食品中重金属检测质量控制与分析
作者: 覃顺华
摘 要:在工业化发展的时代背景下,环境污染越来越严重,重金属污染已经成为食品加工领域的一大隐患。食品中的铅、汞、镉等重金属元素长期累积会严重影响人体健康。基于此,本文综述了当前食品重金属检测新标准以及食品中重金属元素的提取及检测的方法,重点从石墨炉原子吸收光谱法、紫外可见光分光光度法、蒸气发生原子荧光光谱法和原子吸收光谱法4个维度详细阐述食品中重金属检测技术的原理和应用,旨在为食品安全领域提供准确、快速的重金属检测方法,确保食品质量与消费者健康。
关键词:重金属;检测标准;元素检测;提取方法
Quality Control and Analysis of Heavy Metal Detection in Food
QIN Shunhua
(Guangxi Yiquan Testing and Evaluation Co., Ltd., Liuzhou 545000, China)
Abstract: In the era of industrialization, environmental pollution is becoming more and more serious, and heavy metal pollution has become a major hidden danger in the field of food processing. The long-term accumulation of lead, mercury, cadmium and other heavy metal elements in food will seriously affect human health. Based on this, this paper summarizes the current new standards for heavy metal detection in food as well as the methods for extraction and detection of heavy metal elements in food, focusing on graphite furnace atomic absorption spectrometry, ultraviolet-visible spectrometry, vapor-generated atomic fluorescence spectrometry and atomic absorption spectrometry in four dimensions to elaborate on the principles and applications of heavy metal detection technology in food, with the aim of providing an accurate and rapid heavy metal detection method for the field of food safety and ensuring the quality of food and consumer health.
Keywords: heavy metals; testing standards; element detection; extraction method
食品中的重金属污染已成为全球性挑战,其隐蔽性、长期性和危害性备受关注。铅、汞、镉、砷等重金属在环境中普遍存在,在食物链的累积作用下威胁公众健康。科技进步推动了重金属检测技术的发展,但质量控制仍是关键问题。虽然各国政府和国际组织加强了重金属检测标准的制定,但深入研究重金属来源、迁移和毒性机理,建立更完善的检测方法和质控体系同样至关重要。
1 食品重金属检测新标准
当前,国际上针对食品中重金属含量制定有严格的限量标准,主要涉及镉、铅、汞、砷等重金属元素,旨在保障食品安全和维护公众健康。世界卫生组织已明确规定各项重金属的限量,如镉的限量标准为0.2 mg·g-1,铅为0.3 mg·g-1,汞为0.02 mg·kg-1,砷为0.1 mg·g-1。这些标准均基于保障人体健康制定,故在食品生产与加工过程中必须严格遵守,避免重金属含量超标。
为保障有效执行检测标准,各国均设有专门的监管与检测机构,负责监测食品中的重金属含量,从而强化食品质量与安全。在我国,国家市场监督管理总局承担此重任,定期抽检并严格检测食品中的重金属,一旦发现食品中重金属含量超标,相关食品将立即被召回或下架,保护消费者权益不受侵害。
2 食品中的重金属元素提取及检测方法
2.1 食品中重金属提取方法
为保障食品安全和消费者健康,在食品安全检测环节中准确提取和测定食品中的重金属含量有着不可取代的作用。在提取环节中,常用酸消解、微波消解和湿法灰化等重金属提取方法,且每种方法都有其独特的优缺点。①酸消解法是一种简便且成本较低的提取方法,将食品样品与酸溶液混合加热,有效溶解出重金属元素。但此方法消解时间较长,对追求高效检测的实验室构成挑战,且处理不当会污染环境[1]。②微波消解法在提取速度和效率上具有优势,其高能量和穿透性能迅速释放食品样品中的重金属元素,缩短提取时间。但此方法对设备要求较高,需专用微波消解仪,并严格控制微波功率和时间,避免样品过度破坏。③湿法灰化法则在处理易挥发元素方面表现独特,通过将食品样品与强氧化剂混合加热至高温,使有机物完全燃烧灰化,保留样品中的易挥发元素。
选择合适的重金属提取方法需考虑样品性质、重金属种类及检测要求等多方面因素,其直接影响方法可行性和适用性。在实际应用中,必须根据具体情况综合评估各种方法的优缺点,选择最合适的提取方法。3种方法优缺点对比见表1。
2.2 重金属元素检测
食品中的重金属元素检测是一项至关重要的任务,涉及样品前处理、仪器检测和数据分析3个核心步骤。①样品消解、提取和净化等前处理是检测流程中的基础环节,旨在将食品中的重金属元素有效转化为适合仪器检测的形式。此步骤决定着后续检测结果,必须严格遵循标准化操作程序,注重样品完整性和代表性。②仪器检测是检测流程中的核心环节,依赖于原子吸收光谱仪和原子荧光光谱仪等高灵敏度的分析仪器。先进仪器能精确识别和测量食品中的重金属元素,为后续数据分析提供坚实基础。③数据分析是食品重金属元素检测的核心环节,其主要对仪器检测得到的重金属含量数据进行整理、解读和比对,判断是否超标。通过数据分析,能准确了解食品中重金属含量,为食品安全监管提供有力支持。
3 食品重金属检测技术
3.1 石墨炉原子吸收光谱法
石墨炉原子吸收光谱仪作为核心仪器,其性能直接影响到检测结果精度。此外,还需备齐相应的标准溶液、试剂及样品处理设备。鉴于食品样品的多样性和复杂性,需针对不同样品采用相应的处理方法[2]。一般而言,样品处理涉及破碎、研磨、消解等步骤,将食品中的重金属元素转化为适于仪器检测的形式。在消解过程中,常用硝酸、盐酸等酸,且需要按照样品性质优化调整消解温度和时间。
石墨炉原子吸收光谱仪操作相对复杂,需由专业人员进行操作。操作前需开启光谱仪和石墨炉完成预热和校准,之后则将处理好的样品注入石墨炉中,利用高温将样品中的重金属元素原子化。在此过程中,必须严格控制石墨炉温度和升温程序,维系原子化完全性和稳定性。当样品中的重金属元素被原子化后,光谱仪会测量其特征谱线的强度。特征谱线的强度与重金属元素的含量成正比,因此可通过测量谱线强度确定重金属元素的含量。在测量过程中注意避免背景干扰和基体效应的影响,提高测量的准确性。测量完成后需结合标准曲线绘制、样品浓度计算等步骤处理和分析数据。
3.2 紫外可见光分光光度法
紫外可见光分光光度计作为核心仪器,其性能与检测结果精度存在最为直接的联系。为了保证检测结果符合实际情况,还要备齐相应的显色剂、标准溶液及样品处理设备。鉴于食品样品多样性和复杂性,需针对不同样品采用相应的处理方法。一般而言,样品处理涉及破碎、研磨、消解等步骤,在消解过程中使用硝酸、盐酸等释放食品中的重金属离子,并转化为适于与显色剂反应的形式。
处理完成样品后,需加入特定的显色剂与重金属离子发生显色反应。根据目标重金属离子性质确定显色剂,保障反应生成的有色化合物具有稳定的颜色和明显的吸收峰。优化温度、时间、pH值等显色反应条件,从而获得最佳显色效果[3]。完成显色反应后,选择合适的波长,使得在该波长下有色化合物的吸光度最大,然后利用紫外可见光分光光度计测量。
3.3 蒸气发生原子荧光光谱法
蒸气发生原子荧光光谱作为一种先进的分析技术,在多个领域已展现独特优势。在食品重金属检测中,该方法凭借高灵敏度、宽线性范围及强抗干扰能力,成为重要检测手段。蒸气发生原子荧光光谱法能准确、快速测定食品中重金属元素含量,测量元素原子蒸气在特定频率辐射激发下的荧光强度实现目标检测。与传统原子吸收光谱法比,蒸气发生原子荧光光谱法结合原子发射与吸收优点,克服二者局限,其发射谱线简单,使分析结果更清晰可靠,且高灵敏度能检测到更低浓度重金属元素,严格监控食品安全性[4]。
汞、砷、锑、铋、硒、碲、铅、锡、锗、镉和锌等重金属元素在食品中存在,将会对人体造成危害,原子荧光光谱仪设计先进,能精确分析上述重金属元素。蒸气发生原子荧光光谱仪可满足不同浓度样品分析需求,无论高低浓度重金属元素,均可得到准确结果,且该方法抗干扰能力强,能有效排除食品中其他成分干扰,提高分析准确性。
3.4 原子吸收光谱法
原子吸收光谱法自20世纪50年代被创立以来,已成为无机元素定量分析的主流技术。其依据蒸气相中被测元素的基态原子对其原子共振辐射的吸收强度,准确测定试样中被测元素的含量。相较于其他分析方法,原子吸收光谱法展现出检出限低、灵敏度高、精度良好、分析速度快及应用范围广等优势,在食品重金属检测领域具有不可或缺的作用。原子吸收光谱法凭借高灵敏度和低检出限,能精确测定食品中痕量重金属元素含量,为食品安全提供有力保障。在原子吸收分析过程中,需将食品样品制成溶液,制备一系列已知浓度的分析元素的校正溶液,依次测出空白及标样的相应值,绘制校正曲线。测出未知样品的相应值,依据校正曲线得出样品浓度值[5]。得益于现代计算机技术和化学计量学的发展,原子吸收光谱仪性能大幅提升,准确性和精密度不断提高。
随着科技不断进步,新型元器件不断涌现,原子吸收光谱仪自动化程度大大提高,操作程序大大简化。微处理机控制的原子吸收光谱仪提高了分析效率,节约了分析时间。气相色谱-原子吸收光谱联用仪器研制成功,将原子吸收光谱法应用领域推向新高度。此联用技术结合气相色谱的分离能力和原子吸收光谱的定量分析能力,为复杂食品样品中重金属元素的形态分析和含量测定提供了强有力工具。
4 结语
随着现代科技不断发展,食品重金属检测技术也日新月异,各种新型分析方法和仪器不断涌现,使检测准确度和效率显著提高。石墨炉原子吸收光谱法、先进的蒸气发生原子荧光光谱法和原子吸收光谱法等技术在食品安全领域的应用范围不断拓宽,为保障食品安全发挥越来越大的作用。在未来的行业发展中,我国政府和科研机构都必须加大对食品安全领域的投入,以期用更先进的技术手段保障食品的质量和安全。
参考文献
[1]朱婕妤,徐楠楠.不同原子光谱法检测食品添加剂中重金属含量[J].印染助剂,2023,40(2):48-51.
[2]杨茂杰,施晓,涂垚,等.碳量子点及其荧光探针在食品安全检测应用中的研究进展[J].食品科学,2023,44(11):401-409.
[3]魏静,朱治,王亚生,等.生物传感技术在食品中重金属检测中的应用进展[J].食品安全质量检测学报,2022,13(19):6337-6345.
[4]王君旸,于婉婷,王怡彤,等.银纳米簇介导的荧光传感器在重金属离子检测中的应用[J].食品安全质量检测学报,2022,13(16):5253-5262.
[5]杨琳.食品安全背景下的食品重金属检测技术[J].现代食品,2023,29(3):119-121.
作者简介:覃顺华(1994—),女,广西融安人,本科,助理工程师。研究方向:食品检测,环境检测。