时秀全，秦虹

（中南大学湘雅公共卫生学院，长沙410000）

0 引 言

乳及乳制品在人们日常饮食中占有重要地位，然而，其常出现重金属超标等问题，严重危害人们的健康。因此，准确高效地检测出乳及乳制品中重金属含量，对保障人类健康具有重要意义。目前应用于乳及乳制品中重金属检测的技术较多，其中重金属高通量检测技术已迅速成为研究的热点。但目前鲜有报道介绍近年来高通量检测方法在重金属检测方面的应用，尤其是在乳及乳制品方面的应用。本文就常用的重金属高通量检测方法在乳及乳制品中应用的最新进展进行了浅析和综述，旨为其进一步优化创新及相应的样品前处理技术等技术的开发提供新思路，使其更好地服务于乳及乳制品中重金属的高通量检测。

1 原子荧光光谱法

原子荧光光谱法是在原子发射光谱法和原子吸收光谱法二者相结合的基础上发展出的一种光谱分析技术，其通过测量待测元素的原子蒸汽在激发光源激发下吸收特定频率的辐射所产生荧光的发射强度，以此来定量检测待测元素的含量[1－2]。

原子荧光光谱法具有检出限低、灵敏度高、准确性好等特点，且线性范围宽，线谱简单干扰小，适用于乳及乳制品中重金属的同时测定。付倩等[3]采用微波消解-原子荧光光谱法对乳及乳制品中的汞和砷进行检测，所得汞和砷检出限分别为0.15 μg/kg 和10.00 μg/kg，加标回收率均在86.0%～93.7%之间，相对标准偏差为3.1%～6.4%。双龙等[4]采用氢化物发生-原子荧光光谱法同时测定牛奶中的铅、砷，结果显示，铅的回收率均在100.5%～104.5%之间，相对标准偏差分别为1.1%和1.3%；砷的回收率在96.5%～103.5%之间，相对标准偏差分别为1.5%和0.9%。为达到较低的检测限，常将氢化物发生器与原子荧光光度计联用。海燕等[5]通过氢化物发生-原子荧光光谱法建立了一种高灵敏度的分析方法来同时检测汞和砷，该方法的检出限汞为0.0004 μg/L，砷为0.0048 μg/L，较原子吸收光谱法及微波消解-原子荧光光谱法等大大降低了检出限。

原子荧光光谱法也存在一些不足，如测定的金属种类有限，主要用于汞、砷、铅、镉、锌、锑、锡、铟、钛等元素的检测[6]；在应用过程中还存在荧光淬灭效应、散射光干扰等问题，尤其在复杂基体样品检测中容易出现干扰。目前已有12灯位多通道原子荧光光度计[7]一次可以检测十二种元素，但关于多通道光谱仪检测乳制品中重金属的报道较少。

2 X 射线荧光光谱法

X 射线荧光光谱法的基本原理与原子荧光光谱法相似，即基态原子被X 射线激发至高能态，而后在去激发过程中发射出特征波长的荧光，根据发射的荧光强度进行定量分析的一种方法[8-9]。利用该方法研发的多道分析仪可以同时测定二十多种元素的含量，分析元素范围广，测量的元素范围包括周期表中从氟到铀的所有元素[10]。

X 射线荧光光谱法相对于其他高通量检测方法有两大明显优势。其一是样品前处理简单，对于固态样品可直接压片分析而不需要任何化学处理，Fer⁃nandes 等[11]利用X 射线荧光光谱仪对婴幼儿奶粉中的重金属进行分析，直接分析奶粉样品，减少了污染。对于液态物质需要先干燥，但都省略了灰化、消解等费时费力的步骤。Sögüt 等[12]采用 X 射线荧光光谱法同时检测巴氏杀菌乳中包括铜、铬、锰、铅等在内的25种元素的含量时，所有样品在240 ℃的烘箱中干燥24 h后，用磨机研磨成粉末再进行测量。其二是分析迅速，因样品前处理简单，完整分析最快只需半小时左右。Perring 等[13]采用X 射线荧光光谱法定量检测奶粉中的铁、铜、锌等元素，从样品制备到最后定量整个完整的分析过程不到半个小时，而电感耦合等离子体原子发射光谱法则至少需要半天，测量时间显著缩短。

X 射线荧光光谱法因分析元素范围广、分析快速、易于操作及便于进行无损分析等特点，被广泛用于食品、农业、生物医学等各领域中重金属的高通量检测。但该方法难于做绝对分析，所以定量分析需要标样，且对低浓度的元素无法有效测定。 因此，未来还应致力于提高无标分析结果的准确性，以及进一步提高检测的精度。

3 电感耦合等离子体原子发射光谱法

电感耦合等离子体原子发射光谱法是以电感耦合等离子炬为激发光源的一种光谱分析方法，样品元素离子化后经激发光源由基态变为激发态，在回归基态时发射出特定的光谱，根据特定光谱及其强弱来进行定性、定量分析[14-15]。电感耦合等离子炬是一种新型激发光源，性能优异，原子发射光谱法用其做激发光源时，灵敏度和标准曲线的线性范围都优于其他激发光源。

电感耦合等离子体原子发射光谱法能同时检测几十种元素。Muller 等[16]通过选择合适的测定元素的波长，并对背景校正位置进行优化，建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定奶粉中镉、铜、锰、钼、铅等14 种元素的方法。该方法能有效减少干扰，满足奶粉中多种重金属元素高通量检测的要求。Nascimento 等[17]采用封闭加压和高性能微波消解炉处理样品，通过电感耦合等离子体原子发射光谱法同时检测人乳中的铬、铜、锰、镉、铅等17 种元素，结果显示该方法的回收率在83%～117%之间，检出限达μg/L级。表明该方法检出限低、精密度好、准确度高。Luis等[18]通过电感耦合等离子体原子发射光谱法检测酸奶中的铜、铅、镉、铬、镍等20 种元素，检出限达μg/L级。这些方法的建立改变了以往要采用不同方法来检测不同元素的繁琐，与单元素分析方法相比，大大提高了检测效率。

电感耦合等离子体原子发射光谱法灵敏度较高，因分析元素范围广及能同时测定多种元素，常用于乳及乳制品中元素成分含量的测定，是一种成熟的分析方法，适于工业化批量检测。但此技术目前的局限性在于仪器昂贵、影响线谱强度的因素较多、样品前处理繁琐等。

4 电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法是电感耦合等离子体与质谱法联合使用的一种分析方法，其基本原理是利用电感耦合等离子体将待测样品汽化并离子化，随后离子进人质谱仪按质荷比进行分离，根据质谱信号强度来确定待测元素的浓度[19-20]。

电感耦合等离子体质谱法能同时检测几十种元素，且分析元素范围广，可检测几乎所有地球上的元素。Dubascoux 等[21]对样品进行压力消解后，用电感耦合等离子体质谱法同时测定婴幼儿配方奶粉中的砷、镉、钴、铬、汞等 10 种元素，检出限为μg/kg 级，相对标准差在1.9%～9.8%之间。该方法分析速度快，检出限低，精密度好。Zhou 等[22]利用电感耦合等离子体质谱法同时检测牛奶中的铜、砷、镉、钴、铅等22 种元素，检出限为μg/L 级，加标回收率在86.5%～123.3%之间。Azcarate 等[23]用N,N-二甲基甲酰胺一步溶解脱脂奶粉样品，采用电感耦合等离子体质谱法检测砷、镉、铅、锰、镍、锌等24 种重金属元素，检出限为μg/L 级，相对标准差在0.5%～7.4%之间。研究结果表明电感耦合等离子体质谱法操作简便快速，准确度高，且线性范围广，适用于乳及乳制品中重金属高通量检测。于趁等[24]建立一种基于碰撞池反应-电感耦合等离子体质谱法对乳及乳制品中多种元素进行半定量分析的方法，该方法能够有效消除干扰，实现对铅、镉、汞、铜、砷等72 种元素一次性快速检测，检测结果偏差为-19.6%～4.9%，实际样品回收率为80.4%～104.9%，该方法具有良好的准确度，能够在短时间内获得未知样品中存在的金属元素的信息。

电感耦合等离子体质谱法既能进行多元素同时分析，又能保证较低的检出限，因此被广泛用于乳及乳制品中重金属的合格检查和安全监控。此外，电感耦合等离子体质谱法因具有良好的准确性和精密度，可作为衡量新的检测技术准确性的参照方法。但是该方法也存在样品的预处理较为繁琐、易受污染、对难熔元素的检测灵敏度不高、仪器价格较贵等局限性。

5 高效液相色谱法

高效液相色谱法的基本原理是通过高压输液系统把不同极性的溶剂、缓冲液等流动相以一定流速泵入有固定相的色谱柱内，各成分因分配系数不同被分离后进入检测器进行检测[25－26]。

高效液相色谱法具有直接分析、简单快速、重复性好等特点，常与紫外/可见光检测器联用实现多种金属元素的同时检测。Alpdogan 等[27]采用分散液-液微萃取的方法结合高效液相色谱法对水样中的铝、铁、铜及铅进行检测，4 种离子的检出限分别为10.7，30.4，48.3，53.8 ng/L；加标回收率在95.0%～103.5%之间。Zhou 等[28]使用磁性纳米粒子作为磁性固相萃取吸附剂同时预浓缩和测定样品中的镉、铅及汞，在最佳条件下，3 种金属离子的检出限均在0.011～0.031 μg/L 范围内，且相对标准差在3.8%以内，加标回收率在97.5%～103.2%之间。相比于其他萃取技术，结合纳米材料后的萃取方法明显降低了检出限，特别适用于金属元素含量甚微的样品检测。杨林飞等[29]利用反相高效液相色谱法-紫外二极管矩阵检测器建立了一种可以同时检测6 种金属元素的方法，该方法对铁、钴、镍、铜、锌、锰的检出限分别是 4.0，5.0，4.8，3.0，4.8，6.0 μg/L；相对标准差为2.0%～3.8%，标准回收率为95%～108%，表明用该方法同时检测食品中的这6种元素时稳定性好、检出限低、灵敏度高，为高通量检测乳及乳制品中的重金属提供一定参考。

高效液相色谱法相对于光谱法，操作简便、适用于复杂基质的样品，且灵敏度高、重复性好。但该方法检测费用高，流动相消耗大且多数有毒，并且由于衍生试剂选择的有限性，限制了高效液相色谱法在金属离子检测方面的广泛应用。

6 溶出伏安法

溶出伏安法是一种具有高灵敏度、选择性的电化学分析方法，分为阳极溶出伏安法和阴极溶出伏安法，重金属检测选用前者。阳极溶出伏安法是以表面静止的液体或固体电极为极化电极，在一定电位下，将待测金属离子还原成金属并富集在电极上，再改变两边电极的电位，使富集的金属氧化重新溶出进入溶液，在氧化过程中形成峰状的电流-电压曲线，峰电流的大小与被测金属的浓度成正比[30-31]。

溶出伏安法基于不同的电化学反应可以选择不同的电极，从而达到不同的检测目的。朱浩嘉等[32]应用同位镀汞阳极溶出伏安法检测牛奶中的镉、铅及铜3 种元素，在优化条件下，镉、铅及铜的检出限分别为0.06，0.30，0.10 μg/L；加标回收率分别是 99.57%，101.3%，98.00%；所有相对标准差均小于5%。该方法检出限低，并具有很好的稳定性和抗干扰性。徐晓瑜等[33]采用石墨烯修饰电极差分脉冲溶出伏安法对多种食品中的镉、铅及铜元素进行分析，所得镉、铅及铜的检出限分别为0.003，0.0014，0.016 μg/L。该方法检出限低、灵敏度高，适于乳及乳制品中痕量重金属的高通量检测。Shahbazi 等[34]采用微分脉冲阳极溶出伏安法在悬汞电极上同时测定生牛乳中镉、铅、铜、锌和硒元素的浓度，通过改变pH 来减少金属离子的金属间化合物效应，结果显示所有样品中元素的回收率均在89%～99%之间，镉、铅、铜、锌和硒的检出限分别是0.12，0.25，0.04，0.05，0.14 μg/L。该方法检出限低、样品前处理简单、分析快速、便捷经济，有较好的实际应用价值。

虽然溶出伏安法同时检测的金属元素不多，但相对其他大部分高通量检测方法，其仪器设备简单、成本低，便于推广，在重金属检测领域中有很大的潜力和优越性。

7 结束语

乳及乳制品已成为人们日常饮食中的重要部分，其安全性应当受到重视。目前，中国乳制品行业发展迅速，除了建立健全的食品安全法规制度外，提高重金属的检测水平对于监控食品污染情况、保障乳及乳制品安全亦具有重要意义。近年来，为了满足批量检测的需求，国内外学者致力于研发高通量检测技术。高通量检测技术的发展给乳及乳制品重金属污染检测带来了更加便捷快速的检测方法。

文中介绍的这些检测技术虽然目前还存在仪器贵或易受干扰或能同时检测的元素不多等问题，但随着技术的不断优化和改进，这些技术终将为食品、医药等领域做出重大贡献。未来乳及乳制品中重金属高通量检测技术的发展主要有以下几个方向：（1）将更多的高通量检测重金属的技术应用于乳及乳制品的检测；（2）继续提高高通量检测技术的准确性与精密度；（3）改进各检测技术中样品相应的预备和处理方法。总之，乳及乳制品中重金属高通量检测有望朝着更快捷、更准确的方向发展。