◎ 越婷婷

（白城市糧油質(zhì)量監(jiān)測站，吉林 白城 137000）

檢測糧食中重金屬元素含量，在保障食品安全、維護(hù)人體健康、保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管和國際貿(mào)易等方面均具有重要意義[1]。因此，探討糧食中重金屬檢測技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢具有非常重要的意義。

1 糧食中重金屬檢測的傳統(tǒng)方法

1.1 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS）結(jié)合了電感耦合等離子體（ICP）和質(zhì)譜儀（MS）的技術(shù)。原理是將樣品轉(zhuǎn)化為離子狀態(tài)并導(dǎo)入高溫的電感耦合等離子體中，形成穩(wěn)定且高溫的等離子體[2]；在等離子體中，樣品中的原子和分子會(huì)被電離，形成正離子，隨后這些離子進(jìn)入質(zhì)譜儀根據(jù)質(zhì)荷比被分離和檢測，從而確定不同元素的含量。

ICP-MS 系統(tǒng)需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，包括電感耦合等離子體發(fā)生器、質(zhì)譜儀和氣體供應(yīng)系統(tǒng)，設(shè)備成本較高。同時(shí)該方法對環(huán)境要求嚴(yán)格，包括潔凈區(qū)域、高純度氣體等，因此運(yùn)行和維護(hù)成本相對較高。

1.2 原子熒光光譜法

原子熒光光譜法（Atomic Fluorescence Spectroscopy，AFS）具有基于原子的光譜吸收和發(fā)射特性。AFS 通過激發(fā)待測樣品中的目標(biāo)元素原子使其躍遷到高能級，然后通過測量其發(fā)射出的特定波長的熒光信號(hào)強(qiáng)度來確定目標(biāo)元素的含量。

AFS 在元素分析范圍上存在一定的限制，主要用于檢測可被激發(fā)產(chǎn)生熒光的元素，對于其他元素可能不太適用。因此，在某些情況下，樣品可能需要使用其他分析方法進(jìn)行全面的元素檢測。在使用AFS 進(jìn)行分析之前，通常需要對樣品進(jìn)行前處理，如酸溶解、稀釋或萃取等[3]。這些前處理步驟可能會(huì)影響分析的準(zhǔn)確性和效率，并增加分析的復(fù)雜性。在某些樣品或基質(zhì)中，可能存在來自基質(zhì)的干擾，導(dǎo)致測量的準(zhǔn)確性和靈敏度降低，需要采取適當(dāng)?shù)男Ｕ脱a(bǔ)償方法予以解決。

1.3 火焰原子吸收光譜法

火焰原子吸收光譜法（Flame Atomic Absorption Spectroscopy，F(xiàn)AAS）是利用原子吸收光譜儀來分析樣品中金屬元素的吸收特性，從而確定元素的含量[4]。該方法是基于原子吸收光譜原理進(jìn)行分析，樣品經(jīng)過適當(dāng)?shù)那疤幚恚ㄈ缛芙?、稀釋等），然后被噴入具有高溫火焰的燃燒器中[5]；在火焰中，樣品中的重金屬元素被激發(fā)成原子態(tài)，并吸收特定波長的光；通過測量樣品吸收光的強(qiáng)度，可以確定樣品中重金屬元素的濃度。

FAAS 通常一次只能分析一個(gè)元素，因此對于多元素需要進(jìn)行多次分析或使用其他技術(shù)。樣品中的某些成分可能會(huì)對分析結(jié)果產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致準(zhǔn)確性降低，因此對于成分復(fù)雜的樣品，可能需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)那疤幚砘蛘卟捎闷渌m合的技術(shù)。

2 糧食中重金屬檢測技術(shù)新發(fā)展及應(yīng)用價(jià)值

2.1 石墨爐原子吸收光譜法

石墨爐原子吸收光譜法（Graphite Furnace Atomic Absorption Spectroscopy，GFAAS）是基于原子吸收光譜對樣品進(jìn)行分析的技術(shù)。樣品中的重金屬元素要通過適當(dāng)?shù)那疤幚恚ㄈ缛芙狻⑾♂尩龋?，轉(zhuǎn)化為可測量的形式，然后注入石墨爐中，升溫至較高溫度，使樣品中的重金屬元素被蒸發(fā)和原子化；在石墨爐中，通過外部光源引入特定波長的光，樣品中的重金屬元素會(huì)吸收光的特定波長；通過測量吸收光的強(qiáng)度，可以確定樣品中重金屬元素的濃度。

GFAAS 相對于傳統(tǒng)的火焰AAS，在糧食重金屬檢測中有一些新技術(shù)突破。GFAAS 對于某些重金屬元素具有比AAS 更高的靈敏度，石墨爐的特殊結(jié)構(gòu)和溫度控制可以集中樣品中的重金屬，使其在測量過程中更容易被檢測到，提高了靈敏度。GFAAS 能夠通過選擇合適的分析波長，并結(jié)合元素的多種譜線，提高對不同重金屬元素的選擇性。由于高靈敏度和選擇性，GFAAS 可以實(shí)現(xiàn)較低的檢出限，即可以檢測到濃度非常低的重金屬元素。

2.2 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

應(yīng)用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（Liquid Chromatography-Mass Spectrometry，LC-MS）檢測糧食重金屬元素前，需對待測樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)那疤幚?，如溶解、提取、稀釋等。將前處理后的樣品注入液相色譜系統(tǒng)中，在液相色譜柱中，樣品中的化合物會(huì)根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)和相互作用特點(diǎn)被分離成不同的組分；在色譜柱的出口處，將分離的化合物引入質(zhì)譜儀中，化合物會(huì)被電離為帶電粒子，并根據(jù)其質(zhì)荷比進(jìn)行加速、分離和檢測；通過質(zhì)譜儀接收到的離子信號(hào)，可以確定樣品中各化合物的質(zhì)量和相對豐度；通過與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比對和校準(zhǔn)曲線，可以確定待測樣品中重金屬元素的含量。

LC-MS 結(jié)合了液相色譜和質(zhì)譜的優(yōu)勢，具有非常高的靈敏度，即使在樣品中存在微量的重金屬元素，也能夠被準(zhǔn)確、可靠地檢測到。由于質(zhì)譜分析的特點(diǎn)，LC-MS 可通過監(jiān)測化合物的特定質(zhì)荷比提高選擇性，避免樣品中其他干擾物質(zhì)的影響，提高了分析的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，LC-MS 可以覆蓋寬泛的線性范圍，即從低濃度到高濃度該方法都能保持可靠的定量結(jié)果，這對于分析不同濃度水平的樣品非常重要。

2.3 電化學(xué)方法

電化學(xué)方法作為糧食重金屬檢測的一種技術(shù)手段，在靈敏度、選擇性、快速性和多元素分析等方面有顯著的技術(shù)突破，這些突破使電化學(xué)方法在糧食重金屬檢測領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。電化學(xué)方法主要包括恒電位階梯伏安法、陽極溶出法、極譜法等新型檢測技術(shù)。

電化學(xué)方法具有很高的靈敏度，可以檢測出濃度低至μg·L-1甚至更低濃度的重金屬元素。電化學(xué)方法可以通過選擇合適的工作電極和電位，針對不同的重金屬元素進(jìn)行檢測，從而排除其他干擾物質(zhì)的影響，提高對樣品特定重金屬元素分析的選擇性和準(zhǔn)確性。電化學(xué)方法具有實(shí)時(shí)性和快速性優(yōu)勢，分析過程簡單，操作便捷，省時(shí)省力。相比其他分析方法，如原子吸收光譜法等，電化學(xué)方法的分析時(shí)間更短，適用于大批量樣品的快速分析。電化學(xué)方法具有同時(shí)測定多種重金屬元素的能力，可實(shí)現(xiàn)多元素的同時(shí)分析，這對于糧食重金屬檢測來說非常重要，因?yàn)榧Z食中可能含有多種重金屬元素，需要一次性進(jìn)行全面和綜合的分析。

2.4 光學(xué)傳感技術(shù)

光學(xué)傳感技術(shù)基于指定配體與金屬離子之間的相互作用，通過測量光學(xué)信號(hào)的變化來定量分析重金屬含量。檢測過程中，根據(jù)目標(biāo)金屬離子的性質(zhì)和特點(diǎn)，選擇適合的配體。配體通常是一種具有高親和力的分子，可以與目標(biāo)金屬離子發(fā)生特異性的配位反應(yīng)。當(dāng)配體與金屬離子結(jié)合時(shí)，會(huì)導(dǎo)致光學(xué)性質(zhì)的變化（如吸收、熒光或散射等），產(chǎn)生的光學(xué)信號(hào)經(jīng)過光學(xué)傳感器內(nèi)部的信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大機(jī)制，在光學(xué)檢測器中轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。通過信號(hào)處理和數(shù)據(jù)分析過程，并與預(yù)先建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線或校準(zhǔn)樣品進(jìn)行比對，得出目標(biāo)金屬離子的濃度值。

光學(xué)傳感技術(shù)在糧食重金屬檢測中在檢測速度、選擇性、靈敏度、便攜性和實(shí)時(shí)監(jiān)測方面有所突破。①光學(xué)傳感技術(shù)使用光學(xué)信號(hào)進(jìn)行檢測，具有快速響應(yīng)和實(shí)時(shí)監(jiān)測的特點(diǎn)，相比其他傳統(tǒng)方法，它可以更快地完成樣品分析，提高檢測效率。②光學(xué)傳感技術(shù)可以通過設(shè)計(jì)合適的配體，利用與目標(biāo)金屬離子之間的相互作用，實(shí)現(xiàn)對特定重金屬離子的選擇性識(shí)別和檢測。③光學(xué)傳感技術(shù)基于光學(xué)信號(hào)進(jìn)行檢測，因此可以實(shí)現(xiàn)對低濃度重金屬離子的高靈敏度檢測。④光學(xué)傳感技術(shù)可以采用便攜式設(shè)備進(jìn)行操作，無須復(fù)雜的儀器和實(shí)驗(yàn)條件，這使得它在實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛的適用性，并且可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測和快速反饋。

2.5 電子束誘導(dǎo)衍射光譜技術(shù)

電子束誘導(dǎo)衍射光譜技術(shù)（Electron Backscatter Diffraction Spectroscopy，EBDS）是一種用于材料表征和晶體結(jié)構(gòu)分析的技術(shù)，利用電子束與材料表面發(fā)生背散射現(xiàn)象，通過分析背散射電子的能量和角度，獲得樣品的晶體結(jié)構(gòu)信息。在檢測糧食中的重金屬時(shí)，對樣品照射電子束并收集衍射信號(hào)，通過電子背散射圖像的處理和解析，得到晶體結(jié)構(gòu)的取向、相位和晶粒等信息，結(jié)合樣品的詳細(xì)特征和相關(guān)數(shù)據(jù)，可以對糧食中的重金屬含量和分布進(jìn)行定量和定性評估。

EBDS 技術(shù)在糧食重金屬檢測中具有非破壞性、高靈敏度、高空間分辨率和快速分析等技術(shù)優(yōu)勢。通過對晶界、晶粒和晶體取向的觀察和測量，可以了解重金屬元素在糧食樣品中的分布情況和形態(tài)特征，這對于糧食中重金屬來源、遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究具有重要意義。

3 結(jié)語

糧食重金屬檢測在保障食品安全、合規(guī)監(jiān)管、質(zhì)量控制與追溯、農(nóng)產(chǎn)品出口和生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面有重要意義。重金屬檢測技術(shù)在不斷發(fā)展和創(chuàng)新的過程中，逐漸突破了傳統(tǒng)檢測技術(shù)壁壘，在提高檢測質(zhì)量和速度的同時(shí)，也在很大程度上壓縮了檢測成本。石墨爐原子吸收光譜法、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、電化學(xué)方法、光學(xué)傳感技術(shù)和電子束誘導(dǎo)衍射光譜技術(shù)等新技術(shù)的突破提高了重金屬元素含量檢測和分析的準(zhǔn)確性，為糧食安全監(jiān)測和控制提供了可靠保障。未來，希望各種技術(shù)能夠得到繼續(xù)優(yōu)化和完善，為糧食產(chǎn)業(yè)提供更加可靠和有效的重金屬檢測方法，從而加強(qiáng)對糧食生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)管和控制，減少重金屬污染物的輸入，共同營造安全可靠的糧食環(huán)境。