原题目：构建食品安全保障体系中对检验、检测科学仪器设备的需求
说明：此文在《食品安全导刊》2009年第4、5、6期上连载过
(中国仪器仪表学会北京100101，中国农业科学院北京100081，中国分析测试协会北京100045)
1.不同的检测、检验和监测目标物对科学仪器设备的需求
与食品安全紧密关联的有害、有毒物和可疑物为：农药兽药及其它有害化合物残留、有毒有害元素、致病菌、转基因产品等、现逐一概述如下。
1.1检测农药残留的仪器
农药残留可依化学组分和结构划分，现按其所需分析检测仪器的适配性分述如下。
1.1.1有机氯农残检测的仪器
1.1.2有机磷农残检测的仪器
广泛使用配以火焰光度检测器(FPD)或氮磷检测器(NPD)及ECD的气相色谱仪检测，并用GC-MS准确定性。对于高沸点或热不稳定性的有机磷农残，应该用配以紫外—可见光检测器的液相色谱仪(HPLC-UV)。美国AOAC的有机磷农残检测标准方法即使用HPLC。近年来也有使用液/质联用仪(LC-MS)进行有机磷多残留分析。
1.1.3氨基甲酸酯农残检测的仪器
对于热稳定性较高的氨基甲酸酯农残，可用气相色谱仪检测(GC-FID/NPD/ECD)，但大多氨基甲酸酯农药热稳定性差，所以广泛采用柱后衍生，配用荧光检测器的液相色谱仪(HPLC-FLD)。对于基质复杂的样品，HPLC的峰分离有诸多困难，故近年来以液/质联用仪(LC-MS)作为优选的手段。
1.1.4拟除虫菊酯类农残检测的仪器
广泛采GC-ECD，也有用HPLC-UV，并采用GC-MS确证。
1.1.5除草剂农残检测的仪器
广泛采用GC-ECD或GC-NPD，常用HPLC弥补GC的不足，用配有APCL源的HPLC-MS和GC-MS-MS确证。
综上所述，农药残留检测仪器主要是配有各种检测器的GC，辅以HPLC，一般用GC-MS定性和确证。基质复杂时用LC-MS甚至用GC-MS-MS确证。
当今农药多残留检测得到世界发达国家高度重视，2006年我国发布了8项植动物源性食品中651种农药多残留检测方法的国家标准。所用的样品前处理技术各异，但所用的仪器均为GC-MS或LC-MS-MS。
1.2检测兽药、渔药残留的仪器
兽药和渔药大致可分15类，检测的方法和仪器分述如下
1.2.1检测β—内酰胺类抗生素残留的仪器
绝大多数采用HPLC，残留物的确证靠LC-MS和LC-MS-MS，取代了以往曾使用过的GC-MS仪器和方法。
1.2.2检测氨基糖苷类抗生素残留的仪器
除了庆大霉素可用GC-ECD仪器检测外，绝大多数该类抗生素残留检测靠HPLC-FLD。LC-MS-MS主要用于牛奶样品中抗生素残留的确证。
1.2.3检测大环内酯抗生素残留的仪器
曾用薄层色谱(TLC)和GC检测，现今已被HPLC替换了。部份可用GC-MS检测和确认，但绝大多数需用LC-MS-MS检测和确证。
1.2.4检测四环素族抗生素残留的仪器
采用杯碟法准确、经济，但无法分辨结构，所以当今均采用杯碟筛选出阳性样品，再用HPLC和LC-MS-MS确证。
1.2.5检测胺苯醇类抗生素残留的仪器
可用GC-ECD和酶标仪(ELISA)检测。用GC-MS(NCI)GC-MS-MS、HPLC-MS-MS确证。
1.2.6检测磺胺类残留的仪器
可用微生物抑制法筛选，用酶标仪配合试剂盒检测,但用的最多的还是HPLC-UV/FID、GC-MS、HPLC-MS和HPLC-MS-MS
1.2.7检测喹喏酮类残留的仪器
尽管曾用过TLC仪和荧光光谱仪(FID)及GC-MS仪，但目前一般都用HPLC-FID/UV、HPLC-MS和HPLC-MS-MS仪进行定性和定量。
1.2.8检测硝基咪唑类残留的仪器
虽然可用GC-NPD和GC-MS(NCI)检测，但是大多还是靠HPLC-UV和HPLC-MS-MS检测和确证。
1.2.9检测硝基呋喃类残留的仪器
以前用HPLC-UV仪检测，因灵敏度不高，且不能定性，所以现已改用HPLC-MS和HPLC-MS-MS。
1.2.10检测激素与其他生长促进剂残留的仪器
可用HPLC-UV检测，但灵敏度低，当今已改用GC-MS和GC-MS-MS，并进一步过渡到采用HPLC-MS，甚至HPLC-MS-MS。
1.2.11检测甲状腺抑制剂残留的仪器
常用HPLC和TLC，并进一步过渡到采用GC-MS和HPLC-MS。
1.2.12检测β-受体激动剂残留的仪器
常用HPLC-UV/FLD/PAD/电化学检测器，也可用GC-MS、毛细管电泳仪(CE)和HPLC-MS及HPLC-MS-MS。
1.2.13检测驱虫药残留的仪器
主要靠HPLC-UV/FLD和HPLC-MS及HPLC-MS-MS。
1.2.14检测镇静剂类残留的仪器
可采用的仪器比较多，包括HPLC、GC、TLC、GC-MS和HPLC-MS以及ELISA。
1.2.15检测染料类残留的仪器
可采用UV、GC-MS、HPLC和HPLC-MS-MS。
兽药多残留检测近年来在国际上得到高度重视，我国于2006年发布了25项动物源性食品中118种兽药残留检测方法的国家标准，其中18项属于多残留分析方法，均用LC-MS-MS。
综上所述，参考AOAC、CAC、欧盟、日本和我国的国标，显然兽药残留检测的仪器设备比农药残留检测的仪器挡次更高。上述色谱仪和色/质联用仪的主要生产厂家：
(a)GC、GC-MS、GC-MS-MS的国外生产厂家有Agilent、Shimazu、Thermo、Perkinelmer、Varian等；国内主要生产厂家有，北京东西电子、上海精科、天美和北分等，但尚无GC-MS-MS国产品。
(b)HPLC、HPLC-MS、HPLC-MS-MS的国外生产厂家有waters、Thermo、ABI，Agilent、Shimazu、Perkelmer、Dionex、Varian等；国内仅能生产HPLC，主要厂家有北京东西电子、北分、上海精科、伍丰、浙江温岭、大连依利特等。
1.3检测有毒有害元素及其价态分析的仪器
最经典的采用原子吸收光谱仪(AAS)，配上火焰和石墨炉，可检测元素痕量级的水平。我国具有自主知识产权的原子荧光光谱仪(AFS)，可用于检测砷、铅、汞、锡、硒、锗、锑等元素，灵敏度高、检出限低、并可多元素同时检测，且价廉。近几年来，电感耦合等离子发射光谱—质谱联用仪(ICP-MS)，以具有极高的灵敏度，检出限可达ng/ml级水平引起重视。
上述仪器生产厂家：
(a)AAS，国外主要的生产厂家为：Thermo、perkinElemer、Shimazu、Varian、jenaAG等。国内有北京普析、东西电子、瑞利，上海精科、光谱、天美等。
(b)Icp、Icp-MS的国外主要生产厂家是：Thermo、perkinElemer、Shimazu、Agilent、Varian等；国内尚无批量生产的厂家。
(c)AFS目前只有我国生产，著名厂家为北京吉天、海光、瑞利等，其中吉天等还生产LC-AFS元素价态检测仪。
1.4致病菌检验和细菌鉴定的仪器
(1)根据不同细菌对不同碳源的代谢利用率进行自动鉴定和检验，这属于数值化方法和仪器，如API、ATB、VITEK等系统。
(2)利用抗原和抗体间专一性结合反应，进行免疫反应分析，进行致病菌检验，其中以酶联荧光免疫分析(ELFIA)为代表，如VIDAS系统。
(3)运用基因检测技术检测病原菌和鉴定细菌，如杜邦的BAX系统和用于进行菌种鉴定、分型和溯源的RP(Ridopvinter)系统。
(4)基于表面等离子谐振(SPR)生物传感器开发出来的致病菌检定系统，如Biacore系统。
(5)基于生物芯片技术平台，使用致病菌检测试剂盒，检测致病菌，如我国博奥生物开发出可检测12种食源性致病菌的生物芯片检测系统。
(6)根据不同细菌具有特征性的脂肪酸图谱进行细菌鉴定，如安捷伦开发的系统。
致病菌检验和细菌自动鉴定系统的生产厂家有：Biomerieux、Dupont，Biologe、Agilant、GEHeailhcare等；国内以往只能生产抑菌圈测定仪和菌落计数器，近几年也出现博奥等厂家，能生产致病菌检测系统。
1.5转基因农产品检测仪器
转基因农产品的检测，就是检测农产品中有否外源基因，实质上是检测启动子、终止子、标记基因片断、目的基因片断、外源基因转录产物的丰度等。就方法而言，分为基因水平的检测(各种PCR定性、定量方法和基因芯片技术)和基因转录水平检测(酶联免疫吸附反应技术、蛋白芯片技术以及Southen杂交Westen印迹法等)，主要使用仪器按检测程序分3部份：
(1)用于DNA样品制备的仪器设备：试剂盒、离心机、振荡器等；
(2)用于基因扩增的仪器设备：PCR仪、混合液，保真DNA聚合酶等；
(3)分离、分析、检定的仪器设备：电泳系统、成像分析系统、核酸(蛋白)测定仪、酶标仪、洗板机、定量PCR仪等。
这些仪器设备国外主要厂家BI0-RAD、Thermo-LifeSciences、GE等；国内虽尚无完整生产上述仪器的厂家，但上海的天能、天美、三科、新芝，杭州的郎基、博日，北京的六一等各生产上述部份仪器。
1.6检测农产品品质和营养成份的仪器
各种农、牧、渔业产品，除了各自特需的品质检测仪器外，大量是通用的品质和营养检测仪器。主要有：
(1)凯氏定氮/蛋白质测定仪、杜马斯定氮/蛋白质测定仪和蛋白质测定仪；
(2)脂肪测定仪和脂肪酸测定仪(气相色谱仪)；
(3)纤维素测定仪；
(4)牛奶、果汁检测仪；
(5)糖份(糖度)检测仪；
(6)近红外农产品品质分析仪；
(7)农产品和食品快速检测仪(测定硝酸盐、甲醛、吊白块、二氧化硫、过氧化值等)；
(8)氨基酸分析仪；
(9)维生素测定仪(液相色谱仪)；
(10)微量元素测定仪(原子吸收光谱仪)。
国外主要生产厂家有：福斯、布奇、布鲁克等；近几年来国内出现一些生产厂家如：纤维仪器厂、上海精科、聚光一英贤、吉大小天鹅等。但国内尚无商品化的氨基酸分析仪，该仪器国外生产厂家有日立、德国的SYKAM和AMINO等。
1.7样品前处理的仪器设备
农产品质量安全检测是在极复杂的基质中，检测μg、ng级残留物和污染物，传统的样品前处理技术已成为瓶颈，甚至无能为力，所以一系列新技术将取代传统仪器设备，这些新仪器有：
(1)固体萃取仪(SPE)。1978年Weters公司首先推出商品化仪器，如今已有众多厂家，采用各种吸附剂、对样品进行萃取、纯化、富集，已很成熟和相当普及。
(2)固相微萃取仪(SPME)。集萃取、纯化、浓缩等功能为一体，小巧、简便，且易与其他分析仪器直接联用，1994年Varian和Supelco首先推出全自动采/进样SPME仪，现已有多家生产。
(3)基质固相分散萃取(MSPDE)。于2000年首次提出，优点是不必进行匀浆、沉淀、离心、PH值调节、样品转移等传统程序，将样品与键合固体萃取体混合和研磨、装柱，选择不同溶剂淋洗柱子，即可逐一得到待测组分，完成萃取和纯化的全过程。
(4)超临界流体萃取仪(SFE)。优点是不使用有机溶剂、简便、高效、快速、选择性强、便于和GC、LC等联机，但对含有羟基和羧基等基团的样品萃取较困难。
(5)凝胶渗析萃取仪(GPC)。它是移植于凝胶色谱分离和分析技术。优点是纯化容量大、回收率较高，易于和其他仪器联机。该装置有待更小型、专用、简便并减少溶剂用量和降低柱子成本等。
除上述之外，其他如微波消解萃取仪、微孔液膜萃取、纳米及磁珠富集萃取等新技术，以及顶空进样、吹扫捕集、全自动加温加压快速溶剂萃取仪等，都将在农产品、食品安全检测中发挥作用。这些仪器设备我国也已进行研发并产业化，性能已逐步接近国外产品，生产厂家有：上海光谱、新仪；北京吉天、瑞利、丰杰华，成都科林等。
1.8实验室必备的中小型仪器设备
2.对食品安全快速筛查和检测技术与仪器的展望
我国农产品、食品的生产和供给渠道多、数量大、规模小、分散、复杂，且法治和自律意识很弱，人口与消费人群众多，因而造成了安全问题多发。除了环保和生产条件等因素外，大多源于对农药、兽药和添加剂等违用、滥用。
2.1免疫分析方法与仪器
今后，应深入研究ELISA方法的各种影响因素，标准化、系列化生产各种试剂盒，并向重组抗原、多项目标物、酶的定向改造和体外分子进化以及自动化酶联免疫技术方向发展。
2.2各种生物传感器
生物传感器具有功能多样、微型、智能、集成、低成本、高灵敏、高识别和实用性等特点。其发展很快，种类很多。发达国家已广泛应用的SPR生物传感器，具有灵敏、快速、无需标记、便捷、实时的特点。它与其他新技术强强结合，推出一批新型的快速筛查、检测方法和仪器，最典型的是以BiacoreAB和美国TI以及Bio—RAD(分子相互作用仪)为代表。Biacore将SPR检测系统、生物传感芯片、微流控系统等组合为一体，配以多种试剂盒，构成用于快速筛查和检测兽药残留、致病菌、毒素等。日本则用于筛查二恶英。我国中科院电子所已开发出三种SPR仪，河南农业大学也研发出用于检测兽药残留等的SPR仪。SPR的总体发展方向是高通量、高灵敏、小型、微型，具有便携功能。
最近有报导称，美国采用纳米技术开发出新型生物传感器，可快速、高灵敏度地检测食品和水中极微量的细菌、病毒、寄生虫、病原体等。
微生物传感器，其中尤以对毒性物质具有高灵敏发光反应的为代表。欧美非常重视发光菌的研究和应用，例如IS011348，利用费希尔弧发光菌检测杀虫剂、除草剂、灭菌剂、黄曲霉、重金属、氰化物、毒素、硝基化合物、溴代合物等。运用ATP检测技术，即利用三磷酸腺苷与荧光素酶发光反应检测微生物和有机物污染程度。此外还有利用铁氧化菌的活力与污染的灵敏关系，检测有害物质。
2.3生物芯片、微缩芯片实验室和便携式微流控芯片系统
2.4特种电化学传感器
2.5激光拉曼光谱、深紫外光光谱以及近红外光谱分析技术与仪器
据报道，美国运用激光拉曼推出号称“皇冠克星”的检测技术。中国检验检疫科学研究院也充分运用国产化的高性能小型激光器和稳频技术，开发出便携式高灵敏度的激光拉曼光谱仪，用于快速筛查三聚氰胺，灵敏度很高，且可半定量检测。赛默飞世尔推出一款新的拉曼光谱仪，可直接穿透玻璃和塑料包装，具有高重现性、高特征性表征。这些都可能成为快速筛查的好手段。更可喜的是，我国的许祖彦院士首创了全固态深紫外线激光器，其能量分辨率可提高5~10倍，光子流密度提高3~5分量级。以此为基础，李灿院士等正在研发特高强度的激光拉曼光谱仪。此外，王占国院士正在研究的深紫外光致发光光谱仪以及佟振合院士正在研发的深紫外光化学反应仪，将能对现有的3000万种有机化合物中的90%产生极灵敏的吸收光谱。此外，还有运用近红外光谱分析技术中的聚类分析和模型识别技术，对品牌产品的真伪进行快速鉴别。这些都将创造出新一代的一系列光谱分析仪。
目前，食品安全检测的国际和国内标准方法是以气相和相液色谱(GC和LC)这“二姊妹”与各种质谱(MS)的适配为主角，但是要实现小型、便携、快速、现场检测食品安全，色谱仪有困难，质谱更困难。
虽然国外一直不对我国提供IMS，但中科院化物所已取得了一系列突破，并具有自己的特色和创新，只是有待于向食品安全检测领域拓展。因为小型化TOF-MS分析速度快(微秒级)，结构较简单，分辨率约为600，质量数500，已能胜任环境检测，但与食品安全检测要求还有距离。不过，在保留采用真空紫外光单光子电离和膜富集的基础上，进行下一步的拓展已指日可待。
2.7基于经典的分子光谱法的速测仪器
2.8酶的抑制法与仪器
酶的抑制法在1951年由美国提出，1968年由加拿大做了改进。我国于上世纪80年代已着手研发，近几年，已有十几种商品化仪器推出、推广。鉴于该方法只能检测有机磷和氨基甲酸酯二类农药，且对同类而不同种农药的抑制率差别很大，所以用统一的抑制率确定农药残留是否超标，必然会产生假阳性或假阴性的漏检，所以这是当前“不得已而采用的速测法”、不宜将酶抑制法和仪器首推为速测技术。该方法仅适用于基层初检，发现超标现象时，必须用标准方法复测、确证，这在《农产品质量安全法》第36条第二款中有明确的规定。阴性反应也应按比例抽样，用可靠的方法复测和确证。
食品安全快速筛查检测技术和仪器是新方法和仪器的整合、衍生和嫁接。还有更多新技术有待运用，也会有更新的基理、技术、工艺、材料不断涌现并在实践中得以运用。例如，纳米材料将应用到一系列速测仪的传感器、检测器中，从而极大地提高灵敏度、稳定性；以分子印迹聚合物为核心的分子印迹技术具有高预定性、高识别性、高选择性以及高稳定性，不仅成为了很好的分离富集手段，如被嫁接到其他速测方法和仪器中，会大大改进现有的速测方法和仪器；将高灵敏度的化学发光法与高选择性的免疫分析法进行更深层次的结合，也有可能推出应用于食品安全速测的简便、高精度的化学发光免疫分析方法和仪器。总之，日新月异的技术发展将会使食品安全快速筛查和检测仪器得以不断改进、翻新、推出新品，并使其更符合实际检测工作的需要。