稻米中重金屬檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性分析

摘" 要：攝入重金屬污染的稻米可能對人體健康造成多方面影響，快速、準(zhǔn)確、高效分析檢測稻米中重金屬元素的技術(shù)在保護(hù)人類健康、保障糧食安全方面發(fā)揮著重要作用。綜述了近年受到廣泛應(yīng)用的稻米中重金屬檢測方法，比較和分析不同檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性，并對重金屬檢測技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望，以期為準(zhǔn)確、快速檢測稻米中重金屬元素提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：稻米；重金屬；檢測方法

隨著國家工業(yè)水平的發(fā)展，重金屬的危害日益嚴(yán)重，具有高毒性、累積性、不可逆性、較強(qiáng)潛伏性且半衰期長的重金屬，可通過化學(xué)鏈、食物鏈進(jìn)入生物體內(nèi)，累積一定量后，損害人體神經(jīng)、臟器、骨骼，造成胚胎畸形、生殖障礙甚至引發(fā)癌癥，威脅人類健康和生命安全。

“民以食為天，食以安為先”，食品安全是影響國計(jì)民生的重大問題，又與生態(tài)環(huán)境有著密不可分的關(guān)系。工業(yè)和礦區(qū)污染，生態(tài)環(huán)境惡化，對食品的質(zhì)量與安全產(chǎn)生著不利影響。近年來，重金屬對糧食造成的污染對我國人民的身體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，也給農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長帶來了巨大的挑戰(zhàn)。作為我國大部分地區(qū)人民主食的稻米，受到重金屬污染的情況不容樂觀，其重金屬危害受到的關(guān)注度越來越高。多種重金屬隨著稻米長期攝入，可能對人體健康造成長期、多方面的影響，導(dǎo)致中毒、慢性疾病甚至死亡。為了保障糧食安全、維護(hù)公眾健康，發(fā)展與應(yīng)用快速、準(zhǔn)確、高效的稻米中重金屬元素檢測技術(shù)尤為重要。

本文主要對原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、X射線熒光光譜法、激光誘導(dǎo)擊穿光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、溶出伏安法、極譜法等近年來受到廣泛應(yīng)用的稻米中重金屬檢測方法進(jìn)行綜述，分析不同檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性，為準(zhǔn)確、快速檢測稻米中重金屬元素提供參考。

1" 光譜分析法

1.1" 原子吸收光譜法

原子吸收光譜法（Atomic Absorption Spectrometry， AAS）是基于樣品中待測元素的氣態(tài)原子激發(fā)態(tài)對其特征譜線的吸收程度進(jìn)行定性定量分析的方法，可分析多種元素，包括金屬和非金屬元素，但主要應(yīng)用于金屬元素的分析。

AAS包括火焰原子吸收光譜法（FAAS）、冷原子吸收光譜法（CVAAS）、氫化物原子吸收光譜法（HAAS）、石墨爐原子吸收光譜法（GFAAS）等。其中，GFAAS通常具有更高的靈敏度和更低的檢測限，而FAAS更適合于較高濃度的元素分析。謝佩文[1]采用GFAAS對大米樣品中的鉛進(jìn)行測定，操作簡便，結(jié)果穩(wěn)定可靠。胡秀智[2]用GFAAS檢測大米中的鉛和鎘含量，驗(yàn)證了該方法易于操作，具有良好的精密度和準(zhǔn)確性。GFAAS具有良好的選擇性，操作方法簡單便捷、檢出限低、結(jié)果準(zhǔn)確性高、重復(fù)性好，在適當(dāng)條件下能夠提供準(zhǔn)確可靠的結(jié)果[3]，但在線檢測的基體干擾較為嚴(yán)重，尤其不適合同時檢測多種金屬元素。隨著技術(shù)的進(jìn)步，GFAAS在多元素檢測和在線檢測方面的局限性正在逐步被克服。

AAS可用于微量、痕量重金屬元素分析檢測，具有選擇性較強(qiáng)、靈敏度和精確度高、分析范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備操作簡單，結(jié)果準(zhǔn)確可靠；但要求待測元素在氣態(tài)下進(jìn)行檢測，通常需要復(fù)雜的樣品前處理步驟，對于非金屬及難熔元素靈敏度低，線性范圍相對較窄，易受干擾。另外，傳統(tǒng)的AAS方法通常只適合檢測單一元素，不能進(jìn)行多元素同時檢測[4]；AAS的大型儀器設(shè)備不利于攜帶，不便于進(jìn)行現(xiàn)場檢測。相對于一些其他分析法的設(shè)備來說，AAS儀器較昂貴；但與更高級的儀器相比，AAS的設(shè)備成本較低。

1.2" 原子熒光光譜法

原子熒光光譜法（Atomic Fluorescence Spectrometry， AFS）是根據(jù)待測元素的原子蒸氣在特定頻率輻射激發(fā)光源照射下產(chǎn)生特征波長熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析的方法。Huang等[5]用AFS對大米中的砷進(jìn)行檢測分析，方法簡單、成本較低，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。李霞等[6]用AFS測定大米中的汞，檢測結(jié)果精密度高。

AFS可用于樣品中痕量、超痕量金屬元素的分析檢測[7]，其檢出限比AAS低、靈敏度比AAS高，可進(jìn)行多元素測定，譜線簡單，基體效應(yīng)小、線性范圍寬；但存在易受散射光干擾、熒光淬滅效應(yīng)等問題，主要適用于易揮發(fā)或可轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性化合物的重金屬樣品，應(yīng)用范圍較窄。

1.3" 原子發(fā)射光譜法

原子發(fā)射光譜法（Atomic Emission Spectrometry， AES）是依據(jù)待測樣品被熱、電激發(fā)后發(fā)射出的特征光譜信息進(jìn)行元素定性、定量分析的方法。最常見的AES是電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry， ICP-AES）。

AES可同時進(jìn)行多種重金屬元素的定量、定性分析檢測，分析速度快、靈敏度高、選擇性好、檢出限低；但一般只能用于元素分析，易受干擾[8]，儀器設(shè)備昂貴，運(yùn)轉(zhuǎn)成本高，操作復(fù)雜、耗時，大型儀器設(shè)備不利于攜帶，不便于進(jìn)行現(xiàn)場檢測。

1.4" X射線熒光光譜法

X射線熒光光譜法（X-Ray Fluorescence Spectrometry， XRF）是基于樣品中待測元素對X射線的吸收來定性、定量測定樣品組分的方法。程大偉等[9]、李梅[10]分別采用XRF測定糙米中的鎘，驗(yàn)證了XRF簡便、快速、準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。

XRF操作簡便，樣品前處理簡單，分析速度快，重現(xiàn)性好[10]，譜線簡單，分析范圍廣，無需破壞待測樣品[11]；但易受干擾，設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，購置所需費(fèi)用較高，維護(hù)、運(yùn)行成本也需考慮，且實(shí)驗(yàn)人員易面臨X射線暴露風(fēng)險(xiǎn)[12]。X射線熒光光譜的噪聲干擾會影響特征峰識別，降低儀器的能量分辨率，尤其對于微量元素，因其重金屬含量較低，X射線激發(fā)的特征譜線強(qiáng)度較弱，極易被噪聲湮沒，造成特征峰信噪比較低。

1.5" 激光誘導(dǎo)擊穿光譜法

激光誘導(dǎo)擊穿光譜法（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy， LIBS）是利用激光使待測樣品呈氣態(tài)等離子體，根據(jù)激光誘導(dǎo)出的特征譜線對樣品中元素進(jìn)行定性、定量分析的方法。Liu等[13]采用LIBS技術(shù)對3種水稻中銅的含量進(jìn)行定量分析，張翰宇等[14]用LIBS檢測大米中的鉻元素，驗(yàn)證了LIBS具有對元素進(jìn)行快速識別、定量分析的能力，靈敏度高。

LIBS所需裝置簡單、操作簡便、分析快速，分析范圍廣、可同時檢測多種物質(zhì)元素，適用各種樣品狀態(tài)、無損綠色檢測（無需或僅需簡單樣品前處理），可遠(yuǎn)程操作，可通過便攜裝置進(jìn)行實(shí)時在線檢測[15]，是檢測稻米中重金屬元素含量的一種有效手段[14]；但設(shè)備較昂貴，重復(fù)性差，檢測限高，光譜信號穩(wěn)定性差，需要專家進(jìn)行數(shù)據(jù)解讀[16]。

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-MS）是利用電感耦合等離子體使待測樣品呈氣態(tài)后，在質(zhì)譜儀中按質(zhì)荷比分離待測樣品，再利用質(zhì)譜對其進(jìn)行定量、定性分析的方法。ICP-MS特別適用于痕量、超痕量及同位素檢測分析，與液相色譜聯(lián)用可對待測物元素形態(tài)進(jìn)行檢測分析[17]。凌東輝等[18]采用ICP-MS測定大米樣品中的鉻、鎳、鉛、鎘、砷、汞等元素，結(jié)果表明ICP-MS靈敏度高、精密度好、回收率高，能同時測定大米中的13種金屬。歐朝接等[19]采用ICP-MS同時測定稻谷中鉻、鎳、銅、砷、鎘、鉛等6種元素的含量，結(jié)果驗(yàn)證了ICP-MS快速、簡便，檢出限低，具有較好的重現(xiàn)性和較高的準(zhǔn)確度，能滿足大批量測定的要求。

ICP-MS是目前常用的微量元素檢測方法，靈敏度和精密度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、檢出限低，可多元素同時測定，線性范圍寬，分析速度快，適用于稻米中微量重金屬元素的檢測分析；但易受干擾，樣品前處理復(fù)雜且過程中可能產(chǎn)生有害廢物污染環(huán)境，儀器設(shè)備昂貴，維護(hù)、運(yùn)行成本高，操作要求高。

3" 電化學(xué)分析法

電化學(xué)分析法（Electrochemical Analysis， EA）是依據(jù)待測樣品的電化學(xué)性質(zhì)及其變化特性，利用電導(dǎo)、電位、電量、電流等參數(shù)與待測樣品濃度的定量關(guān)系對待測樣品中的物質(zhì)進(jìn)行分析、測量的方法。應(yīng)用在重金屬離子檢測中的電化學(xué)分析法主要有溶出伏安法、極譜法、離子選擇電極法等[8]。其中，溶出伏安法（Stripping Voltammetry， SV）可依據(jù)金屬元素自身的電化學(xué)特征峰特性，利用不同幅度、形狀的脈沖電壓信號對金屬樣品進(jìn)行分析檢測；極譜法（Polarography）則是以表面能夠周期更新的液體電極（如滴汞電極）為極化電極，通過檢測其電流-電位曲線來確定溶液中待測樣品濃度的一種特殊的伏安分析法。

Siriangkhawut等[20]采用SV測定泰國大米樣品中的痕量鎘和鉛，驗(yàn)證了該方法的檢出限低、靈敏度高，結(jié)果穩(wěn)定可靠。王忠政等[21]采用SV測定大豆、大米樣品中的鉛含量，認(rèn)為該方法設(shè)備操作方便、鉛檢測靈敏性高、重現(xiàn)性好、穩(wěn)定性強(qiáng)，具有極好的適用性，可廣泛應(yīng)用于大豆、大米等糧油產(chǎn)品中重金屬鉛的檢測。薛程[22]采用極譜法測定大米中的鉛，結(jié)果表明該方法檢出限低、線性范圍寬，具有很好的準(zhǔn)確性，與GFAAS相比在保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確度、精密度的基礎(chǔ)上，還具有操作簡單、所需試劑少、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。

EA具有分析速度快、靈敏度和精確度高，操作簡便、儀器簡單、運(yùn)行成本低，檢出限低、離子選擇性好，可實(shí)時、現(xiàn)場自動化檢測等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于微量、痕量重金屬離子的檢測；但實(shí)驗(yàn)設(shè)置和電極準(zhǔn)備等前期操作較為復(fù)雜。選擇、開發(fā)新型修飾電極可以優(yōu)化提高檢測靈敏度、穩(wěn)定性、選擇性、抗干擾能力和重復(fù)性，降低檢出限[23-24]。

4" 小結(jié)與展望

本文對應(yīng)用于稻米中重金屬檢測的若干方法進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)和適用性分析，其中：原子吸收光譜法（AAS）可用于微量、痕量重金屬元素檢測，操作簡便、精確度高、選擇性好、分析范圍廣，但對難熔元素靈敏度低、線性范圍相對窄、易受干擾、樣品前處理復(fù)雜，適合檢測單一元素；原子熒光光譜法（AFS）可用于痕量、超痕量重金屬元素檢測，檢出限低于AAS、靈敏度高于AAS、可進(jìn)行多元素測定、譜線簡單、線性范圍寬，但易受干擾、應(yīng)用范圍較窄；原子發(fā)射光譜法（AES）分析快速、靈敏度較高、選擇性好、可多元素同時測定，但易受干擾、設(shè)備成本高；X射線熒光光譜法（XRF）樣品前處理簡單、可無損檢測，操作簡便、分析快速、分析范圍廣、可多元素同時測定、譜線簡單，但易受干擾、設(shè)備成本高；激光誘導(dǎo)擊穿光譜法（LIBS）可無損檢測，操作簡便、分析快速、分析范圍廣，但設(shè)備較昂貴、光譜信號穩(wěn)定性差且需專家進(jìn)行數(shù)據(jù)解讀；電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）適用于微量重金屬元素檢測，分析快速、靈敏度和精確度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、線性范圍寬、可多元素同時測定，但易受干擾、樣品前處理復(fù)雜、設(shè)備成本高、操作要求高；電化學(xué)分析法（EA）廣泛應(yīng)用于微量、痕量重金屬離子檢測，操作簡便、分析快速、靈敏度和精確度高、離子選擇性好且成本較低，但前期操作較為復(fù)雜。

重金屬檢測技術(shù)是稻米檢測中的重中之重，實(shí)時化、多功能化、自動化、微型化、現(xiàn)場化已經(jīng)成為主流研究方向。利用、開發(fā)、聯(lián)合多元化技術(shù)構(gòu)建出高效、低廉、簡便、靈敏度高、準(zhǔn)確性好的稻米中重金屬檢測方法，使其達(dá)成技術(shù)成熟、普及、完善的適用于多種重金屬同時進(jìn)行快速無損現(xiàn)場測定的現(xiàn)代化檢測系統(tǒng)，將有利于我國食品的可持續(xù)發(fā)展和食品安全保障工作，并產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)價值和社會效益。

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Analysis of Advantages， Disadvantages and Applicability of Methods for Detecting Heavy Metals in Rice

LIU Yu ， MA Xiao-hui ， XING Ya-nan ， CHE Xi-qing ， GUO Li ， WANG Jing-shi ， SANG Hai-xu ， YU Ya-Hui*

（Liaoning Institute of Saline-Alkali Land Utilization， Panjin Liaoning 124010， China）

Abstract： Ingestion of rice contaminated with heavy metals may have many effects on human health. Rapid， accurate and efficient analysis and detection of heavy metals in rice play an important role in protecting human health and ensuring food security. In this paper， the widely used methods for detecting heavy metals in rice in recent years are reviewed， the advantages and disadvantages of different methods and their applicability are compared and analyzed， and the future development trend of heavy metal detection technology is forecasted， in order to provide theoretical basis for accurate and rapid detection of heavy metals in rice.

Key words： Rice; Heavy metals; Detection method

中圖分類號：S511;TS207.5+1""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""""" 文章編號：1673-6737（2025）01-0061-04

基金項(xiàng)目：遼寧省農(nóng)業(yè)重大專項(xiàng)課題（2022JH1/10200003）；遼寧省自然科學(xué)基金計(jì)劃項(xiàng)目（2022-MS-063）。

收稿日期：2024-02-29

作者簡介：劉郁（1981—），女，副研究員，主要從事水稻病蟲害防治技術(shù)研究。

*通訊作者：于亞輝（1981—），男，研究員，主要從事水稻育種研究。

（責(zé)任編輯：李明）