动物性食品镉离子污染检测技术研究进展

张海棠，刘耀东，王淑云，王自良

（1.河南科技学院动物科学学院，河南 新乡 453003；2.河南科技学院新科学院，河南 新乡 453003）

Cd2+不是人体必需元素，可通过食物链富集作用危害人类健康，对人体具多器官多系统的毒性作用，自上世纪50年代日本暴发了由Cd2+引起的“骨痛病”事件后，Cd2+污染问题引起了世界各国的普遍关注，联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）将Cd2+列为第三位优先研究的食品污染物，联合国环境署（UNEP）、FAO和WHO共同制定的食品污染物监测和评价计划中将Cd2+含量作为必测项目之一，美国毒物和疾病注册处（ATSDR）把Cd2+列为第六位危害人体健康的有毒物质。2005年我国农业部颁布了食品Cd2+最大残留限量标准（MRL）（GB2762-2005），粮食为0.1～0.2 mg/kg，肉类为 0.1 mg/kg，蛋类为 0.05 mg/kg，蔬菜类为0.05～0.2 mg/kg，水果类为 0.05 mg/kg。目前已建立的动物性食品Cd2+污染检测技术主要有传统的理化分析法和免疫分析法两类，分述如下。

1 理化分析法

理化分析法主要包括紫外分光光 度 法 （ultra-violet spectroscopy，UV）、电化学分析法（electrochemical analysis，ECA）、 原 子 吸 收 光 谱 法（atomic absorption spectroscopy，AAS）、电感耦合等离子体法（inductively coupled plasma，ICP）、氢化物发生-原子荧光光谱法（hydride generation atomic fluorescence spectrometry，HG-AFS）、中子活化分析法（neutron activation analysis，NAA）等。

1.1 紫外分光光度法

UV法是基于被测物质对紫外-可见光具有选择性吸收而进行分析测定的方法。UV法测定样品中Cd2+时应加入显色剂，Cd2+与显色剂络合成有色分子团，在特定波长下根据显色程度的不同与标准系列比较而定量。常用的显色剂主要有偶氮类、卟啉类、三氮烯类、三苯甲烷碱性染料类及荧光酮类等。UV法操作简单，但干扰因素较多，选择性较差[1]。王贵芳等[2]合成了一种新显色剂4-（4-氯苯重氮氨基）-4'-硝基偶氮苯，并研究了其与Cd2+的高灵敏显色反应，在Triton X-100存在下，于pH 10.5的Na2B4O7-NaOH缓冲介质中，Cd2+与试剂形成1:2的橙红色络合物，其最大吸收波长位于558nm处，表观摩尔吸光系数为 1.42×105L·mol-1·cm-1，Cd2+的质量浓度在0～0.75μg/mL范围内服从比尔定律，所拟方法用于废水中微量Cd2+的直接测定，结果与原子吸收光谱法一致。

1.2 电化学分析法

ECD法主要包括阳极溶出伏安法 （anodic stripping voltammetry，ASV）、示波极谱法（Oscillopolarography）和电位溶出法（potentiometric stripping analysis，PSA）三种。

1.2.1 阳极溶出伏安法 ASV法也称反向极谱法，其原理是利用电流对时间半微分值对电位的关系曲线为基础的电化学分析方法，具有灵敏度高、分辨率好、仪器价格低廉等优点，检测限可达10-9mol/L。Locatelli等[3]采用三电极系统阳极溶出伏安法，以pH 9.3的氨水-氯化钠为底液，建立了检测蛤、贝类、鱼类等水产品Cd2+的方法，误差在3%～6%之间。张海丽等[4]研究报道了饲料中Cd2+的阳极溶出伏安法测定方法，以1-（4-偶氮苯基苯）-3-丙基-三氮烯键合硅胶（ABPT-SG）为修饰剂，液体石蜡为粘合剂，制备了ABPT-SG修饰碳糊电极，在pH8.0、浓度为0.2 mol/L的氨水缓冲液中，于-1.2V电位下富集，将Cd2+以Cd-ABPT-SG络合物的形式吸附在电极上，Cd2+有一个灵敏的阳极溶出峰，峰电流与Cd2+的浓度在5.0×10-6～1.0×10-3mol/L范围内呈良好的线性关系，检出限为1.0×10-8mol/L。

1.2.2 示波极谱法 极谱法是利用极普仪来捕捉被测物质在特定电位下产生的不同形式的波，进而对被测物质含量进行计算的一种方法。此法响应时间短，灵敏度高，但稳定性差。肖虹等[5]用示波极谱法测定尿样中Cd2+含量，用硝酸、高氯酸、盐酸混合酸消化尿样，消化液在酸性介质中，置极谱仪的三电极系统，样品溶液在滴汞电极上产生还原电流，于-620 mV处测量Cd2+的峰电流，尿样中Cd2+的质量浓度在 100μg·L-1以内与峰电流呈线性关系，Cd2+的相对标准偏差分别为6.91%，6.45%，检出限为 1.0μg/L，回收率 为 83.1%～103.5%。丁建文等[6]建立的食品中Cd2+的示波极谱法，已应用于食品卫生、水质卫生、职业病等领域，具有波形好、灵敏度高、结果准确等优点。

1.2.3 电位溶出法 PSA法是在溶出伏安法基础上发展起来的一种新的电化学分析方法，根据化学溶出时所用的试剂性质不同，分为氧化电位溶出法和还原电位溶出法，分析Cd2+主要应用氧化电位溶出法。章建军等[7]建立的食品中Cd2+含量测定的微波消解-二次微分电位溶出法，检出限为0.24μg/L，其检测结果与原子吸收法无显著差异。

1.3 原子吸收光谱法

ASS法主要包括火焰原子吸收光谱法（flameatomicabsorption spectrometry，FASS）和石墨炉原子吸收光谱法（Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry，GFAAS）两种。

1.3.1 火焰原子吸收光谱法 FASS法是利用火焰将样品气化为基态原子，然后根据被测元素对特定频率辐射线的吸收进行分析。该方法具有操作简单、精确度高、分析速度快、测定高浓度元素时干扰少、信号稳定等优点，但是也存在雾化效率低、测定过程中样液用量大、火焰气体对待测原子有稀释作用、原子在吸收区停留时间短等缺陷。卢菊生等[8]建立了双硫腙螯合型树脂同时分离富集-火焰原子吸收光度法测定食品及生物样品中痕量Cd2+的方法，检出限为 1.3μg/L，相对标准偏差优于3.0%。陈新焕等[9]采用微波技术消解样品，用FASS法直接测定了出口动物肝中的Cd2+含量，吸光值与Cd2+浓度在0～1.8 mg/L范围内线性关系良好，检出限为3μg/L，回收率为97.6%～101.2%。

1.3.2 石墨炉原子吸收光谱法GFAAS法是利用石墨管使样品原子化，然后根据被测元素对特定频率辐射线的吸收进行分析的一种方法。与FASS法相比，该法利用高温石墨管使样品原子化，大大提高了样品原子化效率，灵敏度提高了10～200倍，样液体积用量减至5～100μL，对Cd2+的检出限达到2μg/L。其缺点是石墨管耗价昂贵，在线检测时基体干扰严重，需采用标准添加法，费时费力。邱棋伟等[10]采用混合酸体系消解样品，以 NH4H2PO4+Mg（NO3）2做基体改进剂，建立了畜禽肝组织中Cd2+的GFAAS法。Santos等[11]研究了利用石墨炉原子吸收法测定食品中Cd2+的方法，检测线达3.3μg/L。

1.4 电感耦合等离子体法

ICP法主要包括电感耦合等离子体质谱法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）和电感耦合等离子体原子发射光谱法（inductively coupled plasma spectrometry，ICP-AES）两种。

1.4.1 电感耦合等离子体质谱法ICP-MS法是利用电感耦合等离子体的高温电离特性使样品气化，将待测金属分离出来，然后进入质谱进行测定。该方法于1980年由Houk等[12]最早报道，由于具有灵敏度高、精密度好、检出限低、动态线性范围宽、谱线干扰少、多元素同时检测等优点，迅速发展成为一种被广泛应用且受到高度评价的一项新技术，但其缺点是仪器价格昂贵，且易受污染。马栋等[13]采用微波消解仪处理血液样品，115In元素做内标，建立了血液中Cd2+的ICP-MS分析方法，检出限为0.00249μg/L，准确度为90.1%～110.7%，精密度为4.0%～7.9%。

1.4.2 电感耦合等离子体原子发射光谱法 ICP-AES法是以感应耦合电浆原子发射光谱仪的电感耦合等离子炬管为激发光源的一种光谱分析方法。该法具有检出限低、精密度好、干扰水平低、线性范围宽和可多元素同时测定等优点，但是所需仪器昂贵，灵敏度较ICP-MS稍差。陈伟珍等[14]用微波消解处理样品，采用ICP-AES法测定食品中Cd2+含量，相对标准偏差RSD＜6%，添加回收率为92.6%～106%，检出范围为0.764μg/L～1.537μg/L。

1.5 氢化物发生-原子荧光光谱法

HG-AFS法是在样品消解后，加入能产生新生态氢的还原剂，将样品溶液中的待测元素还原为挥发性的共价氢化物，由氩气带入石英原子化器中进行原子荧光测定。该方法具有谱线简单，灵敏度高，检出线低，可同时多元素分析等优点。Duan等[15]利用Cyanex 923柱分离富集消解样品，采用流动注射进样结合HG-AFS法检测了茶叶中的痕量Cd2+。彭谦等[16]研究建立了食品中Cd2+的HG-AFS测定法，在最佳测试条件下，最低检出浓度为3μg/L，相对标准偏差为1.1%～4.7%，样品加标回收率为93.3%～95.8%。

1.6 中子活化分析法

NAA法是利用中子与待测样品发生核反应，生成放射性核素，然后测量其放射性活度和能谱，由反应截面、中子通量、射线能量和强度以及半衰期，确定待测样品的成分和含量。该法虽具有微量、快速、准确和同时分析多元素的优点，但所需的设备昂贵。Favaro等[17]报道了采用中子活化分析方法，检测了巴西不同地域不同收入阶层膳食中Cd2+的含量。

2 免疫学分析法

免疫分析法（immunoanalysis，IA）是以抗原抗体特异性、敏感性、可逆性反应为基本原理，以不同的抗原抗体反应载体为技术建立起来的分析方法，包括荧光偏振免疫测定法（fluorescence polarization immunoassay，FPIA）、酶联免疫吸附测定法（enzyme linked immunosorbent assay，ELISA）、一步竞争免疫测定法（one-step competitive immunoassay，OCIA）、KinExA免疫测定法（KinExA immunoassay，KIA）、胶体金免疫层析试验测定法（gold immunochromatography assay，GICA）和微悬臂梁免疫传感器（microcantilever immunosensor，MIS）等，分述如下。

2.1 荧光偏振免疫测定法

FPIA的基本原理是样品中待测的Cd2+与过量鳌合剂鳌合成可溶性的Cd2+-鳌合剂复合物后，与已知固定浓度的Cd2+-鳌合剂荧光复合物共同竞争Cd2+pAb上有限的结合位点，通过荧光偏振分析仪进行分析建立标准曲线，样品Cd2+浓度测定结果与标准曲线对照得出样品中Cd2+的准确含量。Johnson等[18]最早建立FPIA技术检测水样中的Cd2+含量，检测范围为1～100nmol/L，检测限为1nmol/L，与其它金属离子的交叉反应小于0.5%。

2.2 酶联免疫吸附测定法

ELISA采用的是非均相间接竞争模式，其基本原理是样品中的Cd2+与过量鳌合剂鳌合成可溶性的Cd2+-鳌合剂复合物后，将其与已包被于酶标板上的包被抗原Cd2+-鳌合剂-载体蛋白复合物共同竞争Cd2+mAb上有限的结合位点，反应达到平衡后洗脱多余的Cd2+-鳌合剂和Cd2+mAb，然后与酶标二抗反应，用酶及其底物显色系统显示抗原抗体的结合情况，进而定量检测Cd2+在样品中的含量。Khosraviani等[19]建立了水样中 Cd2+间接竞争ELISA检测方法，检测范围为 7～500 nmol/L，检 测 限 为 7nmol/L，与Hg2+具有较强的交叉反应，与其它金属离子交叉反应较小。朱晓霞等[20]应用所研制的抗Cd2+mAb Aa6株建立了间接竞争ELISA检测方法，检测范围为2.19～86.38μg/L，检测限为0.313μg/L，除与Hg2+交叉反应外，与其它金属离子的交叉反应均小于1%。

2.3 一步竞争免疫测定法

OCIA是在间接竞争ELISA基础上发展起来的，又称为直接竞争ELISA，其基本原理是将Cd2+mAb包被于酶标板，待测样品中的Cd2+先与过量鳌合剂鳌合成可溶性的Cd2+-鳌合剂复合物，并与已知浓度的Cd2+-鳌合剂-酶复合物混合，二者共同竞争固定在酶标板上Cd2+mAb有限的结合位点，反应达到平衡后，洗脱多余的Cd2+-鳌合剂和Cd2+-鳌合剂-酶复合物，用酶及其底物显色系统显示抗原抗体的结合情况，进而定量检测Cd2+在样品中的含量。OCIA比间接竞争ELISA灵敏、简便，且其操作条件pH值7.0～7.6比间接竞争ELISA pH值7.0～7.2范围更广，更易于推广应用。Darwish等[21]建立了OCIA检测水样中的Cd2+，其检测限为0.3μg/L，其它金属离子浓度对检测结果无干扰，与GFAAS具有很好的相关性。之后，Darwish等[22]又建立了OCIA检测血清样中的Cd2+，其检测限为0.3μg/L，检测范围为0.24～100μg/L，与 GFAAS的相关度为R2=0.984。

2.4 KinExA免疫测定法

KIA是在ELISA基础上发展起来的，其基本原理是一种计算机控制的流式荧光计，由毛细管流/观察单元组成并配有多微孔筛，筛子上面由统一大小的小珠堆积形成填充床。小珠表面固化包被抗原Cd2+-鳌合剂-载体蛋白复合物，样品中的Cd2+与过量鳌合剂鳌合成可溶性的Cd2+-鳌合剂复合物，加入一定量的Cd2+mAb并使反应达到平衡，平衡溶液快速流过包被有固化抗原的小珠，未结合的Cd2+mAb与小珠上的固化抗原结合，加入荧光标记二抗，检测结合在小珠上的抗体分子，通过与标准曲线对照分析，进而定量检测Cd2+在样品中的含量。Blake等[23]研制成功的KinExA-3000用于Cd2+的检测，其灵敏度比间接竞争ELISA提高了10～1000倍，目前该技术仍处于实验室研究完善阶段，在实际工作中尚未推广应用。

2.5 胶体金免疫层析试验测定法

GICA的基本原理是HAuCl4在还原剂作用下形成胶体金，在胶体溶液pH 8.2条件下，以非共价键与Cd2+mAb结合形成金标抗体（Ab-Au），将金标抗体干燥在玻璃纤维棉上，一端与固定有Cd2+完全抗原（检测线）和二抗RaMIgG（质控线）的硝酸纤维素膜相连，另一端与样品垫相连。加入待测样品后，金标抗体重新水化并与样品相互反应，在毛细管的扩散作用下沿着吸水纸方向移动，至检测线时，若样品中不含Cd2+，金标抗体就会与完全抗原反应而被部分截获，金颗粒富集而出现明显直观的红色条带，至质控线时，金标抗体与RaMIgG反应同样会出现红色条带；若样品中含有Cd2+，Cd2+已与金标抗体反应而占据了金标抗体上的有限位点，不再与完全抗原反应而越过检测线，不出现红色条带，仅在质控线与RaMIgG反应，金颗粒富集而出现红色条带。Sasaki等[24]成功建立了GICA检测Cd2+方法，检测限为0.3μg/L，该法特异、敏感、快速、简便、直观，但其缺陷是不易定量。

2.6 微悬臂梁免疫传感器

MIS的基本原理是通过在微悬臂梁的表面固化定量的Cd2+mAb形成生物敏感层，待测样品中的Cd2+先与过量鳌合剂鳌合成可溶性的Cd2+-鳌合剂复合物，待测样品进入生物敏感层后，在微悬臂梁表面发生抗原抗体反应形成抗原抗体复合物，其量的多少会引起微悬臂梁产生形变或谐振变化等机械响应，其响应结果将通过换能器被转换成电学信号，通过信号分析进而定量检测Cd2+在样品中的含量。Velanki等[25]成功建立的MIS技术应用Cd2+检测，检测限达到10-9mol/L。MIS是一种稳定、灵敏、准确、重复性好的检测筛选方法，具有广阔的发展前景，我国该方面的研究刚刚起步，目前实际应用较少。

3 小结

传统的Cd2+理化检测方法虽然在动物性食品安全检测方面发挥了重要作用，但由于存在需要昂贵的仪器设备、熟练的专业人员、烦琐费时、周期长、费用高、不能现场操作、样品筛检量小等缺陷，其应用受到了限制。免疫检测技术具有简便、快速、敏感、特异、经济、筛检量大等优势，便于在实际生产中进行在线检测，受到了人们青睐和重视，是今后研究的热点和发展方向。国外已经有部分重金属检测试剂盒和试纸条问世，我国在这方面的研究尚属起步阶段，相信在不久的将来我们一定会拥有具有自主知识产权的重金属镉离子免疫学快速检测产品。

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