食品中重金属污染物的高效检测技术及其在食品安全领域中的应用

摘 要：本文介绍食品中常见重金属污染物及其危害，阐述食品中重金属污染物的高效检测技术及其在食品安全领域中的应用，旨在提高重金属污染物检测的效率、精确度和灵敏度，为全面保障食品安全提供有力的技术支撑。

关键词：重金属污染；食品安全；检测技术

Efficient Detection Technology of Heavy Metal Contaminants in Food and Its Application in Food Safety Field

CHAI Xinyue

（Shenzhen Agricultural Science and Technology Promotion Center， Shenzhen 518000， China）

Abstract： This paper introduces the common heavy metal pollutants in food and their hazards， describes the efficient detection technology of heavy metal pollutants in food and its application in the field of food safety， aiming to improve the efficiency， accuracy and sensitivity of heavy metal pollutants detection， and provide strong technical support for the comprehensive protection of food safety.

Keywords： heavy metal pollution; food safety; testing technology

食品安全是关系国计民生的重大问题，其中重金属污染已成为影响食品安全的重要因素之一。重金属元素如汞、铅、镉等具有较强的毒性，可通过食物链富集并最终危害人体健康。近年来，随着工农业的快速发展，重金属污染日益严重，农产品、水产品乃至饮用水等都面临着不同程度的重金属污染风险。为保障食品安全，及时发现和控制重金属污染，迫切需要发展高效、快速、灵敏的重金属检测技术。目前，电感耦合等离子体质谱法、原子吸收光谱法、X射线荧光光谱法等检测技术已在食品重金属分析领域得到广泛应用，极大地提升了检测效率和精确度。本文开展食品中重金属污染的高效检测技术研究，深入探讨其在农产品、水产品、饮用水等领域的实际应用，对于全面提升我国食品安全水平、保障人们的身体健康具有重要意义。

1 食品中常见重金属污染物及其危害

食品中常见的重金属污染物主要包括汞、铅、镉、砷和铬等[1]。这些重金属元素虽然在自然界广泛存在，但过量摄入会对人体健康产生严重危害。汞是一种剧毒元素，主要来源于工业废水、农药和燃煤排放等，可通过食物链富集于鱼类、贝类等水产品中。汞进入人体后会损伤神经系统、免疫系统和肾脏，引发如手足口病、情绪障碍等疾病。铅污染多见于农产品。其来源包括铅酸蓄电池、含铅涂料和汽油等。铅会干扰儿童智力和行为发育，导致记忆力下降、注意力缺失等问题。成年人长期接触铅可能诱发心血管疾病。镉主要来自电镀、电池生产等工业过程，易富集于稻米、蔬菜等农作物中。镉对肾脏和骨骼的危害较大，可引起如肾小管损伤、骨质疏松等疾病。砷污染在地下水中较为常见，无机砷化物的毒性极强，可致癌、致畸，损害皮肤和神经系统。铬广泛用于电镀、制革等行业。六价铬是强致癌物，还会刺激皮肤和消化道黏膜。

2 食品中重金属污染物的高效检测技术

2.1 电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法是目前食品中重金属污染物检测的“金标准”。它利用高温等离子体将样品雾化、原子化和电离，再通过质量分析器按照质荷比分离各种离子，最后由检测器接收离子信号并转换为相应元素的定量信息[2]。电感耦合等离子体质谱法的优势在于检出限低（可达ppt级）、线性动态范围宽（ng·L-1至mg·L-1）、分析速度快（可同时测定多种元素）和抗干扰能力强等。但样品基体复杂时，仍需优化前处理方案和仪器参数，以克服基体效应和同量异位素干扰。电感耦合等离子体质谱法可用于食品中多种重金属元素的同时定量分析，如汞、铅、镉、砷和铬等。随着仪器性能的不断提升和前处理技术的日益成熟，电感耦合等离子体质谱法有望在更广泛的食品基质中实现重金属的精确定量，为食品安全监测提供有力的技术支撑[3]。

2.2 原子吸收光谱法

原子吸收光谱法是食品重金属分析领域的经典技术之一。其基本原理是基于基态原子对特定波长光的吸收。即当光源发射出的特征波长的光通过含有待测元素的原子蒸汽时，这些原子会吸收一定量的光能，导致光强度减弱。通过测量这种减弱的程度，可以确定样品中该元素的浓度。原子吸收光谱法具有光谱特征性强、灵敏度高、选择性好和精密度高等优点，尤其适用于痕量重金属的检测。但样品基体往往较为复杂，为消除基体干扰，需采用合适的背景校正技术，如氘灯校正、塞曼效应校正等。根据原子化方式不同，原子吸收光谱法可分为火焰原子吸收光谱法和石墨炉原子吸收光谱法。火焰原子吸收光谱法的特点是分析速度快、操作简便，可用于食品中铜、锌等含量相对较高的重金属元素分析；石墨炉原子吸收光谱法的特点是基体允许量大、检出限更低，可实现痕量汞、镉等元素的灵敏检测。近年来，原子吸收光谱法不断与自动进样、流动注射、在线富集等联用，进一步提升了检测的自动化程度和分析通量，在农产品、水产品、饮用水等食品基质的重金属检测中得到了广泛应用。

2.3 X射线荧光光谱法

X射线荧光光谱法在食品重金属检测领域具有独特优势。X射线荧光光谱法的原理是当样品受到高能X射线激发时，内层电子会被剥离，形成电子空穴；外层电子迁移填充空穴时，会释放出与元素特征相对应的荧光X射线。通过测定该荧光辐射的能量或波长，即可对样品中的元素种类和含量进行定性定量分析。X射线荧光光谱法的突出特点是前处理简单（通常只需研磨和压片）、分析速度快（数十秒即可完成测试）、重现性好以及无化学试剂消耗等，尤其适合固体样品的直接测定。根据激发源和分光系统的差异，X射线荧光光谱法可分为波长色散型X射线荧光光谱法和能量色散型X射线荧光光谱法两大类。波长色散型X射线荧光光谱法具有荧光强度高、分辨率佳以及可实现精确定量的特点；能量色散型X射线荧光光谱法具有结构紧凑、价格低廉以及可实现便携式和在线测量的特点。总的来说，X射线荧光光谱法凭借其独特的技术优势，在农产品、水产品等固态食品重金属（如铅、汞、砷等）快速筛查和现场分析中发挥着日益重要的作用，与电感耦合等离子体质谱法、原子吸收光谱法等形成了有效互补，为食品重金属污染的全面监控提供了有力保障。

2.4 纳米材料修饰电极技术

纳米材料修饰电极技术是近年来发展起来的一种新型食品重金属污染物检测方法。常用的纳米材料包括纳米金、纳米银、纳米铂、碳纳米管和石墨烯等[4]。其中，碳纳米管和石墨烯具有优异的导电性、较大的比表面积和良好的吸附性能，可有效富集重金属离子，提高检测灵敏度。纳米材料修饰电极技术的检测原理是通过纳米材料表面与重金属离子的相互作用，如静电吸附、螯合配位等，将重金属离子选择性地富集于电极表面，再通过电化学方法如伏安法、阳极溶出伏安法等进行定量检测。与传统的电化学检测方法相比，纳米材料修饰电极技术具有灵敏度高、选择性强、检测限低和响应速度快等优势，可实现食品中痕量重金属的快速、灵敏检测。此外，纳米材料修饰电极制备简单、成本低廉，易于实现产业化生产和推广应用。目前，纳米材料修饰电极技术已成功应用于果蔬、谷物、茶叶和水产品等多种食品基质中汞、铅、镉和砷等重金属污染物的高效检测，为食品安全风险监控提供了新的技术手段。随着纳米材料制备工艺的不断优化以及表征手段的日益完善，纳米材料修饰电极技术有望在食品重金属污染检测领域得到更加广泛的应用。

3 高效检测技术在食品安全领域中的应用

3.1 农产品中重金属污染检测

农产品中的重金属污染问题备受关注。电感耦合等离子体质谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光度法和X射线荧光光谱法在农产品重金属检测中均有广泛应用。林浩[5]采用微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定糙米与精米中铅、镉、砷、汞等9种重金属元素。结果表明，该方法的消解时间短、效率高，可实现痕量重金属的同时定量。赵锁劳等[6]使用原子吸收光谱法和原子荧光光度法测定了西安市10种蔬菜80个样品中铜、锌、汞、砷、铅、铬和镉的含量。结果表明，西安市蔬菜中重金属污染较为严重，其中铅是主要污染元素，总体合格率为86.6%。马江媛等[7]基于能量色散X射线荧光光谱分析技术对茶叶检测条件进行优化。结果表明，该方法无须复杂的样品前处理，仅需将茶样研磨、压片后即可直接测定，分析速度快、通量高，检出限在0.2～1.0 mg·kg-1。此外，该研究还揭示了不同产地茶叶的重金属污染特征及潜在风险，对于优化茶叶种植、加工和质量安全控制具有重要的指导意义。

3.2 水产品中重金属污染检测

水产品因其特殊的生长环境和食物链富集效应，极易遭受重金属污染。在水产品重金属检测领域，原子吸收光谱法得到了广泛应用。例如，李超男等[8]利用石墨炉原子吸收光谱法测定牡蛎中镉元素含量。结果表明，该方法表现出良好的线性关系（相关系数为0.997 4），检出限为0.002 mg·kg-1，定量限为0.004 mg·kg-1。加标回收率在91.0%～99.3%，相对标准偏差在0.13%～0.16%。该方法简便易行、准确性高且具有良好的实用性与精密度，特别适用于牡蛎中镉含量的检测。

3.3 饮用水中重金属污染检测

饮用水是人体重金属暴露的主要途径之一，其质量安全直接关系到人们的身体健康。在饮用水重金属检测中，电感耦合等离子体质谱法、原子吸收光谱法和X射线荧光光谱法均有重要应用。例如，肖明发等[9]采用电感耦合等离子体质谱法测定生活饮用水中痕量钒、铀的含量。结果显示，钒和铀的检测线性相关系数r均超过0.999 9，钒的检出限为0.02 ng·mL-1，铀的检出限为0.01 ng·mL-1。此方法具有较宽的线性范围、较低的检出限，且能快速、准确地完成检测，适合用于生活饮用水中微量钒、铀的测定。所建方法快速灵敏，为饮用水重金属健康风险评估提供了可靠的支持支撑。靳凤珍[10]利用氢化物发生-原子吸收光谱法测定水中的砷。结果表明，该方法的专属性强，可实现无机砷不同价态的形态分析，有助于揭示砷的地球化学行为及其健康危害机制。

4 结语

食品中重金属污染的高效检测技术在保障食品安全方面发挥着至关重要的作用。电感耦合等离子体质谱法、原子吸收光谱法和X射线荧光光谱法等技术在农产品、水产品和饮用水等领域的广泛应用，极大地提高了重金属污染物检测的效率、精确度和灵敏度。未来，随着检测仪器性能的不断提升、样品前处理技术的持续优化以及新型检测方法的不断涌现，食品重金属污染检测将向着更快速、更准确、更便捷的方向发展。同时，多种检测技术的优势互补和联用将进一步提升检测能力，为全面保障食品安全、维护公众健康提供更加可靠的技术支撑。

参考文献

[1]陶庆平.食品中有害物质检测技术分析[J].中国食品工业，2024（17）：85-87.

[2]边丽娜，韩玮，孙亚婷，等.食品重金属检测方法研究[J].中国食品工业，2024（17）：100-102.

[3]古丽契热·阿地力.食品中有机化学污染物的检测方法与控制技术分析[J].中外食品工业，2024（11）：58-60.

[4]陈文轩.金属纳米颗粒和碳材料在尿酸电化学检测中的应用[D].长沙：中南大学，2023.

[5]林浩.微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定糙米与精米中9种重金属[J].当代化工研究，2024（16）：49-51.

[6]赵锁劳，段敏，马往校，等.西安市蔬菜中重金属污染调查研究[J].水土保持学报，2002（4）：112-115.

[7]马江媛，桑晓霞，李叶丽，等.基于能量色散X射线荧光光谱分析技术对茶叶检测条件的优化[J].食品与发酵工业，2020，46（4）：282-286.

[8]李超男，曹振.石墨炉原子吸收光谱法检测牡蛎中镉元素含量[J].现代食品，2024，30（17）：203-206.

[9]肖明发，林捷.电感耦合等离子体质谱法测定生活饮用水中痕量钒、铀[J].中国卫生工程学，2023，22（5）：607-609.

[10]靳凤珍.流动注射氢化物发生-原子吸收光谱法测定水中砷[J].中国保健营养，2012，22（6）：611-612.

作者简介：柴昕岳（1988—），男，广东深圳人，硕士，助理研究员。研究方向：重金属检测。