食品中重金属检测方法概述
韩俊畴
北方民族大学生物科学与工程学院，宁夏银川 750021
摘要 人类长期的生活和科学技术的不断发展给人们带来方便的同时也造成了很大的污染，如重金属污染问题已经日趋严重，在食品、医药、环境等诸多方面都引起了人们广泛的关注，因此对重金属快速检测方法的研究也迫在眉睫[1]。本文从应用新型的科技成果到结合生物技术对重金属的检测方法做一综述,以期为建立灵敏度更高、更准确、更快速的检测方法提供参考。
关键词 污染 食品 重金属 检测方法
民以食为天！然而，“毒奶粉”、“毒韭菜”、“毒生姜”……每一起食品安全事件都让人震惊，“我们还能吃什么？”“什么才是安全的？”美食当前，人们没了立马品尝的冲动，心中夹杂着不安和怀疑。自2010年7月份，南京“小龙虾致肌肉溶解”事件； 2011年2月，包括华东在内的全国六个地区“镉超标大米”事件；等公害事件发生以来，重金属已成为人们长期广泛关注的环境污染物。因其具有隐蔽性、长期性和累积性等特性，重金属不但在环境中长期存在，而且还能通过食物链累积并贮存于生物体内，从而严重影响人畜健康，且毒害效应难以察觉。目前在食品检测领域最引起人们注意的是铅、汞、镉、铬、砷等生物毒性显著的重金属。因此，快速测定生物体、食品及各种环境介质中的痕量重金属显得尤为重要。
1 样品前处理
在样品中，重金属一般以化合态形式存在[2]。因此，在检测时需要对样品进行前处理使重金属以离子状态存在于试液中才能进行客观准确地分析。此外，样品的前处理是为了去除干扰因素，保留完整的被测组分，或使被测组分浓缩。传统的方法主要有湿法消化和干法灰化。湿法消化是在适量的食品样品中加入硝酸、高氯酸、硫酸等氧化性强酸，结合加热来破坏有机物。干法灰化是在高温灼烧下使有机物氧化分解，剩余的无机物供测定。二者虽到可以达到一定的效果，但也各有缺陷。
微波消解作为样品分析的新技术，由于具有消化样品能力强、速度快、消耗化学试剂少、金属元素不易挥发损失、污染小及空白值低等优势，一次样品处理后就可同时测定几种元素。通常取很少量即可达到分析的灵敏度。现在已经被广泛应运于检测技术当中。
2 检测方法
通常认可的重金属分析方法有：紫外可分光光度法（UV）、原子吸收法（AAS）、原子荧光法（AFS）、电感耦合等离子体法（ICP）、Ｘ荧光光谱（XRF）、电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）。日本和欧盟国家有的采用电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）分析，但对国内用户而言，仪器成本高。也有的采用Ｘ荧光光谱（XRF）分析，优点是无损检测，可直接分析成品，但检测精度和重复性不如光谱法。最新流行的检测方法--阳极溶出法，检测速度
快，数值准确，可用于现场等环境应急检测。
2．1 传统的检测方法
2.1.1 原子荧光光度法(AFS)
通过测量待测元素的原子蒸汽在辐射能激发下所产生荧光的发射强度来测定待测元素的一种分析方法[3]。翟毓秀等人应用AFS-2201型双道原子荧光光谱仪进行了氢化物发生原子荧光法测定食品和饲料中的铅。采用高氯酸做介质，并对各种最佳分析条件进行了探讨和验证。检出限为0.3ug/L,线性范围为1.00-500ug/L，回收率为87%-98%[4]。原子荧光光度法的检出限低于原子吸收法，谱线简单且干扰少，但线性范围较宽，应用元素有限,仅用于砷、锑、秘、硒、磅、锗、锡、铅、锌、锡、汞的分析。
2.1.2电感藕合等离子体质谱(ICP-MS)分析技术
将电感藕合等离子体与质谱联用，利用电感藕合等离子体使样品汽化，将待测金属分离出来，从而进人质谱进行测定。ICP-MS可通过离子荷质比进行无机元素的定性分析、半定量分析、定量分析，同时进行多种元素及同位素的测定、可激光采样、氢化物发生、低压色谱、高效液相色谱、气相色谱、毛细管电泳等进样或分离技术联用，具有比原子吸收法更低的检测限，是痕量元素分析领域中最先进的方法，但其价格昂贵，易受污染，可用于除汞以外的绝大多数重金属的测定。
2.1.3电感藕合等离体原子发射光谱(ICP-AES)
高频感应电流产生的高温将反应气加热、电离,利用元素发出的特征谱线进行测定谱线强度与重金属量成正比ICP-AES具有灵敏度高，干扰小，线性宽，可同时或顺序测定多种金属元素，有对高温金属元素进行快速分析的特点。但检测灵敏度较ICP-MS略差，可用于除镉、汞等绝大部分金属元素的测定。
2.1.4高效液相色谱法
痕量金属离子与有机试剂形成稳定的有色络合物，然后用HPLC分离，紫外—可见检测器检测，可实现多元素同时测定。卟啉类试剂具有灵敏度高，能和多种金属元素生成稳定的络合物，目前已广泛用作HPLC测定金属离子的衍生试剂。但络合试剂的选择有限，给HPLC的广泛应用带来了局限性。
2.2 新型检测技术
2.2.1酶抑制法
酶抑制法测定重金属的基本原理就是重金属离子与形成酶活性中心的巯基或甲巯基结合后，改变了酶活性中心的结构与性质，引起酶活力下降，从而使底物—酶系统中的显色剂颜色、pH、电导率和吸光度等发生变化，这些变化可直接通过肉眼或借助于电信号、光信号等加以区别[5]。与传统的重金属分析方法相比，酶抑制法具有快速、简便、对所分析的样品需要量少等优点，受到国内外学者的关注。目前用于痕量重金属测定的常用酶有脲酶、过氧化物酶、黄嘌呤氧化酶、葡萄糖氧化酶、丁肽胆碱脂酶和异柠檬酸脱氢酶等。由于脲酶廉价易得，故使用最广泛。
2.2.2免疫分析法
免疫分析法是一种具有高度特异性和灵敏度的分析方法, 重金属离子的免疫检测按照抗体的种类，可分为多克隆抗体免疫检测和单克隆抗体免疫检测，后者又有间接竞争性ELISA一步法免疫检测。
用免疫分析法对重金属离子进行分析，首先必须进行两方面的工作：第一是选用合适的络合物或其它化合物与金属离子结合，使其获得一定空间结构，从而产生反应原性；第二是将结合了金属离子的化合物连接到载体蛋白上，产生免疫原性,其中与金属离子结合的化合物的选择是能否制备出特异性抗体的关键。Wiley DE等最先用谷胱甘肽-Hg复合物免疫小鼠制备了2株对Hg(Ⅱ)有特异性的单克隆抗体4A10和1F10。酶联免疫吸附实验(ELISA)表明，对两株抗体汞的解离常数分别为2.3nmol/ L和3.7nmol/L ,谷胱甘肽、其它金属阳离子和抗体均不发生交叉反应。Blake DA等发现，金属络合物也可以被用来作免疫动物制备金属的特异性抗体，因此只需要少数几种络和剂就可完成多数重金属离子单克隆抗体的制备和样品的免疫分析。但是，金属离子单克隆抗体的制备非常困难，而较容易制备的多克隆抗体又难以满足对金属离子的特异性要求，这在很大程度上限制了汞等重金属离子的免疫分析方法的研究与发展。
但是，免疫分析法检测速度快、灵敏度高、选择性强，可作为重金属快速检测的方法。近年来，重组单克隆抗体建构技术的进步为免疫法提供了广阔的应用前景。筛选特异性好的新型螯合剂、单克隆抗体都将是今后的发展方向。
2.2.3生物化学传感器
生物传感器利用生物识别物质与待测物质结合，通过信号转换器转变为可输出的光、电等信号。它可分为酶传感器、微生物传感器、特异性蛋白生物传感器。
（1）酶传感器。如Tadeusz等将脲酶包埋在pH敏感铱氧化电极表面的PVC膜上，通过将反应系统电势下降的初始速率(与酶初始反应速率成正比)转化为抑制率来检测汞和其它重金属离子。不同形态的汞离子如Hg(NO3)2、HgCl2、PhHgCI、Hg2(NO3)2等抑制效应不同，其中无机汞的检测范围可达0.05-1.0umol/L。
（2）微生物传感器。最近科学家们在污染区分离出一种能够发荧光的细菌，此种细菌含有荧光基因，在污染源的刺激下能够产生荧光蛋白，从而发出荧光。随着发酵工程和微生物固定化技术的发展,可通过遗传工程的方法将这种基因导入合适的细菌内制成微生物传感器，用于环境重金属监测。目前已经成功设计了一个完整的、基于固定化微生物和生物体发光测量技术上的重金属离子生物有效性测定的监测和分析系统，将弧菌属细菌体内的一个操纵子在一个铜诱导启动子的控制下导入产碱杆菌属细菌中，细菌在铜离子的诱导下发光，发光程度与离子浓度成正比；将微生物和光纤一起包埋在聚合物基质中，可获得灵敏度高、选择性好、测量范围广、储藏稳定性强的生物传感器。
（3）特异性蛋白生物传感器。金属离子与固定在电极材料上的特异性蛋白结合后，蛋白构象发生变化，通过灵敏的电容信号传感器可以定量检测这种变化。这就是特异性蛋白生物
传感器的基本工作原理。如汞离子可与特异性的汞离子结合调控蛋白MerR。此外,汞、铜、镉、锌、铅等重金属离子可与金属硫因SmtA结合。Bontidean I等利用蛋白质工程技术在大肠杆菌中过量表达了MerR和GST-SmtA蛋白。纯化后的蛋白固定在以自组织形式化学修饰了硫醇的金电极表面，作为工作电极。通过一个流动分析系统，对样品中的金属离子进行了检测。
2.3 试纸法
在重金属检测的方法中，化学显色反应应用较为广泛，主要通过重金属离子与显色剂发生显色反应进行重金属含量的检测。这些方法与试纸、检测管、试剂盒等结合后，可对重金属进行快速检测。
利用重金属与试剂发生化学反应的原理，用纤维类滤纸作为反应载体，可由试纸上的颜色变化分析重金属含量。目前，应运于食品中的试纸主要有镉试剂试纸法，可以用来检测食品中镉的含量。
3 小结
近年来重金属快速检测的方法发展迅速，在重金属快速检测与筛查方面发挥了很大的作用，但还需进一步改进和完善。目前，重金属检测仍然存在以下不足:①忽略了对有益重金属的测定。比如锗能提高人体免疫力，可治疗癌症和心血管疾病，还具有抗衰老的作用。在日后工作中应做到二者兼顾。②忽略了对重金属元素的不同价态分别进行测定。如三价砷虽有毒，但一定剂量的三氧化二砷可以用于治疗急性早幼粒细胞白血病，对慢性白血病、恶性淋巴瘤、多发性骨位瘤、神经母细胞瘤及各种实体肿瘤都有显著疗效，这方面的工作还有待进一步的研究。③不容忽视样品中其它物质对测定的影响。因此，也应该建立相应的防治政策。如：建立食品安全监测、管理监督和应急机制；开展重金属低积累蔬菜品种筛选；建立快速、高效、高灵敏检测方法。
重金属检测是一项长期的工作，需要我们每一个人的努力，才能尽可能减少重金属的污染问题。
参考文献
[1] 吕彩云. 重金属检测方法研究综述[J].资源开发与市场.2008,24(10):887~890
[2] 杨一刚. 食品中重金属元素检测方法的研究[J].科技情报开发与经济. 2008 ,31(18):217~218
[3] 翟慧泉，金星龙，岳俊杰等. 重金属快速检测方法的研究进展[J].湖北农业科学. 2010,49(8):1995~1997
[4] 章海风，陆红梅，路新国等. 食品中重金属污染现状及防治对策[J].中国食物与营养.2010,(8):17~19
[5] 高志刚，刘国文，王宇等. 重金属免疫学检测研究进展[J].内蒙古民族大学学报.2010,25(3) :11~314
食品中重金属检测方法概述
韩俊畴
北方民族大学生物科学与工程学院，宁夏银川 750021
摘要 人类长期的生活和科学技术的不断发展给人们带来方便的同时也造成了很大的污染，如重金属污染问题已经日趋严重，在食品、医药、环境等诸多方面都引起了人们广泛的关注，因此对重金属快速检测方法的研究也迫在眉睫[1]。本文从应用新型的科技成果到结合生物技术对重金属的检测方法做一综述,以期为建立灵敏度更高、更准确、更快速的检测方法提供参考。
关键词 污染 食品 重金属 检测方法
民以食为天！然而，“毒奶粉”、“毒韭菜”、“毒生姜”……每一起食品安全事件都让人震惊，“我们还能吃什么？”“什么才是安全的？”美食当前，人们没了立马品尝的冲动，心中夹杂着不安和怀疑。自2010年7月份，南京“小龙虾致肌肉溶解”事件； 2011年2月，包括华东在内的全国六个地区“镉超标大米”事件；等公害事件发生以来，重金属已成为人们长期广泛关注的环境污染物。因其具有隐蔽性、长期性和累积性等特性，重金属不但在环境中长期存在，而且还能通过食物链累积并贮存于生物体内，从而严重影响人畜健康，且毒害效应难以察觉。目前在食品检测领域最引起人们注意的是铅、汞、镉、铬、砷等生物毒性显著的重金属。因此，快速测定生物体、食品及各种环境介质中的痕量重金属显得尤为重要。
1 样品前处理
在样品中，重金属一般以化合态形式存在[2]。因此，在检测时需要对样品进行前处理使重金属以离子状态存在于试液中才能进行客观准确地分析。此外，样品的前处理是为了去除干扰因素，保留完整的被测组分，或使被测组分浓缩。传统的方法主要有湿法消化和干法灰化。湿法消化是在适量的食品样品中加入硝酸、高氯酸、硫酸等氧化性强酸，结合加热来破坏有机物。干法灰化是在高温灼烧下使有机物氧化分解，剩余的无机物供测定。二者虽到可以达到一定的效果，但也各有缺陷。
微波消解作为样品分析的新技术，由于具有消化样品能力强、速度快、消耗化学试剂少、金属元素不易挥发损失、污染小及空白值低等优势，一次样品处理后就可同时测定几种元素。通常取很少量即可达到分析的灵敏度。现在已经被广泛应运于检测技术当中。
2 检测方法
通常认可的重金属分析方法有：紫外可分光光度法（UV）、原子吸收法（AAS）、原子荧光法（AFS）、电感耦合等离子体法（ICP）、Ｘ荧光光谱（XRF）、电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）。日本和欧盟国家有的采用电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）分析，但对国内用户而言，仪器成本高。也有的采用Ｘ荧光光谱（XRF）分析，优点是无损检测，可直接分析成品，但检测精度和重复性不如光谱法。最新流行的检测方法--阳极溶出法，检测速度
快，数值准确，可用于现场等环境应急检测。
2．1 传统的检测方法
2.1.1 原子荧光光度法(AFS)
通过测量待测元素的原子蒸汽在辐射能激发下所产生荧光的发射强度来测定待测元素的一种分析方法[3]。翟毓秀等人应用AFS-2201型双道原子荧光光谱仪进行了氢化物发生原子荧光法测定食品和饲料中的铅。采用高氯酸做介质，并对各种最佳分析条件进行了探讨和验证。检出限为0.3ug/L,线性范围为1.00-500ug/L，回收率为87%-98%[4]。原子荧光光度法的检出限低于原子吸收法，谱线简单且干扰少，但线性范围较宽，应用元素有限,仅用于砷、锑、秘、硒、磅、锗、锡、铅、锌、锡、汞的分析。
2.1.2电感藕合等离子体质谱(ICP-MS)分析技术
将电感藕合等离子体与质谱联用，利用电感藕合等离子体使样品汽化，将待测金属分离出来，从而进人质谱进行测定。ICP-MS可通过离子荷质比进行无机元素的定性分析、半定量分析、定量分析，同时进行多种元素及同位素的测定、可激光采样、氢化物发生、低压色谱、高效液相色谱、气相色谱、毛细管电泳等进样或分离技术联用，具有比原子吸收法更低的检测限，是痕量元素分析领域中最先进的方法，但其价格昂贵，易受污染，可用于除汞以外的绝大多数重金属的测定。
2.1.3电感藕合等离体原子发射光谱(ICP-AES)
高频感应电流产生的高温将反应气加热、电离,利用元素发出的特征谱线进行测定谱线强度与重金属量成正比ICP-AES具有灵敏度高，干扰小，线性宽，可同时或顺序测定多种金属元素，有对高温金属元素进行快速分析的特点。但检测灵敏度较ICP-MS略差，可用于除镉、汞等绝大部分金属元素的测定。
2.1.4高效液相色谱法
痕量金属离子与有机试剂形成稳定的有色络合物，然后用HPLC分离，紫外—可见检测器检测，可实现多元素同时测定。卟啉类试剂具有灵敏度高，能和多种金属元素生成稳定的络合物，目前已广泛用作HPLC测定金属离子的衍生试剂。但络合试剂的选择有限，给HPLC的广泛应用带来了局限性。
2.2 新型检测技术
2.2.1酶抑制法
酶抑制法测定重金属的基本原理就是重金属离子与形成酶活性中心的巯基或甲巯基结合后，改变了酶活性中心的结构与性质，引起酶活力下降，从而使底物—酶系统中的显色剂颜色、pH、电导率和吸光度等发生变化，这些变化可直接通过肉眼或借助于电信号、光信号等加以区别[5]。与传统的重金属分析方法相比，酶抑制法具有快速、简便、对所分析的样品需要量少等优点，受到国内外学者的关注。目前用于痕量重金属测定的常用酶有脲酶、过氧化物酶、黄嘌呤氧化酶、葡萄糖氧化酶、丁肽胆碱脂酶和异柠檬酸脱氢酶等。由于脲酶廉价易得，故使用最广泛。
2.2.2免疫分析法
免疫分析法是一种具有高度特异性和灵敏度的分析方法, 重金属离子的免疫检测按照抗体的种类，可分为多克隆抗体免疫检测和单克隆抗体免疫检测，后者又有间接竞争性ELISA一步法免疫检测。
用免疫分析法对重金属离子进行分析，首先必须进行两方面的工作：第一是选用合适的络合物或其它化合物与金属离子结合，使其获得一定空间结构，从而产生反应原性；第二是将结合了金属离子的化合物连接到载体蛋白上，产生免疫原性,其中与金属离子结合的化合物的选择是能否制备出特异性抗体的关键。Wiley DE等最先用谷胱甘肽-Hg复合物免疫小鼠制备了2株对Hg(Ⅱ)有特异性的单克隆抗体4A10和1F10。酶联免疫吸附实验(ELISA)表明，对两株抗体汞的解离常数分别为2.3nmol/ L和3.7nmol/L ,谷胱甘肽、其它金属阳离子和抗体均不发生交叉反应。Blake DA等发现，金属络合物也可以被用来作免疫动物制备金属的特异性抗体，因此只需要少数几种络和剂就可完成多数重金属离子单克隆抗体的制备和样品的免疫分析。但是，金属离子单克隆抗体的制备非常困难，而较容易制备的多克隆抗体又难以满足对金属离子的特异性要求，这在很大程度上限制了汞等重金属离子的免疫分析方法的研究与发展。
但是，免疫分析法检测速度快、灵敏度高、选择性强，可作为重金属快速检测的方法。近年来，重组单克隆抗体建构技术的进步为免疫法提供了广阔的应用前景。筛选特异性好的新型螯合剂、单克隆抗体都将是今后的发展方向。
2.2.3生物化学传感器
生物传感器利用生物识别物质与待测物质结合，通过信号转换器转变为可输出的光、电等信号。它可分为酶传感器、微生物传感器、特异性蛋白生物传感器。
（1）酶传感器。如Tadeusz等将脲酶包埋在pH敏感铱氧化电极表面的PVC膜上，通过将反应系统电势下降的初始速率(与酶初始反应速率成正比)转化为抑制率来检测汞和其它重金属离子。不同形态的汞离子如Hg(NO3)2、HgCl2、PhHgCI、Hg2(NO3)2等抑制效应不同，其中无机汞的检测范围可达0.05-1.0umol/L。
（2）微生物传感器。最近科学家们在污染区分离出一种能够发荧光的细菌，此种细菌含有荧光基因，在污染源的刺激下能够产生荧光蛋白，从而发出荧光。随着发酵工程和微生物固定化技术的发展,可通过遗传工程的方法将这种基因导入合适的细菌内制成微生物传感器，用于环境重金属监测。目前已经成功设计了一个完整的、基于固定化微生物和生物体发光测量技术上的重金属离子生物有效性测定的监测和分析系统，将弧菌属细菌体内的一个操纵子在一个铜诱导启动子的控制下导入产碱杆菌属细菌中，细菌在铜离子的诱导下发光，发光程度与离子浓度成正比；将微生物和光纤一起包埋在聚合物基质中，可获得灵敏度高、选择性好、测量范围广、储藏稳定性强的生物传感器。
（3）特异性蛋白生物传感器。金属离子与固定在电极材料上的特异性蛋白结合后，蛋白构象发生变化，通过灵敏的电容信号传感器可以定量检测这种变化。这就是特异性蛋白生物
传感器的基本工作原理。如汞离子可与特异性的汞离子结合调控蛋白MerR。此外,汞、铜、镉、锌、铅等重金属离子可与金属硫因SmtA结合。Bontidean I等利用蛋白质工程技术在大肠杆菌中过量表达了MerR和GST-SmtA蛋白。纯化后的蛋白固定在以自组织形式化学修饰了硫醇的金电极表面，作为工作电极。通过一个流动分析系统，对样品中的金属离子进行了检测。
2.3 试纸法
在重金属检测的方法中，化学显色反应应用较为广泛，主要通过重金属离子与显色剂发生显色反应进行重金属含量的检测。这些方法与试纸、检测管、试剂盒等结合后，可对重金属进行快速检测。
利用重金属与试剂发生化学反应的原理，用纤维类滤纸作为反应载体，可由试纸上的颜色变化分析重金属含量。目前，应运于食品中的试纸主要有镉试剂试纸法，可以用来检测食品中镉的含量。
3 小结
近年来重金属快速检测的方法发展迅速，在重金属快速检测与筛查方面发挥了很大的作用，但还需进一步改进和完善。目前，重金属检测仍然存在以下不足:①忽略了对有益重金属的测定。比如锗能提高人体免疫力，可治疗癌症和心血管疾病，还具有抗衰老的作用。在日后工作中应做到二者兼顾。②忽略了对重金属元素的不同价态分别进行测定。如三价砷虽有毒，但一定剂量的三氧化二砷可以用于治疗急性早幼粒细胞白血病，对慢性白血病、恶性淋巴瘤、多发性骨位瘤、神经母细胞瘤及各种实体肿瘤都有显著疗效，这方面的工作还有待进一步的研究。③不容忽视样品中其它物质对测定的影响。因此，也应该建立相应的防治政策。如：建立食品安全监测、管理监督和应急机制；开展重金属低积累蔬菜品种筛选；建立快速、高效、高灵敏检测方法。
重金属检测是一项长期的工作，需要我们每一个人的努力，才能尽可能减少重金属的污染问题。
参考文献
[1] 吕彩云. 重金属检测方法研究综述[J].资源开发与市场.2008,24(10):887~890
[2] 杨一刚. 食品中重金属元素检测方法的研究[J].科技情报开发与经济. 2008 ,31(18):217~218
[3] 翟慧泉，金星龙，岳俊杰等. 重金属快速检测方法的研究进展[J].湖北农业科学. 2010,49(8):1995~1997
[4] 章海风，陆红梅，路新国等. 食品中重金属污染现状及防治对策[J].中国食物与营养.2010,(8):17~19
[5] 高志刚，刘国文，王宇等. 重金属免疫学检测研究进展[J].内蒙古民族大学学报.2010,25(3) :11~314