隨著社會不斷發(fā)展,我國的食品種類逐漸豐富,數(shù)量越來越龐大,但卻存在質(zhì)量參差不齊的現(xiàn)象,甚至暗藏食品安全問題。為保障國民食品安全,應(yīng)加強(qiáng)食品中重金屬含量的檢測,利用原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法等技術(shù),有效檢測食品中重金屬含量,避免發(fā)生食品安全問題。
一、食品中重金屬的危害
重金屬是指密度大于4.5g/cm3的金屬,包括金、銀、銅、鐵、汞、鉛、鎘等,目前常見的重金屬種類大約有45種??茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn),有些重金屬通過食物進(jìn)入人體,會干擾人體的正常生理功能,危害人體健康,被稱為有毒重金屬,包括鉛(Pb)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、汞(Hg)、砷(As)等。
隨著工業(yè)與農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展,重金屬對我國的農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)造成嚴(yán)重的污染,持續(xù)威脅人們的健康。當(dāng)前我國受到重金屬污染的耕地面積逐漸擴(kuò)大,截至2023年,受污染耕地面積將近2000萬平方米。嚴(yán)重的土壤污染不僅導(dǎo)致糧食減產(chǎn),糧食中的污染物含量超標(biāo),還會威脅人們的生命安全。比如,人類若食用了重金屬鉛與汞含量超標(biāo)的食物,鉛與汞可以穿過血腦屏障進(jìn)入大腦,對神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生有害影響,甚至?xí)?dǎo)致認(rèn)知功能低下、行為異常。再如,若過量攝入重金屬鎘,可能導(dǎo)致腎臟損傷,進(jìn)而引起腎功能不全,導(dǎo)致慢性腎病。
二、食品中重金屬的檢測技術(shù)
(一)原子吸收光譜法
原子吸收光譜法(AAS)是基于試樣蒸氣中待測元素的基態(tài)原子,對光源發(fā)出的該原子的特征譜線的吸收作用進(jìn)行重金屬元素定量分析的一種方法,其檢測原理如圖1所示。具體來看,AAS是利用空心陰極燈的光源發(fā)出一定波長的激光,經(jīng)過原子化器內(nèi)的原子蒸氣時會有一部分被吸收,而透射出去的那一部分則可以通過光譜與探測系統(tǒng)測出被吸收的程度,也就是吸收率,吸收率與重金屬元素的原子濃度呈現(xiàn)出線性關(guān)系,進(jìn)而可以得到被測物質(zhì)的含量。
AAS廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)檢測中,不僅可以檢測土壤、化肥和植物中的微量元素,也可以檢測農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬,用于評估與分析農(nóng)業(yè)環(huán)境。AAS檢測重金屬含量的最高限度達(dá)到10/L,具有選擇性好、靈敏度高、分析范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)、精密度高等優(yōu)點,但也存在多元素同步檢測困難、非金屬和難熔性元素難以確定、對復(fù)雜樣品的干擾大等問題。
圖1:原子吸收光譜法的檢測原理
(二)電感耦合等離子體質(zhì)譜法
電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)是一種將電感耦合等離子體(ICP)和質(zhì)譜結(jié)合在一起的分析儀器,具有靈敏度較高、檢測范圍較廣等優(yōu)點。ICP-MS儀器可以用于分離和檢測不同的同位素,儀器的主要裝置放在真空系統(tǒng)中,將物質(zhì)中的成分氣化、電離生成離子束,經(jīng)過電壓加速和聚焦作用,然后通過磁場以及電場。不同質(zhì)量的離子受到磁場、電場的偏轉(zhuǎn)作用的不同,使每種成分被聚焦在不同的位置上,從而獲得不同同位素的質(zhì)譜圖。ICP-MS可用于物質(zhì)的定性、半定量和定量分析以及同位素比測定,檢測模式靈活多樣。
(三)激光誘導(dǎo)擊穿光譜法
激光誘導(dǎo)擊穿光譜法(LIBS)是目前重金屬檢測領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的一種方法,其工作原理如下:激光經(jīng)透鏡聚焦在樣品表面,當(dāng)激光脈沖的能量密度大于擊穿門檻能量時,就會在局部產(chǎn)生等離子體,稱作激光誘導(dǎo)等離子體。等離子體隨著向外界環(huán)境膨脹過程而逐漸冷卻,并發(fā)射表征樣品組分信息的光譜,利用光電探測器和光譜儀對等離子體發(fā)射光譜進(jìn)行采集。通過解析等離子體光譜,并結(jié)合定量分析模型,便可以得到分析樣品組分的類別和含量信息,從而對化學(xué)元素進(jìn)行實時、快速的定性、定量分析。激光誘導(dǎo)擊穿光譜具有無需樣品前處理、易于實現(xiàn)原位、快速檢測、與被測物體無關(guān)等優(yōu)點,但也存在設(shè)備昂貴、脈沖能量波動大、無法均勻分布樣本等不足。
(四)原子熒光光譜法
原子熒光光譜法(AFS)是一種利用輻射能進(jìn)行原子光譜分析的方法,其檢測原理如圖2所示。具體來看,利用激發(fā)光源發(fā)出的原子蒸氣產(chǎn)生原子熒光,在特定的條件下,其發(fā)光強(qiáng)度與待測物中待測元素濃度之間的關(guān)系符合朗伯特-比爾(Lambert-Beer)定律,通過測量其熒光強(qiáng)度,便可以得到待測元素的含量。原子熒光光譜法的優(yōu)勢是吸收了原子吸收法和原子發(fā)射法的優(yōu)點,同時也彌補(bǔ)了這兩種方法在某些方面的缺陷,具有靈敏度高、譜線簡單等特點。
圖2:原子熒光光譜法的檢測原理
三、食品中重金屬檢測技術(shù)質(zhì)量控制路徑
(一)建立符合質(zhì)量管理規(guī)范的質(zhì)量管理體系
建立完善的食品中重金屬檢測質(zhì)量管理文件,制定科學(xué)合理的操作規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)化程序,按照實驗程序嚴(yán)格操作與記錄,合理分析實驗檢測中出現(xiàn)的不合理數(shù)據(jù),對其進(jìn)行統(tǒng)計并分析不合格的原因,及時采取措施改進(jìn),提高檢測效能與效益。
具體來看,首先,按照檢測的目的及需求,制定科學(xué)、合理的質(zhì)量目標(biāo),設(shè)定靈敏度、準(zhǔn)確性、重現(xiàn)性等指標(biāo),明確標(biāo)準(zhǔn)的檢測程序。其次,通過使用內(nèi)部質(zhì)量控制與外部質(zhì)量評比兩種方式,合理監(jiān)測與評價食品中重金屬檢測方法的效果,若發(fā)現(xiàn)問題及時解決。最后,積極與其他企業(yè)一起交流最新檢測技術(shù),引進(jìn)新的技術(shù)與質(zhì)量管理理念,提高食品中重金屬檢測技術(shù)的質(zhì)量管理水平。
(二)嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程和技術(shù)規(guī)范
在食品中重金屬的檢測過程中,若檢測技術(shù)不規(guī)范,或者未嚴(yán)格按照檢測規(guī)程完成檢測,都會導(dǎo)致檢測質(zhì)量較差,因此制定和完善操作規(guī)程和技術(shù)規(guī)范對于提高檢測水平具有重要意義。
在進(jìn)行食品中重金屬的檢測過程中,采樣、制備、檢測各環(huán)節(jié)要尤其注意,檢測機(jī)構(gòu)要明確設(shè)備的使用規(guī)范、具體樣品的處理及檢測方法,保障每個環(huán)節(jié)的步驟都清晰明了,使檢測人員可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化操作。
檢測人員在檢測前也應(yīng)經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn),尤其要把操作規(guī)程與技術(shù)規(guī)范納入培訓(xùn)范疇,按照新的食品重金屬檢測要求及時更新操作規(guī)程與技術(shù)規(guī)范,并結(jié)合實際檢測情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,確保質(zhì)量管理體系的規(guī)范性與有效性。每次檢測前,檢測人員應(yīng)做好記錄,詳細(xì)記錄每一次的操作過程、檢測參數(shù)及最終結(jié)果,便于后續(xù)溯源。
(三)建立可追溯體系
1.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的使用。建立追溯體系之前,要重視標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的使用,實驗室應(yīng)把標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為校準(zhǔn)儀器的“助手”,也可以利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗證所用檢測技術(shù)的準(zhǔn)確性。所有實驗室選擇標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)時,應(yīng)該選擇符合我國國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、來源可靠、高純度且具有良好穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。
2.樣品的編號和記錄。檢測過程中可能會用到大量樣品,為避免樣品發(fā)生混淆,應(yīng)在每一個實驗樣品上進(jìn)行編號,并將編號輸入系統(tǒng)中,詳細(xì)登記檢測樣品的來源、采樣時間及保存信息等。針對檢測結(jié)果發(fā)生異常的樣品,應(yīng)記錄出現(xiàn)異常的原因,為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供有效的參考。
3.校準(zhǔn)和驗證記錄。實驗室應(yīng)加強(qiáng)校準(zhǔn)與驗證記錄的管理,詳細(xì)記錄儀器的校準(zhǔn)時間、方法及檢測結(jié)果,提高檢測儀器設(shè)備的精確度與準(zhǔn)確度。同時,加強(qiáng)檢測結(jié)果驗證記錄的管理,重視驗證時間、方法、結(jié)果等信息的登記,提高檢測方法的準(zhǔn)確性與可重復(fù)性。
綜上所述,為保障我國食品安全,應(yīng)重視食品中重金屬檢測技術(shù)的質(zhì)量管理,不斷完善我國食品中重金屬檢測技術(shù)的質(zhì)量管理體系,嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的操作規(guī)程與技術(shù)規(guī)范,并建立可追溯體系,落實我國的食品安全監(jiān)管制度,更好地保障人民群眾“舌尖上的安全”。
作者簡介:高海成(1992-),男,漢族,山東人,助理工程師。