浅析食品中重金属、农药残留等有害物质检测技术的改进与创新

◎ 池明亮

（广电计量检测（南宁）有限公司，广西 南宁 530007）

1 传统的重金属、农药残留检测方法

1.1 重金属检测方法

①原子吸收光谱法（AAS）。该方法通过测量样品中重金属原子吸收特定波长的光线来确定其浓度。然而，AAS方法需要复杂的样品前处理步骤，耗时且对仪器的稳定性要求高。②电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）。该方法结合了电感耦合等离子体和质谱技术，能够实现对多种重金属元素的同时分析。然而，ICP-MS方法需要昂贵的设备和专业的技术人员，不适用于快速大规模检测。③ X射线荧光光谱法（XRF）。该方法利用样品中元素对X射线的荧光特性进行分析。XRF方法快速、无须样品前处理，但对于某些重金属元素的检测限制较高[1]。

1.2 农药残留检测方法

①气相色谱法（GC）。该方法将样品中的农药化合物分离并通过气相色谱柱进行分析。然而，GC方法对于热稳定性差的农药分析效果较差。②液相色谱法（LC）。该方法将样品中的农药化合物分离并通过液相色谱柱进行分析。LC方法适用范围广，但对于某些农药化合物的分离和检测仍存在困难。③酶联免疫吸附法（ELISA）。该方法利用农药特异性抗体与农药结合，并通过酶的反应来检测和测量农药残留。ELISA方法操作简单，但对样品中其他干扰物质的影响较敏感。

2 食品中重金属、农药残留等有害物质检测技术的改进策略

2.1 多技术融合

①质谱联用技术。色谱负责样品的分离和纯化，质谱用于对分离后的化合物进行鉴定和定量分析。结合质谱（MS）和色谱（如气相色谱GC或液相色谱LC）技术，可以提高分析的准确性、灵敏度和选择性。②光谱技术与化学方法的结合。结合光谱技术，如红外光谱（IR）、紫外-可见光谱（UV-Vis）和荧光光谱，与化学方法相结合，可以提供样品的分子结构信息，用于定量分析和特定化合物的检测。③生物传感器与分析方法的结合。生物传感器利用生物元件（如酶、抗体或细胞）与目标物质的特异性相互作用，将其转化为可测量的信号，其与化学分析方法相结合，可以提高检测的灵敏度和选择性。④纳米材料与传感技术的结合。例如，利用纳米颗粒作为传感器的载体，通过表面增强拉曼光谱（SERS）或荧光信号增强等现象，提高检测的敏感性和准确性。⑤数据整合与模型建立。将多个技术得到的数据进行整合和分析，建立预测模型或数据模式识别方法，以实现更可靠的检测结果。通过数据整合和模型建立，可以提高检测的准确性、鲁棒性和预测能力。多技术融合的优势在于通过充分利用各个技术的优点，弥补彼此的不足，从而提高整体的检测性能。这种综合应用的方法可以提供更全面、可靠和快速的分析结果，为食品安全检测提供更有效的手段[2]。

2.2 新兴技术应用

①纳米材料。纳米材料的特殊性质在有害物质检测中发挥着重要作用。例如，纳米颗粒可作为传感器的载体，通过表面增强拉曼光谱（SERS）或荧光信号增强等现象，提高检测的灵敏度和准确性。②生物传感器。利用生物元件如酶、抗体、细胞等，与目标物质的特异性相互作用，可将其转化为可测量的信号。生物传感器具有高选择性和灵敏度，可用于重金属、农药残留等有害物质的检测。③光学传感技术。包括基于吸收、荧光、散射等原理的光学传感技术，在检测有害物质方面具有潜力。例如，表面等离子体共振（SPR）和光纤光谱技术，能够实时监测食品样品中的有害物质。④分子印迹技术。利用分子印迹技术，可以制备具有特异性识别目标分子的高选择性材料，用于有害物质的识别和检测。⑤大数据和人工智能。利用大数据和人工智能技术，可以对大量的检测数据进行分析和处理，建立预测模型和数据模式识别方法，提高检测的准确性和预测能力。这些新兴技术的应用为食品中有害物质的检测提供了新的思路和方法，具有更高的灵敏度、准确性和效率。通过不断的研究和创新，这些技术有望进一步完善和推广，为食品安全保障提供更可靠的手段。

2.3 快速检测技术

①光学传感技术，包括吸收光谱、荧光光谱、红外光谱等。该技术主要通过测量样品在特定波长的光线吸收、发射或散射来判断有害物质的存在与浓度。②电化学传感技术，如电化学传感器、电化学生物传感器等。该技术主要通过测量电化学信号的变化，反映有害物质的浓度和特性。③生物传感技术。该技术主要利用生物元件（如酶、抗体或细胞）与目标物质的特异性相互作用，将其转化为可测量的信号，如免疫传感器、酶传感器等。④快速免疫检测技术，如快速免疫层析法（Rapid Immunochromatographic Assay）。该技术主要通过标记的抗体与目标物质结合实现快速检测，常用于农药残留等有害物质的检测。⑤分子识别技术，如分子印迹技术。该技术主要通过制备具有目标分子特异性识别能力的高选择性材料，实现快速、准确的检测。⑥纳米技术应用。该技术主要利用纳米材料的特殊性质，如纳米颗粒表面增强拉曼光谱（SERS）和荧光信号增强等，提高检测的敏感性和准确性。快速检测技术的优势在于其快速性和便捷性，能够在短时间内进行大批量样品的快速检测。这些技术的应用使食品安全监测更加高效和及时，有助于保障公众健康，为食品行业提供可靠的质量控制手段[3]。

2.4 数据处理与分析的改进

①数据预处理。对原始数据进行预处理，包括数据清洗、去噪、异常值处理等，以消除噪声和异常值的影响，提高数据质量。②特征选择和降维。对大量的特征变量进行选择和降维，以减少数据维度和冗余，提高模型的效率和预测能力。③模式识别和数据挖掘技术。利用机器学习、人工智能和统计学方法，建立模式识别模型和数据挖掘算法，从复杂的数据中提取有用的信息和规律。④建立预测模型。通过训练和优化预测模型，利用已有的数据建立模型，预测未知样本中有害物质的含量或存在情况。常见的模型包括回归模型、分类模型、神经网络等。⑤引入先进的统计方法。如多元统计分析、主成分分析（PCA）、偏最小二乘回归（PLS）等，以更全面、准确地分析数据，发现隐藏的关联和模式。⑥数据集成和共享。不同实验室、机构之间通过数据集成和共享，形成更大规模的数据集，可以有效提高分析结果的可靠性和可重复性。⑦可视化和报告生成。利用数据可视化工具和报告生成技术，以图表、图像和易于理解的方式展示分析结果，便于决策者和相关人员更好地理解和利用分析结果。通过改进数据处理和分析的方法，可以提高对食品中有害物质检测和评估的准确性与可靠性，为食品安全监测和管理提供更有效的支持。

2.5 标准和监管的加强

①制定和更新相关标准。政府和相关机构应制定、更新和完善食品中重金属、农药残留等有害物质的检测标准，确保其与科学研究和国际标准保持一致。这些标准应具备合理的限量标准和检测方法，以确保食品的安全性。②加强监管力度。相关部门应加大对食品生产、加工、销售环节的监管力度，确保企业和个体遵守食品安全法律法规和标准要求；加强监督检查、抽检和抽样检测，严厉打击违法行为，对发现的违法行为进行处罚和曝光。③完善检测机构和人员培训。相关部门应加强检测机构的建设和认证，确保其设备设施符合标准要求、人员具备专业知识和技能。同时，检测机构应开展培训和技术交流，提高检测人员的技术水平和专业素养。④提供准确可靠的检测方法。检测机构应研发和推广准确、可靠的检测方法，确保检测结果的一致性和可比性；使用先进的仪器设备和新兴的检测技术，提高检测的灵敏度和准确性[4]。

2.6 教育与宣传

①提供食品安全知识。相关部门应开展食品安全知识的教育活动，向公众普及有害物质的危害、检测方法和防范措施，增加公众对食品安全的认知。②增强食品安全教育。相关部门应在学校、社区和工作场所开展食品安全教育，培养公众的食品安全意识和行为习惯，指导他们正确选择、处理和储存食品的方法。③消费者指南和提示。相关部门应发布食品安全的消费者指南和提示，提供选购、烹饪和储存食品的建议，帮助消费者减少暴露于有害物质的风险。④举办培训和研讨会。相关部门应组织培训和研讨会，向从业人员、农民和食品加工企业等相关人员提供有关食品安全和有害物质检测的培训和指导，提升他们的专业知识和技能。⑤多媒体宣传。相关部门应利用多媒体平台，如电视、广播、互联网、社交媒体等，传播有关食品安全和有害物质检测的信息和知识，提高公众对食品安全的关注和了解。⑥增加食品安全标志和认证。相关部门应鼓励食品生产企业获得食品安全认证，如ISO 22000标准等，提供可信赖的食品安全标志，让消费者放心。⑦加强社会监督和举报机制。相关部门应建立健全的食品安全监督机制，加强社会监督和举报渠道，鼓励公众积极参与，监督食品安全问题[5]。

3 结语

综上所述，不断改进与创新食品中重金属、农药残留等有害物质的检测技术对于保障公众健康至关重要。各方需要共同努力，包括政府、科研机构、食品行业和消费者，共同合作推动技术进步，加强监管和教育，以建立更安全、可靠的食品供应链，确保食品安全和公众健康。