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      動物性食品鎘離子污染檢測技術(shù)研究進展

      2010-02-10 13:20:38張海棠劉耀東王淑云王自良
      中國動物檢疫 2010年11期
      關(guān)鍵詞:合劑原子樣品

      張海棠,劉耀東,王淑云,王自良

      (1.河南科技學(xué)院動物科學(xué)學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453003;2.河南科技學(xué)院新科學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453003)

      Cd2+不是人體必需元素,可通過食物鏈富集作用危害人類健康,對人體具多器官多系統(tǒng)的毒性作用,自上世紀50年代日本暴發(fā)了由Cd2+引起的“骨痛病”事件后,Cd2+污染問題引起了世界各國的普遍關(guān)注,聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織(WHO)將Cd2+列為第三位優(yōu)先研究的食品污染物,聯(lián)合國環(huán)境署(UNEP)、FAO和WHO共同制定的食品污染物監(jiān)測和評價計劃中將Cd2+含量作為必測項目之一,美國毒物和疾病注冊處(ATSDR)把Cd2+列為第六位危害人體健康的有毒物質(zhì)。2005年我國農(nóng)業(yè)部頒布了食品Cd2+最大殘留限量標準(MRL)(GB2762-2005),糧食為0.1~0.2 mg/kg,肉類為 0.1 mg/kg,蛋類為 0.05 mg/kg,蔬菜類為0.05~0.2 mg/kg,水果類為 0.05 mg/kg。目前已建立的動物性食品Cd2+污染檢測技術(shù)主要有傳統(tǒng)的理化分析法和免疫分析法兩類,分述如下。

      1 理化分析法

      理化分析法主要包括紫外分光光 度 法 (ultra-violet spectroscopy,UV)、電化學(xué)分析法(electrochemical analysis,ECA)、 原 子 吸 收 光 譜 法(atomic absorption spectroscopy,AAS)、電感耦合等離子體法(inductively coupled plasma,ICP)、氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法(hydride generation atomic fluorescence spectrometry,HG-AFS)、中子活化分析法(neutron activation analysis,NAA)等。

      1.1 紫外分光光度法

      UV法是基于被測物質(zhì)對紫外-可見光具有選擇性吸收而進行分析測定的方法。UV法測定樣品中Cd2+時應(yīng)加入顯色劑,Cd2+與顯色劑絡(luò)合成有色分子團,在特定波長下根據(jù)顯色程度的不同與標準系列比較而定量。常用的顯色劑主要有偶氮類、卟啉類、三氮烯類、三苯甲烷堿性染料類及熒光酮類等。UV法操作簡單,但干擾因素較多,選擇性較差[1]。王貴芳等[2]合成了一種新顯色劑4-(4-氯苯重氮氨基)-4'-硝基偶氮苯,并研究了其與Cd2+的高靈敏顯色反應(yīng),在Triton X-100存在下,于pH 10.5的Na2B4O7-NaOH緩沖介質(zhì)中,Cd2+與試劑形成1:2的橙紅色絡(luò)合物,其最大吸收波長位于558nm處,表觀摩爾吸光系數(shù)為 1.42×105L·mol-1·cm-1,Cd2+的質(zhì)量濃度在0~0.75μg/mL范圍內(nèi)服從比爾定律,所擬方法用于廢水中微量Cd2+的直接測定,結(jié)果與原子吸收光譜法一致。

      1.2 電化學(xué)分析法

      ECD法主要包括陽極溶出伏安法 (anodic stripping voltammetry,ASV)、示波極譜法(Oscillopolarography)和電位溶出法(potentiometric stripping analysis,PSA)三種。

      1.2.1 陽極溶出伏安法 ASV法也稱反向極譜法,其原理是利用電流對時間半微分值對電位的關(guān)系曲線為基礎(chǔ)的電化學(xué)分析方法,具有靈敏度高、分辨率好、儀器價格低廉等優(yōu)點,檢測限可達10-9mol/L。Locatelli等[3]采用三電極系統(tǒng)陽極溶出伏安法,以pH 9.3的氨水-氯化鈉為底液,建立了檢測蛤、貝類、魚類等水產(chǎn)品Cd2+的方法,誤差在3%~6%之間。張海麗等[4]研究報道了飼料中Cd2+的陽極溶出伏安法測定方法,以1-(4-偶氮苯基苯)-3-丙基-三氮烯鍵合硅膠(ABPT-SG)為修飾劑,液體石蠟為粘合劑,制備了ABPT-SG修飾碳糊電極,在pH8.0、濃度為0.2 mol/L的氨水緩沖液中,于-1.2V電位下富集,將Cd2+以Cd-ABPT-SG絡(luò)合物的形式吸附在電極上,Cd2+有一個靈敏的陽極溶出峰,峰電流與Cd2+的濃度在5.0×10-6~1.0×10-3mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系,檢出限為1.0×10-8mol/L。

      1.2.2 示波極譜法 極譜法是利用極普儀來捕捉被測物質(zhì)在特定電位下產(chǎn)生的不同形式的波,進而對被測物質(zhì)含量進行計算的一種方法。此法響應(yīng)時間短,靈敏度高,但穩(wěn)定性差。肖虹等[5]用示波極譜法測定尿樣中Cd2+含量,用硝酸、高氯酸、鹽酸混合酸消化尿樣,消化液在酸性介質(zhì)中,置極譜儀的三電極系統(tǒng),樣品溶液在滴汞電極上產(chǎn)生還原電流,于-620 mV處測量Cd2+的峰電流,尿樣中Cd2+的質(zhì)量濃度在 100μg·L-1以內(nèi)與峰電流呈線性關(guān)系,Cd2+的相對標準偏差分別為6.91%,6.45%,檢出限為 1.0μg/L,回收率 為 83.1%~103.5%。丁建文等[6]建立的食品中Cd2+的示波極譜法,已應(yīng)用于食品衛(wèi)生、水質(zhì)衛(wèi)生、職業(yè)病等領(lǐng)域,具有波形好、靈敏度高、結(jié)果準確等優(yōu)點。

      1.2.3 電位溶出法 PSA法是在溶出伏安法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的電化學(xué)分析方法,根據(jù)化學(xué)溶出時所用的試劑性質(zhì)不同,分為氧化電位溶出法和還原電位溶出法,分析Cd2+主要應(yīng)用氧化電位溶出法。章建軍等[7]建立的食品中Cd2+含量測定的微波消解-二次微分電位溶出法,檢出限為0.24μg/L,其檢測結(jié)果與原子吸收法無顯著差異。

      1.3 原子吸收光譜法

      ASS法主要包括火焰原子吸收光譜法(flameatomicabsorption spectrometry,F(xiàn)ASS)和石墨爐原子吸收光譜法(Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry,GFAAS)兩種。

      1.3.1 火焰原子吸收光譜法 FASS法是利用火焰將樣品氣化為基態(tài)原子,然后根據(jù)被測元素對特定頻率輻射線的吸收進行分析。該方法具有操作簡單、精確度高、分析速度快、測定高濃度元素時干擾少、信號穩(wěn)定等優(yōu)點,但是也存在霧化效率低、測定過程中樣液用量大、火焰氣體對待測原子有稀釋作用、原子在吸收區(qū)停留時間短等缺陷。盧菊生等[8]建立了雙硫腙螯合型樹脂同時分離富集-火焰原子吸收光度法測定食品及生物樣品中痕量Cd2+的方法,檢出限為 1.3μg/L,相對標準偏差優(yōu)于3.0%。陳新煥等[9]采用微波技術(shù)消解樣品,用FASS法直接測定了出口動物肝中的Cd2+含量,吸光值與Cd2+濃度在0~1.8 mg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,檢出限為3μg/L,回收率為97.6%~101.2%。

      1.3.2 石墨爐原子吸收光譜法GFAAS法是利用石墨管使樣品原子化,然后根據(jù)被測元素對特定頻率輻射線的吸收進行分析的一種方法。與FASS法相比,該法利用高溫石墨管使樣品原子化,大大提高了樣品原子化效率,靈敏度提高了10~200倍,樣液體積用量減至5~100μL,對Cd2+的檢出限達到2μg/L。其缺點是石墨管耗價昂貴,在線檢測時基體干擾嚴重,需采用標準添加法,費時費力。邱棋偉等[10]采用混合酸體系消解樣品,以 NH4H2PO4+Mg(NO3)2做基體改進劑,建立了畜禽肝組織中Cd2+的GFAAS法。Santos等[11]研究了利用石墨爐原子吸收法測定食品中Cd2+的方法,檢測線達3.3μg/L。

      1.4 電感耦合等離子體法

      ICP法主要包括電感耦合等離子體質(zhì)譜法(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(inductively coupled plasma spectrometry,ICP-AES)兩種。

      1.4.1 電感耦合等離子體質(zhì)譜法ICP-MS法是利用電感耦合等離子體的高溫電離特性使樣品氣化,將待測金屬分離出來,然后進入質(zhì)譜進行測定。該方法于1980年由Houk等[12]最早報道,由于具有靈敏度高、精密度好、檢出限低、動態(tài)線性范圍寬、譜線干擾少、多元素同時檢測等優(yōu)點,迅速發(fā)展成為一種被廣泛應(yīng)用且受到高度評價的一項新技術(shù),但其缺點是儀器價格昂貴,且易受污染。馬棟等[13]采用微波消解儀處理血液樣品,115In元素做內(nèi)標,建立了血液中Cd2+的ICP-MS分析方法,檢出限為0.00249μg/L,準確度為90.1%~110.7%,精密度為4.0%~7.9%。

      1.4.2 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法 ICP-AES法是以感應(yīng)耦合電漿原子發(fā)射光譜儀的電感耦合等離子炬管為激發(fā)光源的一種光譜分析方法。該法具有檢出限低、精密度好、干擾水平低、線性范圍寬和可多元素同時測定等優(yōu)點,但是所需儀器昂貴,靈敏度較ICP-MS稍差。陳偉珍等[14]用微波消解處理樣品,采用ICP-AES法測定食品中Cd2+含量,相對標準偏差RSD<6%,添加回收率為92.6%~106%,檢出范圍為0.764μg/L~1.537μg/L。

      1.5 氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法

      HG-AFS法是在樣品消解后,加入能產(chǎn)生新生態(tài)氫的還原劑,將樣品溶液中的待測元素還原為揮發(fā)性的共價氫化物,由氬氣帶入石英原子化器中進行原子熒光測定。該方法具有譜線簡單,靈敏度高,檢出線低,可同時多元素分析等優(yōu)點。Duan等[15]利用Cyanex 923柱分離富集消解樣品,采用流動注射進樣結(jié)合HG-AFS法檢測了茶葉中的痕量Cd2+。彭謙等[16]研究建立了食品中Cd2+的HG-AFS測定法,在最佳測試條件下,最低檢出濃度為3μg/L,相對標準偏差為1.1%~4.7%,樣品加標回收率為93.3%~95.8%。

      1.6 中子活化分析法

      NAA法是利用中子與待測樣品發(fā)生核反應(yīng),生成放射性核素,然后測量其放射性活度和能譜,由反應(yīng)截面、中子通量、射線能量和強度以及半衰期,確定待測樣品的成分和含量。該法雖具有微量、快速、準確和同時分析多元素的優(yōu)點,但所需的設(shè)備昂貴。Favaro等[17]報道了采用中子活化分析方法,檢測了巴西不同地域不同收入階層膳食中Cd2+的含量。

      2 免疫學(xué)分析法

      免疫分析法(immunoanalysis,IA)是以抗原抗體特異性、敏感性、可逆性反應(yīng)為基本原理,以不同的抗原抗體反應(yīng)載體為技術(shù)建立起來的分析方法,包括熒光偏振免疫測定法(fluorescence polarization immunoassay,F(xiàn)PIA)、酶聯(lián)免疫吸附測定法(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)、一步競爭免疫測定法(one-step competitive immunoassay,OCIA)、KinExA免疫測定法(KinExA immunoassay,KIA)、膠體金免疫層析試驗測定法(gold immunochromatography assay,GICA)和微懸臂梁免疫傳感器(microcantilever immunosensor,MIS)等,分述如下。

      2.1 熒光偏振免疫測定法

      FPIA的基本原理是樣品中待測的Cd2+與過量鰲合劑鰲合成可溶性的Cd2+-鰲合劑復(fù)合物后,與已知固定濃度的Cd2+-鰲合劑熒光復(fù)合物共同競爭Cd2+pAb上有限的結(jié)合位點,通過熒光偏振分析儀進行分析建立標準曲線,樣品Cd2+濃度測定結(jié)果與標準曲線對照得出樣品中Cd2+的準確含量。Johnson等[18]最早建立FPIA技術(shù)檢測水樣中的Cd2+含量,檢測范圍為1~100nmol/L,檢測限為1nmol/L,與其它金屬離子的交叉反應(yīng)小于0.5%。

      2.2 酶聯(lián)免疫吸附測定法

      ELISA采用的是非均相間接競爭模式,其基本原理是樣品中的Cd2+與過量鰲合劑鰲合成可溶性的Cd2+-鰲合劑復(fù)合物后,將其與已包被于酶標板上的包被抗原Cd2+-鰲合劑-載體蛋白復(fù)合物共同競爭Cd2+mAb上有限的結(jié)合位點,反應(yīng)達到平衡后洗脫多余的Cd2+-鰲合劑和Cd2+mAb,然后與酶標二抗反應(yīng),用酶及其底物顯色系統(tǒng)顯示抗原抗體的結(jié)合情況,進而定量檢測Cd2+在樣品中的含量。Khosraviani等[19]建立了水樣中 Cd2+間接競爭ELISA檢測方法,檢測范圍為 7~500 nmol/L,檢 測 限 為 7nmol/L,與Hg2+具有較強的交叉反應(yīng),與其它金屬離子交叉反應(yīng)較小。朱曉霞等[20]應(yīng)用所研制的抗Cd2+mAb Aa6株建立了間接競爭ELISA檢測方法,檢測范圍為2.19~86.38μg/L,檢測限為0.313μg/L,除與Hg2+交叉反應(yīng)外,與其它金屬離子的交叉反應(yīng)均小于1%。

      2.3 一步競爭免疫測定法

      OCIA是在間接競爭ELISA基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,又稱為直接競爭ELISA,其基本原理是將Cd2+mAb包被于酶標板,待測樣品中的Cd2+先與過量鰲合劑鰲合成可溶性的Cd2+-鰲合劑復(fù)合物,并與已知濃度的Cd2+-鰲合劑-酶復(fù)合物混合,二者共同競爭固定在酶標板上Cd2+mAb有限的結(jié)合位點,反應(yīng)達到平衡后,洗脫多余的Cd2+-鰲合劑和Cd2+-鰲合劑-酶復(fù)合物,用酶及其底物顯色系統(tǒng)顯示抗原抗體的結(jié)合情況,進而定量檢測Cd2+在樣品中的含量。OCIA比間接競爭ELISA靈敏、簡便,且其操作條件pH值7.0~7.6比間接競爭ELISA pH值7.0~7.2范圍更廣,更易于推廣應(yīng)用。Darwish等[21]建立了OCIA檢測水樣中的Cd2+,其檢測限為0.3μg/L,其它金屬離子濃度對檢測結(jié)果無干擾,與GFAAS具有很好的相關(guān)性。之后,Darwish等[22]又建立了OCIA檢測血清樣中的Cd2+,其檢測限為0.3μg/L,檢測范圍為0.24~100μg/L,與 GFAAS的相關(guān)度為R2=0.984。

      2.4 KinExA免疫測定法

      KIA是在ELISA基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,其基本原理是一種計算機控制的流式熒光計,由毛細管流/觀察單元組成并配有多微孔篩,篩子上面由統(tǒng)一大小的小珠堆積形成填充床。小珠表面固化包被抗原Cd2+-鰲合劑-載體蛋白復(fù)合物,樣品中的Cd2+與過量鰲合劑鰲合成可溶性的Cd2+-鰲合劑復(fù)合物,加入一定量的Cd2+mAb并使反應(yīng)達到平衡,平衡溶液快速流過包被有固化抗原的小珠,未結(jié)合的Cd2+mAb與小珠上的固化抗原結(jié)合,加入熒光標記二抗,檢測結(jié)合在小珠上的抗體分子,通過與標準曲線對照分析,進而定量檢測Cd2+在樣品中的含量。Blake等[23]研制成功的KinExA-3000用于Cd2+的檢測,其靈敏度比間接競爭ELISA提高了10~1000倍,目前該技術(shù)仍處于實驗室研究完善階段,在實際工作中尚未推廣應(yīng)用。

      2.5 膠體金免疫層析試驗測定法

      GICA的基本原理是HAuCl4在還原劑作用下形成膠體金,在膠體溶液pH 8.2條件下,以非共價鍵與Cd2+mAb結(jié)合形成金標抗體(Ab-Au),將金標抗體干燥在玻璃纖維棉上,一端與固定有Cd2+完全抗原(檢測線)和二抗RaMIgG(質(zhì)控線)的硝酸纖維素膜相連,另一端與樣品墊相連。加入待測樣品后,金標抗體重新水化并與樣品相互反應(yīng),在毛細管的擴散作用下沿著吸水紙方向移動,至檢測線時,若樣品中不含Cd2+,金標抗體就會與完全抗原反應(yīng)而被部分截獲,金顆粒富集而出現(xiàn)明顯直觀的紅色條帶,至質(zhì)控線時,金標抗體與RaMIgG反應(yīng)同樣會出現(xiàn)紅色條帶;若樣品中含有Cd2+,Cd2+已與金標抗體反應(yīng)而占據(jù)了金標抗體上的有限位點,不再與完全抗原反應(yīng)而越過檢測線,不出現(xiàn)紅色條帶,僅在質(zhì)控線與RaMIgG反應(yīng),金顆粒富集而出現(xiàn)紅色條帶。Sasaki等[24]成功建立了GICA檢測Cd2+方法,檢測限為0.3μg/L,該法特異、敏感、快速、簡便、直觀,但其缺陷是不易定量。

      2.6 微懸臂梁免疫傳感器

      MIS的基本原理是通過在微懸臂梁的表面固化定量的Cd2+mAb形成生物敏感層,待測樣品中的Cd2+先與過量鰲合劑鰲合成可溶性的Cd2+-鰲合劑復(fù)合物,待測樣品進入生物敏感層后,在微懸臂梁表面發(fā)生抗原抗體反應(yīng)形成抗原抗體復(fù)合物,其量的多少會引起微懸臂梁產(chǎn)生形變或諧振變化等機械響應(yīng),其響應(yīng)結(jié)果將通過換能器被轉(zhuǎn)換成電學(xué)信號,通過信號分析進而定量檢測Cd2+在樣品中的含量。Velanki等[25]成功建立的MIS技術(shù)應(yīng)用Cd2+檢測,檢測限達到10-9mol/L。MIS是一種穩(wěn)定、靈敏、準確、重復(fù)性好的檢測篩選方法,具有廣闊的發(fā)展前景,我國該方面的研究剛剛起步,目前實際應(yīng)用較少。

      3 小結(jié)

      傳統(tǒng)的Cd2+理化檢測方法雖然在動物性食品安全檢測方面發(fā)揮了重要作用,但由于存在需要昂貴的儀器設(shè)備、熟練的專業(yè)人員、煩瑣費時、周期長、費用高、不能現(xiàn)場操作、樣品篩檢量小等缺陷,其應(yīng)用受到了限制。免疫檢測技術(shù)具有簡便、快速、敏感、特異、經(jīng)濟、篩檢量大等優(yōu)勢,便于在實際生產(chǎn)中進行在線檢測,受到了人們青睞和重視,是今后研究的熱點和發(fā)展方向。國外已經(jīng)有部分重金屬檢測試劑盒和試紙條問世,我國在這方面的研究尚屬起步階段,相信在不久的將來我們一定會擁有具有自主知識產(chǎn)權(quán)的重金屬鎘離子免疫學(xué)快速檢測產(chǎn)品。

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