ICP-MS在食品安全檢測中的應用

曹 婧

（河北鑒明檢測技術服務有限公司，河北 廊坊 065000）

人們?yōu)榱松妗鞒?、保持健康都需要借助于食品。食品中不存在威脅人類健康的組分稱之為安全。存在于食品中的不健康成分來源有很多種，如農(nóng)作物自身成長的過程中空氣、水源、環(huán)境對其的污染或在某些因素影響下構成食物的成分發(fā)生了改變，從而變成對人類身體有害的成分。利用各種檢測手段識別食品中對健康有威脅的成分是確保食品安全的有效手段，不論食品中威脅人類健康的組分是什么都需要精準的檢測技術去確定。

重金屬污染是人們對食品安全及其生態(tài)環(huán)境所密切關注的話題之一。多個國家已經(jīng)出臺相應的規(guī)定，在最大程度上控制重金屬的排放量，進而保護生態(tài)環(huán)境和人的身心健康。重金屬對人體危害較大，尤其對人體的肝臟、大腦等較為重要的器官有較大影響。因為重金屬物質不能在體內(nèi)很好地降解，會不斷形成蓄積，致使體內(nèi)發(fā)生癌變。生活中具有的重金屬物質主要來源于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)藥化肥、食品及食品加工過程等，這些污染會通過食物鏈進入人體，對身體健康造成嚴重的危害。

當今測定重金屬及有害元素采用的方法有以下幾種：分光光度法、原子吸收法、原子熒光法等，多數(shù)檢測方法只能測定某一種單一元素，對于那些超痕量元素采用這些方法無法確定其含量。電感耦合等離子體質譜法彌補了以上方法的不足，能夠同時測定多種微量元素，同時還擁有最佳的靈敏度與線性范圍，使其受到國內(nèi)外學者的廣泛關注。

1 ICP-MS概述

電感耦合等離子體質譜法在其出現(xiàn)的近幾十年中一直都是檢測領域的核心，尤其是測定各種不同元素方法的研究[1-2]。ICP-MS由離子源和質譜儀2個重要部分構成。樣品通過蠕動泵輸入，再進入霧化室進行霧化，變成氣溶膠，樣品溶液經(jīng)過霧化進入等離子體焰中，經(jīng)過一系列的處理轉化為帶電離子，此過程包括蒸發(fā)、解離、原子化和電離，質譜儀具有的采集裝置把離子都聚在一起，然后根據(jù)質荷比不同而分開。擁有一定質荷比的離子，譜圖的積分面積和進入質譜儀的離子數(shù)量有關聯(lián)，因此根據(jù)譜圖的峰面積大小可以確定樣品的濃度。

ICP-MS擁有低干擾、小樣本量、檢測時間短、高精密度和準確度等優(yōu)點。ICP-MS適合測定痕量和超痕量元素，具有卓越的檢出限，能同時對多個樣品的多種元素進行分析。而且方法快速、穩(wěn)定、可靠，線性范圍廣，具有超過1×105以上的線性范圍，甚至有些方法能達到1×108的線性范圍。ICP-MS所特有的一項實用功能是半定量分析法，該方法是采用已知的同位素相對計數(shù)通過儀器得出未知樣品的指紋譜圖，利用指紋圖譜能夠估算出樣本中未知元素的含量，樣本中的每一種元素的含量都可以利用測定已知元素的響應計算得出[3]。不需要提供每一種測定元素的標準溶液，只需以已知濃度元素的標準溶液作為基礎，就可以測定出其余元素的含量。ICP-MS利用一些元素可以得到樣品中存在的元素及其濃度的相關信息，選用的元素應該是該方法能分析的或被選定的[4]。半定量能夠給全定量解析提供可靠的依據(jù)，半定量方法中選用的標準溶液需要覆蓋整個荷質比的質量軸?？焖贉y定食品中重金屬的含量時，沒有標準溶液可以采用該半定量分析法。

ICP-MS被廣泛應用于不同的領域，如食品安全、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物與醫(yī)藥、材料科學、冶金工業(yè)和環(huán)境分析等。但ICP-MS儀器設備昂貴，其日常操作比較復雜，而且方法研究復雜又耗時，在使用過程中消耗Ar氣量也比較大，因此檢測的成本較高。而且分析固體樣品時，需要更高的稀釋倍數(shù)，會影響最終檢測結果。同時儀器維護費用較高，一些特有部件，如渦輪分子泵、檢測器、采樣錐和截取錐，有一定的使用壽命，需要定期更換。

2 在食品安全中的應用

當下，食品中重金屬的檢測方法中電感耦合等離子體質譜法仍然是檢測領域方法研究的核心。而且食品安全國家標準及農(nóng)業(yè)部標準已逐漸引入電感耦合等離子體質譜法作為仲裁法[5]。

郝春慧等人[6]建立了電感耦合等離子體質譜法同時測定食用菌中鉛、總砷、總汞和鎘的方法，樣品經(jīng)過微波消解處理后用ICP-MS分析，并對試驗條件進行優(yōu)化，采用混合內(nèi)標來校正干擾和漂移。此方法的檢出限為0.000 10～0.000 55 mg/kg，回收率在86.7%～105.0%。該方法對食用菌中重金屬的測定結果滿足國家關于食品中污染物限量的食品安全標準。何艷紅等人[7]應用微波消解和ICP-MS技術對堅果中砷和鋁進行測定，樣品回收率在96.2%～103.0%，相對標準偏差小于5.18%。其測定結果與國家標準物質中的砷和鋁的標準值一致，說明該方法能滿足實際檢測要求，而且分析速度快、定量準確。侯婷婷[8]參照國家標準對超市中常見的19種水果進行檢測，主要檢測各類水果中多種微量金屬元素的含量。各種元素的線性范圍均為0～50.0 ng/mL，檢出限均小于標準方法給定的數(shù)值。試驗中微波消解采用的優(yōu)級純硝酸，經(jīng)檢測純度能達到要求作為樣品空白，并對最終的結果不會產(chǎn)生影響。謝冉陽[9]建立ICP-MS法對淀粉制品中5種金屬殘留進行檢測，采用微波消解處理樣品，同時用內(nèi)標法定量。5種元素的加標回收率為84.8%～107.3%，相對標準偏差小于5%。測定結果準確可靠，可以用于同時測定淀粉制品中的鉻、鉛、鋁、鎳和鐵5種金屬元素。黃子敬等人[10]采用微波消解方法處理樣品，然后利用ICP-MS碰撞反應池技術，采用標準模式和KED模式相結合方式，能有效消除分子離子及同質異素質譜干擾效應。測定的11種元素分別為As，Hg，Pb，Cd，Cr，Co， Ni， Cu， Zn， Fe和 Mn， 檢出限分別在 0.005～0.090μg/L，相對標準偏差為0.94%～7.20%，加標回收率為90.7%～103.5%。陳啟釗等人[4]利用微波消解前處理方式和ICP-MS，建立一種可同時測定食品中39種重金屬元素的半定量檢測方法，選擇鈧、鍺、鈷、鉍作為標準物質。通過與國家標準物質進行比較，測定值和參考值基本一致，偏差在允許范圍內(nèi)。該方法能快速測定樣品中存在的元素及濃度范圍，可用于重金屬元素含量的掃描分析，迅速測定重金屬元素的信息，依據(jù)所得到的信息能更好地進行食品安全評價。

3 技術發(fā)展

隨著科學技術的發(fā)展，人們對健康生活的想法不斷深入，逐漸意識到全面了解有毒元素的信息，僅僅知道總的有毒元素含量是不夠的，還需要對元素的形態(tài)過程進行了解。金屬元素的危害性與其化學形態(tài)息息相關，如無機汞的毒性比有機汞小，類似甲基汞和乙基汞毒性很強。

砷糖、砷甜菜堿等有機砷化合物的毒性要遠小于無機砷；而硒代蛋氨酸不但無毒，反而還對身體有益。所以，為了研究樣品具有的營養(yǎng)功能或毒性，需要充分了解樣品中重金屬元素的不同形態(tài)。當前ICP-MS與其他技術聯(lián)用已成為元素形態(tài)分析的發(fā)展趨勢。

龔燕等人[11]利用HPLC-ICP-MS聯(lián)用測定稻米中的無機汞和甲基汞，能把甲基汞和無機汞進行有效的分離，且在0.10～5.00μg/L線性關系良好。無機汞的加標回收率為94.5%～96.3%，甲基汞的加標回收率為99.1%～106.7%。利用GC-ICP-MS聯(lián)用技術對海產(chǎn)品中甲基汞和無機汞進行檢測，采用固液萃取前處理方式，該方法對甲基汞的檢出限為1.2 ng/g，對無機汞檢出限為1.4 ng/g，精密度分別為1.5%和2.2%。林立等人[12]利用離子色譜-電感耦合等離子體質譜儀對飲料中的溴酸根與溴離子進行檢測。溴酸根的加標回收率為88.1%～106.4%，相對偏差為1.52%～3.83%。溴酸根的檢出限為0.1μg/L，溴離子的檢出限為 0.2μg/L。陳玉紅等人[13]建立了 CEICP/MS聯(lián)用測定AsC，AsB，As（Ⅲ），DMA，p-ASA，MMA，3-NHPAA與As（V） 等8種砷化合物的分析方法。8種砷的化合物一次進樣，在20 min內(nèi)得到完全分離，檢出限在0.3～0.8 ng/g。王佳琪等人[14]采用反相高效液相色譜和電感耦合等離子體質譜聯(lián)用同步檢測食品中常見的食品添加劑糖精鈉、苯甲酸鈉、日落黃、酸梨酸鉀及重金屬鉛和砷。結果顯示，食品添加劑的檢出限為6～15 ng/g，RSD小于3.5%，加標回收率在94%～105%；重金屬檢出限為7～34 ng/L，RSD小于3.0%，加標回收率在90%～97%。

ICP-MS聯(lián)用接口技術伴隨不同分離方法的不斷發(fā)展，同時樣品前處理方法的研究也在不斷深入，使得多種與ICP-MS聯(lián)用的分析技術成功應用于食品的元素形態(tài)分析檢測中，但相關的聯(lián)用技術仍然存在一些問題，如檢測的時間變長，分析的靈敏度及效率有待進一步提高。

4 結語

隨著時間的推移，ICP-MS分析儀器正在逐漸在國內(nèi)普及開來，且應用領域越來越廣。而且不單單是ICP-MS儀器單獨使用越來越廣泛，和其他檢測技術聯(lián)用也正在快速發(fā)展，目前高校對其研究的比較多，用于其他檢測機構還需要進一步驗證推廣。食品安全越來越受重視，使得很多第三方檢測機構也采用了該儀器，不過該儀器造價昂貴，對檢測員的能力要求較高，日常檢測費及維護保養(yǎng)成本也不低，比較適合大批量樣品同時檢測多種元素。但ICP-MS儀器以自身獨特的優(yōu)勢必定在未來的分析化學領域中發(fā)揮著重要作用。