食品重金属元素检测中不同仪器的应用研究

◎ 徐鲁翔

（江山市检验检测研究院，浙江 江山 324100）

1 食品中重金属的类型与危害

重金属不易被微生物分解，却能在食物链中富集，最终进入机体，危害人们的身体健康。重金属进入人体后能够使蛋白质、酶类失去活性，还可能在一些脏器中蓄积，引发慢性食物中毒[1]。

1.1 汞Hg

汞主要影响人的神经，使大脑受到损害，出现“汞中毒脑症”，从而导致人体四肢发麻，出现运动障碍、视野缩小、听觉障碍等表现，严重者会产生口腔病变、呕吐、腹痛和泄泻等反应，且皮肤黏膜和泌尿、生殖等控制系统也会受到损伤。尤其在细菌影响下，汞元素经甲基化后的危险性更大。

1.2 镉Cd

镉可在人身体中累积造成急、慢性中毒，急性食物中毒能令人呕血、腹胀、最后致死，而慢性中毒则可让人肾脏损害，毁坏身体骨骼、造成骨痛、骨骼软化及瘫痪。

1.3 铬Cr

铬会对肌肤、黏膜、消化系统道产生的强力刺激性影响与侵蚀，造成肌肤充血、糜烂、溃疡、鼻穿孔及皮肤癌等，且可在肝、肾、肺部蓄积。

1.4 砷As

砷慢性中毒可导致人体皮肤病变，中枢神经体系、消化吸收体系和人体心血管体系功能损害，影响人体细胞的新陈代谢。

1.5 铅Pb

铅主要对神经系统、造血系统和肾功能造成损害，通过破坏骨胳造血系统而导致缺血、脑缺氧、脑水肿、出现运动和感觉的异常[2]。

2 现代科技下重金属元素的检测

2.1 电感器耦合等离子体质谱法

电感器耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS）的溶液检出限大部分为ppt级。必须指出，ICP-MS的ppt级检出限是针对溶液中溶解物质很少的单纯溶液而言的，若涉及固体中浓度的检出限，由于ICP-MS的耐盐性较差，ICP-MS检出限会变差多达50倍，一些普通的元素(如S、Ca、Fe、K和Se)在ICP-MS中有严重的干扰，也将影响其检出限。ICP-MS由作为离子源的ICP焰炬，接口装置和作为检测器的质谱仪3部分组成。

ICP-MS所用电离源是感应耦合等离子体，其主体是一个由三层石英套管组成的炬管，炬管上端绕有负载线圈，三层管从里到外分别通载气，辅助气和冷却气，负载线圈由高频电源耦合供电，产生垂直于线圈平面的磁场。如果通过高频装置使氩气电离，则氩离子和电子在电磁场作用下又会与其他氩原子碰撞产生更多的离子和电子，形成涡流。强大的电流产生高温，瞬间使氩气形成温度可达9 726.85 ℃的等离子焰炬。被分析样品通常以水溶液的气溶胶形式被引入到氩气流中，然后进入由射频能量激发处于大气压下的氩等离子体中心区，等离子体的高温使样品去溶剂化，发生汽化解离和电离。部分等离子体经过不同的压力区进入真空系统，在真空系统内，正离子被拉出并按照其质荷比分离[3]。在负载线圈上面约10 mm处，焰炬温度大约为7 726.85 ℃，在这么高的温度下，电离能低于7 eV的元素会完全电离，电离能低于10.5 ev的元素电离度大于20%。由于大部分重要的元素电离能都低于10.5 eV，因此ICPMS对它们都有很高的灵敏度，少数电离能较高的元素，如C、O、Cl和Br元素等也能检测，只是灵敏度较低。

2.2 原子光谱检测法

2.2.1 原子吸收光谱法

原子吸收光谱法，也叫做原子吸收分光光度法，原子吸收法是根据物质的分子蒸气，对同一原子所发出的特征射线（谱线）的吸收效果，所构建出来的分析方法。其原理为锐线发射灯同种分子发出的特点辐射照亮试样溶液被雾化和原子化的分子蒸气层，测定特点射线所通过的光强度以及吸光度，再通过吸收光度对含量之间的关系计算测定试样中所有被检测元素的浓度。

原子吸附分光光度计是根据物体所生成分子蒸气对一定谱线的吸附效果，实现定性研究的设备。当有射线透过自由分子之间蒸气，而进入辐射的能力频谱远小于原子间中的电子从基态跃迁到较高能态所要求的能力频谱时，原子间就在射线场中汲取了能源，电子从基态跃迁到受激态，同时也伴随着原子间吸收谱线的形成。在气态基态原子间接受特征辐射的光照之后，基态原子间被激活，伴随着对反射光的吸引；基态分子在射线场中通过吸取能源而跃迁至受激态，这一步骤就叫做吸引，而由这一步骤所形成的吸收谱曲线就叫做吸引线。在这里，电子从基态跃迁至第一受激态所形成的吸引步骤叫做共振吸收步骤，所形成的吸引曲线也叫做共振线。它也是对元素最敏感的吸收曲线，常选作分析线[4]。

2.2.2 原子荧光光谱法

原子荧光光谱仪是我国极少数具有独立专利的研究仪器设备之一，目前我国已在原子荧光技术应用方面，建立了40多个国家法律和标准，而正是这些标准的建立，促进了原子荧光光谱仪在食品领域的广泛应用。原子荧光光度计选用了惰性的气体氩元素作为载气，先将气态氢化物与过量储氢材料和载气混匀后，再导入加热的原子化体系，将储氢材料与氩元素在特制的火焰装置中同时点燃和升温，加氢物在受热后迅速裂解，被测元素解离率与基态原子的蒸气一样，但它在基态原子之间的浓度比单纯地通过加热砷、锑、铋、锡、镉、碲和铅等元素所产生的基态分子高出了好几个数量级。原子荧光光谱法与原子吸收光谱法相似，在进行检测时先添加大量含试模基质的标准溶液，其基质浓度和标准溶液成分都与被测物质尽可能接近，分别喷入火焰然后描绘出与原子荧光强度和化学浓度相关的曲线，然后在相同条件下计算被测溶液的原子荧光强度后，用内插法求出它的化学含量。

3 食品中重金属检测存在的问题及优化措施

3.1 食品中重金属检测存在的问题

食品重金属检测存在着缺乏完整的检测体系、检测技术不完善和缺乏对重金属检测的重视等问题。

（1）缺乏完整的检测体系和完善的检测技术。在食物检验流程中没有配套的监管和检测系统，部分监管和检测系统也不能严格执行，还有部分检验单位的检查方法和实际的检验措施不适应，使得在实际的食物检验中无法合理地对食物重金属进行检验，无法确保食物的安全性。一些检测单位的食品安全管理体系和控制方式不健全，缺乏完善的组织架构，从而出现了系统不健全的现象，严重影响了食品检测的准确性和严谨性。也有些检测单位由于受到了传统管理体系和控制模式的约束，导致对食物重金属的检测方式不合理、不科学，从而无法有效地发现食物中存在的问题[5]。

（2）没有相应的重金属检测意识。部分检测单位缺乏对重金属检测的重视。食品检测流程多，检测比较复杂，许多检测单位为了加快检测的速度，忽略了对一些新型重金属的检测，只是对常见的重金属和食品加工通过的重金属进行检测，从而导致可能出现未检、漏检等问题，影响了食品安全。

3.2 优化措施

（1）建立健全完善检测体系，加强对食品重金属检测的重视。要建立健全完善的食品检测体系，确保食品的安全和检测的准确性。在检测流程中，增加监管体系，确保检测的准确性，在检测体系中采用计算机、云计算等先进的技术来辅助重金属的检测，提高检测的准确性[6]。加强对离子色谱检测技术、紫外可见光光度检测技术和液相色谱等技术在食品检测的应用，保证检测的准确性。

（2）加强对检测技术的研究。加强对检测技术的研究，使检测技术能够检测出新型的重金属，能够提高检测的准确性。

（3）创新重金属的检测设备。当重金属的检测环节出现检测不当或检测工作失误，就有可能危害到人体健康，所以相关人员应紧跟当今科学技术发展与进步的步伐，对重金属的食品检测设备进行创新研究，增加重金属检测仪器的科学性与检测效率，优化重金属检测的过程中存在的漏洞。

（4）提升检测人员的专业技术水平。相关机构可以定期组织相关检验人员进行重金属检测知识课程培训，帮助技术人员了解检测仪器的使用原理，增加使用仪器熟练程度，为工作人员之间能够进行经验交流与互相学习提供条件，从而提升其重金属检测的能力水平，从而提高检测结果的准确性。

（5）完善相关检测的法律法规。完善检测过程中的相关法律法规能够让人们了解重金属检测标准，这在一定程度上对相关食品制作的生产厂家起到一定的约束力，提高消费者、重金属检测人员、食品制作厂家对食品中的重金属含量的重视程度，从而减少重金属超标的情况。

4 结语

目前而言，国内的食物重金属检验方法仍存在着一定的不足，如需要较长的时间去前处理，且检验过程复杂，无法完全满足目前的检验工作需求；常用的重金属检验仪器设备多为在线检测装置，一般应用于水样和液体样品的检验，而一些固体类食品的重金属浓度测定则相对困难。这些问题也对重金属检验工作提出了新的技术要求，必须进一步研制和发展新方法及新仪器设备。