2.1.2 質(zhì)譜分析法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-M S)是以電感耦合等離子體為離子源，在質(zhì)譜儀中按照質(zhì)荷比分離待測(cè)物，根據(jù)質(zhì)譜結(jié)果對(duì)大多數(shù)元素(除了汞)進(jìn)行定性和定量分析的方法。ICP-MS比原子光譜法更靈敏，不僅可以在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)分析多種金屬元素，還可進(jìn)行同位素的快速測(cè)定，與液相色譜儀等儀器聯(lián)用時(shí)可進(jìn)行元素形態(tài)分析，目前在重金屬檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是ICP-MS易受質(zhì)譜、基體效應(yīng)、電離等的干擾，其設(shè)備昂貴，運(yùn)行和維護(hù)成本較高。Qin等設(shè)計(jì)了一種羧基功能化中空聚合物微球作為吸附劑裝入固相萃取柱，然后用ICP-MS同時(shí)測(cè)定消化后的紫菜、魚肉和雞肉中的釩離子(V5+)、鉻離子(Cr3+)、銅離子(Cu2+)、Cd2+和Pb2+。該方法在食品樣品中對(duì)目標(biāo)金屬元素的檢出限為0.20～0.80μg/kg。Herath等建立了一種超高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用(UPLC-ICP-MS)同時(shí)測(cè)定不同形態(tài)砷的快速分析方法，還可以同時(shí)精確分離并定量測(cè)定亞砷酸、砷酸鹽、二甲基胂酸鹽和一甲基胂酸鹽。此方法對(duì)不同形態(tài)砷的檢出限在0.3～0.5μg/L;該研究還定量檢測(cè)了澳大利亞和斯里蘭卡商用水稻中不同形態(tài)的砷，形態(tài)分析結(jié)果表明，砷離子(As3+)在水稻樣品中廣泛分布。UH-PLC-ICP-M S能準(zhǔn)確、可靠地鑒定和定量不同形態(tài)的砷，并且具備分離速度快、分辨率高、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 快速檢測(cè)技術(shù)

傳統(tǒng)的儀器檢測(cè)方法雖然可以精確測(cè)定樣品中的各類重金屬含量，但是對(duì)昂貴的大型儀器和專業(yè)的檢測(cè)人員需求，大大提高了它們的分析成本，也成為進(jìn)行大量樣本實(shí)時(shí)快速檢測(cè)的一大阻礙?？焖贆z測(cè)技術(shù)建立在免疫學(xué)、納米材料學(xué)、光譜學(xué)、電化學(xué)等交叉學(xué)科上，其檢測(cè)成本低、快捷、操作簡(jiǎn)單、可進(jìn)行半定量和定量分析。

2.2.1 比色法

比色法是一種基于金屬離子與溶液中的物質(zhì)相互作用直接引起顏色或熒光信號(hào)改變，根據(jù)溶液中顏色的深淺來測(cè)定待測(cè)物質(zhì)含量的快速檢測(cè)方法。此方法簡(jiǎn)單直觀，分析速度快，但靈敏度低并且非常容易受到復(fù)雜基質(zhì)的干擾。研究者常利用金屬與螯合劑生成穩(wěn)定的有色金屬螯合物來進(jìn)行重金屬的定量測(cè)定。例如，Wang等建立了一種快速測(cè)定動(dòng)物飼料、寵物食品和飲用水中鋅的微平板比色法。用三氯乙酸提取樣品中的鋅離子，與2-(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-(N-丙烷-N-磺基丙基氨)-苯酚(5-Br-PAPS)反應(yīng)形成鋅-PAPS配合物;篩選出由水楊醛肟、去鐵胺、檸檬酸鈉等成分組成的掩蔽配方，排除其他重金屬的干擾;并提出一種分配校正方法，消除飼料樣品產(chǎn)生的基質(zhì)效應(yīng)。整個(gè)檢測(cè)過程可以在40 min內(nèi)完成，線性范圍在0.038～8.000μg/mL，實(shí)際樣品的分析結(jié)果與原子吸收光譜分析結(jié)果有較好的一致性。比色法的特異性比較差，在復(fù)雜基質(zhì)中的抗干擾能力也較差，現(xiàn)有的報(bào)道中大多是應(yīng)用在基質(zhì)相對(duì)簡(jiǎn)單的液態(tài)樣品中，在復(fù)雜固態(tài)樣品中的應(yīng)用比較受限。

2.2.2 電化學(xué)分析法

電化學(xué)分析法是以電化學(xué)反應(yīng)池中的電極發(fā)生氧化還原反應(yīng)引起的電化學(xué)信號(hào)的變化為基礎(chǔ)，根據(jù)電流、電位、電導(dǎo)等參數(shù)與待測(cè)物質(zhì)之間的關(guān)系來進(jìn)行定性和定量檢測(cè)的一種分析方法。電化學(xué)分析法靈敏度高，設(shè)備簡(jiǎn)單，但是其特異性、重現(xiàn)性和抗干擾能力目前還有待提高，需要利用納米材料對(duì)電極進(jìn)行修飾才能實(shí)現(xiàn)較好的檢測(cè)性能。電化學(xué)分析法在重金屬離子檢測(cè)中的應(yīng)用主要有溶出伏安法、極譜法、離子選擇電極法等。例如，王忠政等建立了一種多壁碳納米管/Nafion溶出伏安法，并成功應(yīng)用于大豆和大米中重金屬鉛的測(cè)定。此方法線性范圍為0.1～20.0μmol/L，檢測(cè)大豆和大米中鉛的回收率在98.75%～101.25%，相對(duì)偏差小于5.63%，檢測(cè)結(jié)果與ICP-MS的檢測(cè)結(jié)果相符，可以作為糧油安全的有力監(jiān)測(cè)手段。

2.2.3 免疫分析法

免疫分析法是一種使用抗體識(shí)別和捕獲目標(biāo)抗原或半抗原，再根據(jù)顏色、光譜等信號(hào)的變化進(jìn)行定性和定量的檢測(cè)方法。雖然相對(duì)于儀器檢測(cè)方法免疫分析法擁有許多優(yōu)勢(shì)，如操作簡(jiǎn)單、特異性強(qiáng)、靈敏度高、適用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等，但是重金屬的抗體制備難度較大，價(jià)格較高，使其發(fā)展受到了限制。在制備重金屬的單克隆抗體時(shí)，一般采用重金屬-螯合劑-載體蛋白質(zhì)復(fù)合物作為免疫原，可以使重金屬離子獲得免疫原性，并防止其在動(dòng)物體內(nèi)與生物分子發(fā)生不可逆反應(yīng)導(dǎo)致免疫動(dòng)物中毒。目前飼料和食品中研究較多的主要有酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法(ELISA)和免疫層析法(ICA)。Xu等制備了Pb2+的單克隆抗體，此單抗對(duì)其他金屬離子的交叉反應(yīng)性小于0.943%，具有較高的特異性?；诖丝贵w建立了ELISA和化學(xué)發(fā)光酶免疫分析法(CLEIA)用于Pb2+的檢測(cè)，檢出限分別為0.7 (ELISA)和0.1 ng/mL(CLEIA)，并成功應(yīng)用于雞肉、大米、牛奶等食品中Pb2+的檢測(cè)。王亞楠等制備了Cd2+的高特異性單克隆抗體，并用膠體金標(biāo)記抗體建立了免疫層析試紙條，檢出限為5μg/L，該試紙條可以在10 min內(nèi)對(duì)面粉、豬肉樣品中的Cd2+進(jìn)行半定量測(cè)定，非常適合食品中重金屬的現(xiàn)場(chǎng)初篩。

2.2.4 生物傳感器

生物傳感器是一種對(duì)生物物質(zhì)(包括酶、抗體、抗原、微生物、核酸等)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器。近年來，功能核酸作為分子識(shí)別元件的生物傳感器在重金屬檢測(cè)中研究應(yīng)用最廣泛，是重金屬生物傳感器研究的熱點(diǎn)之一。功能核酸是一類可替代傳統(tǒng)蛋白酶和抗體，具有獨(dú)立結(jié)構(gòu)，執(zhí)行特定生物功能的核酸分子。其性質(zhì)穩(wěn)定，價(jià)格低廉，易于裁剪和修飾，包括適配體、切割核酶、錯(cuò)配核酶等眾多類別。

適配體是通過指數(shù)富集的配體系統(tǒng)進(jìn)化(SELEX)技術(shù)體外篩選得到單鏈DNA或RNA，是一種由100個(gè)以內(nèi)的堿基構(gòu)成的功能核酸，具有親和力高、特異性強(qiáng)、易于修飾等特點(diǎn)，可以折疊成特定的二級(jí)或三級(jí)結(jié)構(gòu)，特異性結(jié)合包括重金屬在內(nèi)的多種靶分子。Khoshbin等建立了一種低成本的紙基適配體傳感器陣列，可同時(shí)檢測(cè)汞離子(Hg2+)和銀離子(Ag+)。該傳感陣列是根據(jù)靶樣品注入傳感平臺(tái)后，Hg2+和Ag+的特異性適配體的構(gòu)象變化及其在氧化石墨烯表面的釋放情況，通過監(jiān)測(cè)熒光隨離子濃度的變化進(jìn)行定量檢測(cè)，檢出限分別低至1.33和1.01 pmol/L。該傳感器可在10 min左右同時(shí)檢測(cè)2種離子，并成功應(yīng)用在人血清、水和牛奶的檢測(cè)中。Liu等設(shè)計(jì)了一種基于長(zhǎng)鏈適配體功能化上轉(zhuǎn)換納米顆粒(UCNPs)和短鏈適配體功能化金納米顆粒(GNPs)的熒光共振能量轉(zhuǎn)移體系，開發(fā)了一種檢測(cè)Hg2+的納米傳感器。在沒有Hg2+的情況下，由于2個(gè)適配體通過堿基互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合，導(dǎo)致UCNPs與GNPs之間發(fā)生熒光猝滅;在Hg2+存在的情況下，由于Hg2+與胸腺嘧啶之間的穩(wěn)定結(jié)合作用，長(zhǎng)鏈適配體折疊成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致從UCNPs釋放GNPs，從而使猝滅的熒光恢復(fù)。此方法可以成功應(yīng)用于牛奶中Hg2+的檢測(cè)，線性范圍在0.2～20μmol/L。

金屬離子依賴型切割核酶(DNAzyme)，是一類當(dāng)特定金屬離子作為輔助因子存在時(shí)，可以催化切割底物鏈?zhǔn)蛊鋽嗔训墓δ芎怂?。切割核酶由于成本低、易于合成、性質(zhì)穩(wěn)定，且具有高度的離子特異性，在重金屬分析領(lǐng)域備受關(guān)注，但是目前只有部分重金屬離子有特異性切割核酶，切割核酶?jìng)鞲衅髟陲暳虾褪称分亟饘贆z測(cè)中應(yīng)用還很少。金屬離子依賴型錯(cuò)配核酶是另一類重金屬檢測(cè)領(lǐng)域中常用的功能核酸，錯(cuò)配核酶是指DNA的2個(gè)胸腺嘧啶堿或2個(gè)胞嘧啶本不可以配對(duì)，但可以分別結(jié)合Hg2+和Ag+，錯(cuò)配連接形成穩(wěn)定的“T-Hg2+-T”和“C-Ag+-C”結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行重金屬識(shí)別。例如，Yuan等利用T-Hg2+-T結(jié)構(gòu)，通過Au@gap@AuAg納米棒并排組裝，開發(fā)了一種新型級(jí)聯(lián)靈敏度的拉曼電化學(xué)生物傳感器，用于Hg2+的檢測(cè)，此傳感器靈敏度可達(dá)到0.001 ng/mL。該研究還檢測(cè)了一批飼喂高汞飼糧的雞所產(chǎn)雞蛋中的汞含量，發(fā)現(xiàn)蛋黃中汞的含量是蛋白中的20倍。

3 小結(jié)

重金屬的排放使環(huán)境污染日益突出，造成了食品安全問題，對(duì)人類和動(dòng)物的健康造成了嚴(yán)重的威脅，本文綜述了目前在飼料和食品領(lǐng)域中對(duì)重金屬常用的前處理方法和分析技術(shù)。傳統(tǒng)的原子光譜法、質(zhì)譜法等儀器檢測(cè)方法已經(jīng)相對(duì)成熟，完成了從單一元素分析到多元素分析再到不同形態(tài)元素分析的發(fā)展，并建立了各種從樣品中萃取富集痕量元素的方法，可滿足不同的檢測(cè)需求，但是由于大型儀器的使用，阻礙了這些方法在現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)中的應(yīng)用。近年來，以生物識(shí)別分子為基礎(chǔ)的生物傳感器和免疫分析法有著靈敏、快速、操作簡(jiǎn)單、適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，不僅成為了重金屬分析領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，也是重金屬檢測(cè)的未來發(fā)展趨勢(shì)。目前，這些方法也存在一些問題亟待解決:樣品前處理過程還需要進(jìn)一步簡(jiǎn)化并減少污染;生物敏感元件成本較高，使用條件和范圍還需拓寬;尚未實(shí)現(xiàn)不同種類不同形態(tài)的元素同步檢測(cè);檢測(cè)設(shè)備還需要向微型化和便攜化方向發(fā)展。核酸生物傳感器已經(jīng)在重金屬檢測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)，但是在飼料以及動(dòng)物源食品中的應(yīng)用還未得到拓展。免疫層析試紙條是現(xiàn)場(chǎng)初篩各類有毒有害物質(zhì)以及生物標(biāo)志物的有力方法，但是目前高質(zhì)量重金屬抗體的穩(wěn)定制備和應(yīng)用還處于初級(jí)階段。隨著抗體制備、適配體篩選、DNAzmye篩選、納米材料合成、微流控系統(tǒng)等技術(shù)的日益發(fā)展，這些快速檢測(cè)方法將會(huì)在重金屬檢測(cè)領(lǐng)域有更加實(shí)用的成果和更加廣闊的應(yīng)用前景。

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