LC-MS在食品加工過程中重金屬污染物檢測中的應(yīng)用

摘 要：食品加工過程中出現(xiàn)的重金屬污染問題嚴(yán)重威脅食品安全和公眾健康。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)因其高靈敏度、高選擇性和多元素同時(shí)檢測能力，被廣泛應(yīng)用于食品重金屬檢測。重金屬污染的主要來源有原料污染、加工過程中的污染、包裝材料和存儲(chǔ)過程中的污染。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在水產(chǎn)品、蔬菜水果、谷物豆類檢測的實(shí)際應(yīng)用中展示出了高效、準(zhǔn)確的檢測能力。通過優(yōu)化檢測方法和降低成本，該技術(shù)將在食品安全監(jiān)控中發(fā)揮越來越重要的作用，從而為保障消費(fèi)者健康提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：重金屬污染；食品加工；液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)；食品安全

Application of LC-MS in the Detection of Heavy Metal Pollutants in Food Processing

HAN Xiaojie， XU Meiling

（Standard Sci-Tech Innovation （Qingdao）， Pharmaceutical Technology Co.， Ltd.， Qingdao 266114， China）

Abstract： The problem of heavy metal pollution during food processing poses a serious threat to food safety and public health. Liquid chromatography-mass spectrometry technology is widely used in the detection of heavy metals in food due to its high sensitivity， selectivity， and ability to simultaneously detect multiple elements. The main sources of heavy metal pollution include raw material pollution， pollution during processing， packaging materials， and pollution during storage. The practical application of liquid chromatography-mass spectrometry technology in the detection of aquatic products， vegetables， fruits， grains， and legumes has demonstrated its efficient and accurate detection ability. By optimizing detection methods and reducing costs， this technology will play an increasingly important role in food safety monitoring， thereby providing technical support for ensuring consumer health.

Keywords： heavy metal contamination; food processing; liquid chromatography-mass spectrometry; food safety

重金屬污染不僅直接影響食品的質(zhì)量和安全，還可能通過食物鏈的累積效應(yīng)對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害，如導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)及腎臟功能受損。為保障食品安全、維護(hù)公眾健康，迫切需要有效、快速、靈敏的重金屬檢測方法。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（Liquid Chromatograph-Mass Spectrometer，LC-MS）作為一種高效的分析檢測方法，憑借其高靈敏度、高選擇性和多元素同時(shí)檢測的優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于食品中重金屬檢測。本文探討食品加工過程中液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)在重金屬檢測中的應(yīng)用，以供參考。

1 食品加工過程中重金屬污染的來源

1.1 原料污染

原料中重金屬污染主要來源于農(nóng)田和水源污染。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，施用含有重金屬的化肥和農(nóng)藥，以及工業(yè)廢水和廢氣的排放，都會(huì)導(dǎo)致土壤和水源中的重金屬積累。當(dāng)這些受污染的土壤和水源用于種植農(nóng)作物或養(yǎng)殖水產(chǎn)品時(shí)，重金屬會(huì)被植物和動(dòng)物吸收并積累，從而進(jìn)入食品原料中。例如，稻米和蔬菜可能含有鎘，海產(chǎn)品則容易受到汞污染。原料污染不僅影響食品的安全性，還可能會(huì)對(duì)食品加工的后續(xù)步驟產(chǎn)生潛在影響。

1.2 加工過程中的污染

在食品加工過程中，重金屬污染的來源主要有以下幾方面。①加工設(shè)備材質(zhì)中的鉛、鎘和鉻等重金屬可能會(huì)遷移到食品中。②加工場所中的空氣以及水源污染等可能導(dǎo)致食品受到重金屬污染。例如，在食品清洗、切割、煮沸過程中，受污染的水源和環(huán)境空氣中的重金屬顆?？赡芨街绞称飞稀?/p>

1.3 包裝材料和存儲(chǔ)過程中的污染

某些包裝材料如塑料、金屬罐和鋁箔紙，可能含有鉛、鎘等重金屬，這些重金屬在特定條件下（如高溫、酸性環(huán)境）可能遷移到食品中。食品運(yùn)輸和存儲(chǔ)過程中，如果存儲(chǔ)環(huán)境不當(dāng)，如使用含有重金屬的倉庫設(shè)備或容器，或者在受污染的環(huán)境中存儲(chǔ)，食品則可能會(huì)受到重金屬污染。例如，使用鍍鋅容器存儲(chǔ)酸性食品時(shí)，可能導(dǎo)致食品中鋅含量超標(biāo)。包裝材料和存儲(chǔ)環(huán)境中的重金屬污染不僅影響食品的質(zhì)量，還可能對(duì)消費(fèi)者的健康造成威脅。

2 液質(zhì)聯(lián)用法概述

2.1 原理

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是現(xiàn)代分析化學(xué)中重要的檢測方法，廣泛應(yīng)用于食品中重金屬污染檢測。該技術(shù)將液相色譜和質(zhì)譜法兩者的優(yōu)勢有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜樣品中重金屬的高效分離和精確檢測[1]。

液相色譜技術(shù)利用樣品中不同組分在固定相和流動(dòng)相間的分配系數(shù)差異進(jìn)行分離。在檢測過程中，樣品溶液通過注射器或泵送入色譜柱，不同組分在固定相和流動(dòng)相中的分配系數(shù)不同，導(dǎo)致其在色譜柱中的遷移速率不同，從而實(shí)現(xiàn)分離。對(duì)于重金屬檢測，常用反相高效液相色譜（Reverse-Phase-High Performance Liquid Chromatography，RP-HPLC）和離子交換色譜（Ion Exchange Chromatography，IEC），它們分別適用于不同類型的重金屬離子分離。

質(zhì)譜技術(shù)通過離子源將樣品分子電離，然后根據(jù)質(zhì)荷比（m/z）對(duì)離子進(jìn)行分離和檢測。常用的食品中重金屬元素的檢測方法有電感耦合等離子體質(zhì)譜（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）和電噴霧電離質(zhì)譜（Electrospray Mass Spectrometry，ESI-MS）。ICP-MS具有高靈敏度和多元素同時(shí)檢測的能力，適用于痕量重金屬的檢測；ESI-MS則適用于有機(jī)金屬化合物和配合物的分析。

液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)結(jié)合了液相色譜的分離能力和質(zhì)譜的檢測能力。樣品經(jīng)過液相色譜分離后，直接進(jìn)入質(zhì)譜檢測系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)方法中煩瑣的樣品前處理步驟，提高了檢測效率和檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。在重金屬檢測中，LC-MS能夠有效地分離和檢測復(fù)雜基質(zhì)中的重金屬元素，實(shí)現(xiàn)對(duì)痕量重金屬的高靈敏度檢測。

2.2 優(yōu)勢

2.2.1 高靈敏度和高選擇性

LC-MS結(jié)合了液相色譜的分離能力和質(zhì)譜的檢測能力，能夠在復(fù)雜基質(zhì)中對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行高效分離和檢測。液相色譜能夠有效分離樣品中的各種成分，質(zhì)譜則通過質(zhì)荷比（m/z）的測定，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)化合物的準(zhǔn)確檢測。質(zhì)譜檢測技術(shù)的靈敏度極高，能夠檢測痕量級(jí)別的重金屬污染物[2]，對(duì)于確保食品安全至關(guān)重要。高選擇性則使LC-MS能夠在存在多種干擾物的情況下，準(zhǔn)確識(shí)別和定量目標(biāo)重金屬元素，為食品安全監(jiān)控提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

2.2.2 多元素同時(shí)檢測能力

在食品重金屬污染檢測中，往往需要同時(shí)檢測多種重金屬元素，如鉛、鎘、汞、砷等。傳統(tǒng)的檢測方法通常只能對(duì)單一元素進(jìn)行分析，而LC-MS則可以通過一次分析過程，獲得多種重金屬元素的檢測結(jié)果。多元素同時(shí)檢測能力不僅縮短了檢測時(shí)間，降低了檢測成本，還提高了檢測數(shù)據(jù)的全面性和檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。通過優(yōu)化質(zhì)譜儀的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種重金屬元素的靈敏檢測，滿足復(fù)雜食品基質(zhì)中重金屬污染檢測的需求。

2.3 局限性

2.3.1 儀器設(shè)備成本高

盡管LC-MS技術(shù)在食品重金屬檢測中表現(xiàn)出色，但其高昂的儀器設(shè)備成本限制了其廣泛應(yīng)用。LC-MS由高效液相色譜系統(tǒng)和質(zhì)譜檢測系統(tǒng)組成，設(shè)備精密復(fù)雜，價(jià)格昂貴。除此之外，LC-MS儀器的運(yùn)行和維護(hù)也需要較高的費(fèi)用，包括氮?dú)獍l(fā)生器、真空泵、消耗品及定期維護(hù)服務(wù)等。這些高成本限制了LC-MS技術(shù)在一些中小型實(shí)驗(yàn)室或預(yù)算有限的檢測機(jī)構(gòu)中的普及和應(yīng)用。為了使LC-MS技術(shù)能在食品安全監(jiān)管中廣泛應(yīng)用，需要考慮設(shè)備采購和運(yùn)行成本，以及尋求經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。

2.3.2 樣品前處理復(fù)雜

為了確保重金屬能夠被準(zhǔn)確檢測，樣品通常需要經(jīng)過一系列前處理步驟，如消解、提取、濃縮和凈化等。這些前處理步驟不僅耗時(shí)，還需要使用多種化學(xué)試劑和設(shè)備，增加了操作的復(fù)雜性和誤差帶入的可能性。尤其在處理復(fù)雜基質(zhì)的食品樣品時(shí)，前處理過程需要特別謹(jǐn)慎，以免引入污染或造成目標(biāo)重金屬損失。前處理的復(fù)雜性不僅增加了檢測過程的難度，還對(duì)操作人員的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)提出了較高的要求，影響了檢測的效率和準(zhǔn)確性。

3 液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)在重金屬檢測中的應(yīng)用

3.1 水產(chǎn)品檢測

由于水生環(huán)境易受工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)徑流和其他污染源的影響，水產(chǎn)品中的重金屬污染問題日益嚴(yán)重。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在水產(chǎn)品中重金屬的檢測中應(yīng)用廣泛，為食品安全監(jiān)管提供了重要的技術(shù)支撐。水產(chǎn)品加工過程中重金屬污染檢測步驟如表1所示。

在水產(chǎn)品重金屬檢測過程中，常用的前處理方法包括濕法消解和微波消解等，這些方法能夠有效地將水產(chǎn)品中的重金屬轉(zhuǎn)化為可溶性形式，以便后續(xù)的色譜和質(zhì)譜分析。濕法消解通常使用濃硝酸、過氧化氫等強(qiáng)氧化劑，在加熱條件下將樣品中的有機(jī)質(zhì)完全消解，釋放出重金屬離子。微波消解利用微波加熱的快速和均勻特性，提高消解效率和消解的完全性，適用于各種水產(chǎn)品樣品的處理。經(jīng)過前處理后的樣品，進(jìn)入液相色譜系統(tǒng)進(jìn)行分離。根據(jù)重金屬的特性，選擇合適的色譜柱和流動(dòng)相條件，實(shí)現(xiàn)樣品中重金屬離子的有效分離。反相高效液相色譜常用于分離親水性較低的有機(jī)金屬化合物，而離子交換色譜則適用于分離親水性較高的重金屬離子。在色譜分離過程中，通過優(yōu)化流動(dòng)相組成、流速和柱溫等參數(shù)，可以提高重金屬分離的分辨率和靈敏度。分離后的樣品直接進(jìn)入質(zhì)譜檢測系統(tǒng)，質(zhì)譜技術(shù)的高靈敏度和高選擇性使其能夠檢測到水產(chǎn)品中的痕量重金屬。電感耦合等離子體質(zhì)譜和電噴霧電離質(zhì)譜是常用的檢測技術(shù)。ICP-MS具有多元素同時(shí)檢測的能力，適用于食品中檢測鉛、鎘、汞等重金屬的總量[4]。ESI-MS則在檢測有機(jī)金屬化合物和金屬配合物方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。質(zhì)譜檢測過程中，通過調(diào)節(jié)離子源電壓、碰撞能量和掃描模式等參數(shù)，可以進(jìn)一步提高檢測的靈敏度和檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性[5]。

對(duì)于魚類、貝類和甲殼類水產(chǎn)品，采用LC-MS可以同時(shí)檢測多種重金屬污染物。例如，分析魚類中的汞污染時(shí)，通過優(yōu)化色譜條件和質(zhì)譜檢測參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)甲基汞和無機(jī)汞的良好分離和定量檢測。對(duì)于貝類和甲殼類水產(chǎn)品中的鎘和鉛污染檢測，可聯(lián)合采用離子交換色譜和ICP-MS，以獲得高準(zhǔn)確度的檢測結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用中，液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)不僅能夠滿足水產(chǎn)品中重金屬污染的常規(guī)檢測需求，還能為污染源追溯和污染防治提供技術(shù)依據(jù)。通過對(duì)不同水產(chǎn)品中重金屬元素含量的監(jiān)測和分析，可以識(shí)別污染源和污染途徑，從而制訂有效的污染防治措施。液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用，為提高水產(chǎn)品安全監(jiān)管水平，保障消費(fèi)者健康提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

3.2 蔬菜和水果檢測

蔬菜和水果中重金屬污染的檢測對(duì)于保障食品安全和公眾健康至關(guān)重要。LC-MS在蔬菜和水果重金屬檢測中的應(yīng)用，可以有效分離和檢測復(fù)雜基質(zhì)中的重金屬，提供高靈敏度和高準(zhǔn)確度的分析結(jié)果。例如，分析葉菜類蔬菜中的鉛和鎘污染時(shí)，通過液相色譜的有效分離和質(zhì)譜的高靈敏度檢測，可以準(zhǔn)確測定蔬菜中的鉛和鎘含量。對(duì)于水果，如蘋果和葡萄，通過優(yōu)化色譜和質(zhì)譜檢測條件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水果中多種重金屬的同時(shí)檢測。

LC-MS技術(shù)不僅能夠滿足蔬菜和水果中重金屬污染的常規(guī)檢測需求，還能為污染源追溯和污染防治提供科學(xué)依據(jù)。通過對(duì)不同種類蔬菜和水果中重金屬含量的監(jiān)測和分析，可以識(shí)別污染源和污染途徑，提高蔬菜和水果的安全監(jiān)管水平，確保食品安全。

3.3 谷物和豆類檢測

谷物和豆類是人們?nèi)粘ｏ嬍车闹匾M成部分，若其存在重金屬污染問題，則會(huì)直接影響公眾健康。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在谷物和豆類重金屬檢測中的應(yīng)用，為保障食品安全提供了有效手段。例如，檢測小麥、大米和玉米中的重金屬污染時(shí)，通過液相色譜的有效分離和質(zhì)譜的高靈敏度檢測，可以準(zhǔn)確測定這些谷物中的鉛、鎘和汞含量。豆類如大豆和綠豆中的重金屬檢測，也可以通過優(yōu)化色譜和質(zhì)譜檢測條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種重金屬的同時(shí)檢測。

4 結(jié)語

食品加工過程中重金屬污染的檢測對(duì)于保障食品安全和公眾健康具有重要意義。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)憑借其高靈敏度、高選擇性和多元素同時(shí)檢測能力，已成為食品中重金屬檢測的主要方法之一。盡管LC-MS技術(shù)在儀器設(shè)備成本和樣品前處理方面還存在一定的局限性，但其在食品重金屬檢測中的優(yōu)勢依然顯著。隨著科技的進(jìn)步和檢測技術(shù)的發(fā)展，相信LC-MS技術(shù)將在食品安全監(jiān)控中發(fā)揮越來越重要的作用，將進(jìn)一步提高食品質(zhì)量監(jiān)管水平，保障消費(fèi)者的健康與安全。

參考文獻(xiàn)

[1]國陽，張鶴之，印春艷.食品中的有害物質(zhì)檢測：現(xiàn)代液相液質(zhì)和氣相氣質(zhì)分析技術(shù)的應(yīng)用與進(jìn)展[J].現(xiàn)代食品，2023，29（20）：70-72.

[2]葉勇明.探討食品中重金屬污染物和常用的檢驗(yàn)檢測措施[J].低碳世界，2019，9（11）：15-16.

[3]楊友聰，張旺，陸輔勤，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定食品用紙制品中6種重金屬的含量[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報(bào)，2019，10（22）：7616-7621.

[4]勞丹.食品中重金屬污染物的多元分析和定量檢測研究[J].現(xiàn)代食品，2024，30（4）：169-171.

[5]蘇丹.食品重金屬檢測技術(shù)質(zhì)量控制的優(yōu)化路徑[J].中國食品工業(yè)，2023（21）：62-64.