RSD 为 0.17%～0.44%，回收率为94.0%～113.4%[10]，说明该方法可快速、准确的检测绿茶中的重金属含量。

2.5 电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）

电感耦合等离子体质谱发通过雾化器使待测样品雾化并产生气溶胶，在高频等离子体的高温环境下使样品中待测金属电离为离子，产生的离子在离子透镜的聚焦作用下飞入质谱仪，由于不同离子质荷比不同，其运动轨迹也不相同，故可以根据其飞行轨迹进行定性分析，根据信号强度对待测元素进行定量分析[11]。与其它分析方法相比，ICP-MS 具有检测速度快、线性范围宽、检出限低、多元素可同时测定等一系列的优点，常被用于微量、痕量成分的多元素的快速检测。

王百川等人在海藻的重金属进侧重，通过优化样品前处理流程，建立了采用ICP-MS 检测海藻样品中铅含量的方法，该方法可彻底消解样品，使铅完全被释放，且检测灵敏度高、准确度高，可简单快速地测定海藻中铅含量[12]。朱有涛等人微波消解大豆素火腿样品后采用ICP-MS 测定火腿中铅、铬、砷、铁、锰、镉、铝7种金属残留量，从而建立了微波消解-ICP-MS 检测大豆素火腿中重金属的方法[13]。张萍等在ICP-MS 的基础上开发了ICP-MS/MS 二级质谱技术，用于检测植物油中重金属。在MS/MS 模式下，分别用H2、O2、NH3、He 作反应气，将干扰物与分析物通过反应器分离，最大程度地消除了干扰物对质谱的干扰，降低了检测过程中基质的干扰，检测灵敏度得以提高，实现了对不同地区多种食用植物油中的22 种微量元素的同时测定[14]。

2.6 各检测方法比较

在前文所述基础上，本文将各类检测方法加以整理，如表1 所示。

表1 食品中重金属检测常用方法的优缺点表

3 未来食品中重金属检测技术的发展趋势

3.1 重金属价态和形态分析

重金属在食品科学、生命科学等领域中的可利用性或毒性，不仅取决于相应元素的总量，还取决于元素的存在状态如离子形态或化学形态。对于食品中的同种重金属元素，其元素形态决定了该元素的生物可利用率、毒性和迁移[15]。如以砷为例，根据其化合物半数至死量（LD50）评价，砷相关化合物毒性依次为砷烷H3As ＞三价无机砷As（III）＞五价无机砷As（V）＞甲基砷酸MAA ＞二甲基砷酸DMAA ＞三甲基砷氧TMAO ＞砷胆碱As C ＞砷甜菜碱As B[16]。因此，重金属的形态和价态分析方法的开发，能够更准确地评价食品中该元素及其化合物对人体危害。

3.2 联机检测技术

多学科交叉的极大的推动了检测技术的不断发展，一些传统的单机检测方法已经不具优势。为不断满足食品检测的快速发展要求，联机检测技术成为检测领域新的探索方向，如高效液相—原子荧光光谱法联用、气相—质谱联用、高效液相—质谱联用等。联机检测具有准确度高、检测范围广等优点，联机检测技术可结合多学科特有优势，成为未来食品中重金属检验技术发展的重要方向。