食品重金属检测技术研究

Research on Food Heavy Metal Detection Technology

WEI Bing （Guangxi Yiquan Testing and Evaluation Co.，Ltd.，Liuzhou 545ooo， China）

Abstract： Heavy metal polution is one of the main factors threatening food safety，and it may pose serious health risks whenentering the humanbody through the food chain.Itis crucial to establish effcientandaccurate heavy metal detection technology to ensure fod safety.This article systematically reviews the main methods for detecting heavy metals in food，including atomic absorption spectroscopy， inductively coupled plasma mass spectrometry， graphite metal spectroscopy，etc.It also explores the development trendsof combined detection technologies and emerging detection technologies，aiming to provide technical references for food safety monitoring， promote innovation and optimization of heavy metal detection technologies，and beter safeguard public health.

Keywords： food safety; heavy metal pollution; heavy metal detection; testing technology

食品中重金属污染的来源主要包括动植物在生长过程中通过土壤、水体等环境介质对重金属的自然富集作用；由于重金属元素具有生物不可降解性和沿食物链逐级放大的累积特性，在植物和动物中累积的一部分重金属会通过可食用部分传递给人类。鉴于食品基质中重金属残留量通常处于痕量水平，其检测分析技术需具备超痕量检测能力。当前，国内外主流检测方法包括紫外分光光度法、原子吸收/荧光／发射光谱技术体系及电感耦合等离子体质谱法，这些方法在适用场景、分析通量及定量精度方面各具优势，形成了互补性技术矩阵。因此，本研究通过探讨和分析多种食品重金属检测技术的特性，对其优缺点及适用场景进行评估，旨在为食品安全监管和质量控制提供技术支持。

1传统重金属检测技术

1.1原子吸收光谱法

原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）目前已广泛应用于食品、药品及环境监测等领域，成为核心检测技术之一。该方法通过分析重金属离子转化为基态原子蒸汽后对特征光谱共振辐射线的吸收强度，实现对元素的定量分析。根据具体操作方式的不同，AAS可进一步细分为火焰原子吸收光谱 法（Flame Atomic Absorption Spectroscopy，FAAS）、石墨炉原子吸收光谱法（GraphiteFurmaceAtomicAbsorptionSpectroscopy，GFAAS）、氢化物发生原子吸收光谱法（HydrideGenerationAtomicAbsorptionSpectroscopy，HGAAS）及冷蒸汽原子吸收光谱法（Cold Vapor Atomic Absorption Spectrometry，CVAAS）。其中，FAAS操作简便、成本低廉，但灵敏度相对较低；GFAAS则具有极高的灵敏度，适用于超痕量重金属检测，但其分析范围较窄且耗时较长；HGAAS和CVAAS分别在汞、碑、硒及汞、镉的精确测定中表现出色。例如，采用磁分散固相微萃取技术可将土耳其红茶中铅的检测能力提升64.3倍[1]；而刘艺等[2]利用GFAAS技术精确测定了河鲜中的镉含量，展现了AAS技术在提升检测精度与效率方面的卓越能力。

1.2电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体-质谱法（InductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry，ICP-MS）是一种高效的分析技术，能够将试样在高温离子源中转化为离子状态，并通过离子采集系统将其导人质谱仪中进行检测。该技术依据质荷比实现多种元素的同时精确检测，特别适用于痕量及超痕量元素的分析。ICP-MS具有线性范围广、分析速度快、检出限极低、干扰因素少且易于消除等诸多优势。例如，FU等运用电感耦合等离子体串联质谱法对药食同源植物中的砷（As）、镉（Cd）、汞（ Hg ）和铅（Pb）4种重金属元素进行了快速且准确的定量分析。结果表明，线性相关系数接近1，检出限达到ng级别，相对标准偏差较小。此外，ZOU等[采用高效液相色谱与电感耦合等离子体三重四极杆质谱联用技术，成功测定了蘑菇中砷的含量，且该方法线性范围广，检出限和定量限均较低，并已成功应用于多个蘑菇品种的砷含量检测及其形态分析。

1.3电感耦合等离子体发射光谱法

电感耦合等离子体发射光谱法（InductivelyCoupled Plasma - Optical Emission Spectroscopy，ICP-OES）基于原子发射光谱学原理。当被测元素的原子受到热能或电能激发时，会发射出具有特定波长的特征光谱。ICP-OES技术通过高频电流在氩气中产生的高温等离子体作为激发光源，将试样中的组分转化为原子或离子状态。在转化过程中，这些原子或离子会发出具有特定波长的光。由于每种元素的原子在激发或电离时所发射的波长具有唯一性，因此可通过检测特征光的波长和强度来确定样品中所含元素的种类及其浓度。经过光学系统对光源进行聚焦、色散和分光处理后，形成按波长顺序排列的光谱信号，并由高灵敏度检测器接收。例如，在检测大米中的镉含量时先对大来样品进行消解处理，将其转化为适合仪器分析的液态形式，随后将消解后的样品引人ICP-OES仪器中，在等离子体的高温激发下，样品中的镉原子被激发并发射出特定波长的光，通过检测这一特征光的强度即可定量分析样品中镉的含量。

1.4石墨金属光谱法

石墨金属光谱法采用石墨材料制成杯状或管状电极，通过电流加热使其吸收待测样本中的原子。该方法能有效检测食品中的镉、铬、铅等金属元素。其优势在于能确保所有样本完全原子化，相较于传统火焰法，石墨金属光谱法具备更高的准确度和更全面的金属元素分析能力。然而，该方法并非适用于所有检测条件，因为针对不同金属元素需使用特定类型的基体改进剂，这在同时检测多种重金属时增加了操作复杂性[5]。

2联用检测技术

2.1电感耦合等离子体-质谱与高效液相色谱联用技术

ICP-MS与高效液相色谱（HighPerformanceLiquidChromatography，HPLC）联用技术的原理是基于HPLC的分离提纯能力和ICP-MS的高灵敏度、多元素同时检测特性。HPLC负责将样品中的化合物分离，而ICP-MS则进一步对分离后的化合物进行元素检测和定量分析。这种联用技术在环境分析中具有显著优势，能够准确测定水样、土壤和植物中的痕量元素及其形态，为科学研究提供了强大的分析工具，助力深入了解样品中的元素组成和特性。ICP-MS与HPLC联用技术在食品重金属检测中表现出色[。例如，在检测谷物中的铅、镉、砷等多种重金属元素时，HPLC利用反相色谱柱将谷物样品中的有机物、无机物等复杂成分进行有效分离，确保重金属元素得以单独存在并进入ICP-MS系统进行高精度测定。

2.2高效液相色谱-原子荧光光谱联用技术

高效液相色谱-原子荧光光谱联用（HighPerformance Liquid Chromatography - AtomicFluorescence Spectroscopy，HPLC-AFS）技术基于HPLC对样品中的不同组分进行高效分离，并利用AFS对分离后的组分进行高灵敏度检测。在检测过程中，待测元素经原子化、激发后发射出特定波长的荧光信号，其强度与待测元素的浓度成正比，从而实现对样品中目标元素的定量分析。该方法结合HPLC的高分离性能和AFS的高灵敏度特性，广泛应用于环境监测、生物分析、药物研究及食品检测等领域。例如，在检测茶叶中的铅含量时，利用反相色谱柱将茶叶样品中的茶多酚、咖啡因、氨基酸等复杂成分进行有效分离，使得铅元素得以单独存在。随后，这些铅元素进入AFS检测系统，在激发光源的作用下从基态跃迁到激发态，并在回到基态时释放出特定波长的荧光信号。通过测量荧光信号的强度，可实现对茶叶中铅含量的准确定量。

3快速检测技术

3.1 比色法

比色法在食品检验中的原理基于物质对光的吸收特性，即利用糖类、某些添加剂或污染物等与显色物质发生特定反应后产生的颜色变化，通过比较或测量这种颜色变化的强度，可以推算出被测物质的含量。在食品检测中，比色法操作简便、快速的特点使其在精度要求不高的场合具有广泛应用价值[以食品中铬离子检测为例，当铬离子与二苯碳酰二肿试剂反应时，会生成一种紫红色的络合物。这种络合物的颜色深浅与铬离子的浓度密切相关，浓度越高，颜色越深。基于这一特性，可采用比色法进行食品中铬离子的快速检测。对待测食品样品进行消解、稀释等处理，向溶液中加入适量的二苯碳酰二肼试剂，混合后静置，然后使用分光光度计在特定波长下测量溶液的吸光度，并通过事先绘制的标准曲线将测得的吸光值转化为铬离子的浓度值，确定铬离子含量。

3.2 酶抑制法

食品检验中的酶抑制法是一种经典的技术手段，其主要利用有机磷和氨基甲酸酯类农药对胆碱酯酶活性的抑制作用，但这一原理同样为重金属检测提供了创新思路。传统上，这些农药通过与胆碱酯酶结合导致酶活性下降，从而影响其对特定底物的分解速率，通过测量分解速率的变化，可间接推算出食品中农药的残留量。在食品重金属检测领域，酶抑制法的应用潜力同样值得关注。当食品样品中含有重金属离子时，酶的活性会受到抑制，进而导致其对底物的分解速率降低。例如，若选用对汞离子敏感的酶体系，在含有汞离子的食品样品中，该酶的活性会显著下降。通过观察并测量这种酶活性的变化，可以间接推断出食品中汞离子的存在及其含量。尽管目前酶抑制法在重金属检测中的直接应用尚处于探索阶段，但其原理的适应性和技术的可行性，无疑为食品重金属检测领域开辟了新的研究方向。

3.3 电化学法

电化学法通过利用电极与待测物质之间发生的氧化还原反应，将产生的电位、电流或电量等电学信号与被测物质的浓度或性质建立定量关系，从而实现对食品中重金属元素、有害物质、微生物等成分的定性和定量分析。以食品中的铅元素检测为例，电化学法中的方波阳极溶出伏安法是一种非常有效的检测手段。在实际操作中，首先需要对食品样品进行处理以提取出其中的铅离子，将样品溶液置于含有工作电极、参比电极和辅助电极的电化学池中，在预电解阶段，施加恒定负电位，使铅离子在工作电极表面还原为金属铅并沉积下来。进入方波阳极溶出阶段，施加一系列方波电位，使沉积在工作电极表面的金属铅重新被氧化为铅离子并溶入溶液中，产生与铅含量成正比的电流信号。测量电流信号的大小，并结合标准曲线或已知浓度样品的校准，即可准确测定食品中的铅含量。

4结语

在科技和工业快速发展的现代社会，食品中重金属元素的超标问题，无论是源于原材料本身还是加工处理过程，均可能对人体健康造成潜在威胁。因此，相关科研机构和检测技术人员应根据实际情况，科学选择适宜的重金属检测技术，对食品中的重金属含量进行严格、精确测定，以确保食品安全和公众健康。

参考文献

[1]CHENGX，YANH，WANGX，etal.Vortex-assisted magnetic dispersive solid-phase microextraction for rapid screeningand recognition of dicofol residuesin tea products[J]. Food Chemistry，2014，162：104-109.

[2]刘艺，侯艳霞，杨璐，等.石墨炉原子吸收光谱法 测量河鲜中镉的含量[J].食品工业，2019，40（5）：315-317.

[3]FUXG，WANG J，QUWJ，et al.Re-Os （ICP-MS） dating of marine oil shale in the Qiangtang basin， northern Tibet， China[J].Oil Shale，2008，25（1）：47-55.

[4]ZOUZM，ZHANGHW，SRIVASTAVAKD，etal. Identificationand standardizationofantifoodallergyChinese herbal formula FAHF-5by HPLC chromatographic fingerprint[J]. Journal ofAllergyand Clinical Immunology，20o4，113（2）：S154.

[5]汪馨.食品中重金属铅、镉的电化学检测方法研究[J].现代食品，2024（14）：21-23.

[6]王晓峰，邓黎黎，张怡青，等.基于生物传感器的食品中重金属快速检测技术[J].现代食品，2024（20）：122-125.

[7]麻丽兰.食品重金属原子吸收光谱检测方法中的干扰因素分析与对策研究[J].现代食品，2024（6）：22-24.