基于質(zhì)譜技術(shù)的食品中污染物檢測(cè)方法研究

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，食品安全問(wèn)題受到廣泛關(guān)注。食品中的有害污染物會(huì)對(duì)人體健康造成嚴(yán)重威脅，及時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)食品中的污染物至關(guān)重要。本文重點(diǎn)介紹了基于質(zhì)譜的食品污染物檢測(cè)流程，包括樣品采集、樣品處理、質(zhì)譜分析和數(shù)據(jù)處理解析等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，探討了其在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景，旨在為食品安全檢測(cè)提供新思路和新方法。

關(guān)鍵詞：質(zhì)譜技術(shù)；食品安全；污染物檢測(cè)

Research on the Detection Method of Contaminants in Food Based on Mass Spectrometry

HUANG Qixiang， MAI Shanjian

（Guangdong Consumer Testing Technology Co.， Ltd.， Dongguan 523808， China）

Abstract： With the development of social economy and the improvement of people’s living standards， food safety has received extensive attention. Harmful contaminants in food can pose a serious threat to human health， and timely and accurate detection of contaminants in food is crucial. In this paper， we focus on the mass spectrometry-based food contaminant detection process， including sample collection， sample processing， mass spectrometry analysis and data processing and analysis， and discuss its application prospect in the field of food safety testing， aiming to provide new ideas and methods for food safety testing.

Keywords： mass spectrometry; food safety; contaminant detection

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，食品安全問(wèn)題日益受到廣泛關(guān)注。食品中的有害污染物如重金屬、農(nóng)藥殘留、獸藥殘留等，不僅影響食品的品質(zhì)和口感，還會(huì)對(duì)人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1]。為保障食品安全，及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)食品中的污染物至關(guān)重要。質(zhì)譜技術(shù)以其高靈敏度、高選擇性、高準(zhǔn)確度等優(yōu)勢(shì)，在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。將質(zhì)譜技術(shù)與先進(jìn)的樣品前處理方法相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)食品中痕量污染物的定量分析。本文介紹了質(zhì)譜技術(shù)的基本原理與特點(diǎn)，分析了食品污染物檢測(cè)面臨的技術(shù)難題，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)探討了以質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)為核心的食品污染物檢測(cè)基本流程，旨在為食品安全檢測(cè)提供新思路和新方法。

1 質(zhì)譜技術(shù)概述

質(zhì)譜技術(shù)是一種基于分子離子或原子離子的質(zhì)荷比進(jìn)行分離和檢測(cè)的現(xiàn)代分析技術(shù)。它通過(guò)將待測(cè)物質(zhì)電離產(chǎn)生帶電粒子，再根據(jù)其質(zhì)荷比的差異在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)分離，最終由檢測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的質(zhì)譜信號(hào)[2]。質(zhì)譜技術(shù)具有高靈敏度和高選擇性的特點(diǎn)，能夠?qū)?fù)雜基質(zhì)中的目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行定性定量分析，在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。根據(jù)電離方式的不同，質(zhì)譜技術(shù)可分為電子轟擊電離、化學(xué)電離、電噴霧電離、大氣壓化學(xué)電離以及基質(zhì)輔助激光解吸電離等多種類(lèi)型。這些電離技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，可根據(jù)分析物的理化性質(zhì)和實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

近年來(lái)，隨著儀器性能的不斷提升和新型電離技術(shù)的涌現(xiàn)，質(zhì)譜技術(shù)迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。高分辨質(zhì)譜如飛行時(shí)間質(zhì)譜（Time-of-Flight Mass Spectrometry，TOF-MS）、傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜（Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry，F(xiàn)T-ICR-MS）和靜電場(chǎng)軌道阱質(zhì)譜（Orbitrap-MS）等，憑借其超高的質(zhì)量分辨率和質(zhì)量測(cè)量精度，使得同位素分布解析、基于精確質(zhì)量的化合物鑒定以及非目標(biāo)篩查分析成為可能[3]。此外，代謝組學(xué)、蛋白組學(xué)等新興學(xué)科的發(fā)展也為質(zhì)譜技術(shù)注入了新的活力，推動(dòng)了其在生物樣品分析中的應(yīng)用。

2 食品中污染物檢測(cè)難點(diǎn)

食品基質(zhì)的復(fù)雜性和多樣性是食品污染物檢測(cè)面臨的主要難題之一。食品基質(zhì)中含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪、糖類(lèi)和維生素等營(yíng)養(yǎng)成分，以及色素、香料等添加劑，這些組分不僅會(huì)對(duì)目標(biāo)污染物產(chǎn)生干擾，影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性和靈敏度，還可能導(dǎo)致基質(zhì)效應(yīng)，引起信號(hào)抑制或增強(qiáng)等問(wèn)題[4]。此外，食品加工過(guò)程中可能引入各種外源性污染物，如塑化劑、油墨、重金屬等，進(jìn)一步增加了基質(zhì)的復(fù)雜程度。食品污染物種類(lèi)繁多，包括重金屬、農(nóng)藥殘留、獸藥殘留、霉菌毒素和持久性有機(jī)污染物等，不同類(lèi)型污染物的理化性質(zhì)差異很大，給檢測(cè)方法的建立帶來(lái)了挑戰(zhàn)。部分污染物在食品中的殘留水平極低，如何實(shí)現(xiàn)痕量污染物的高靈敏檢測(cè)也是一大難題。

質(zhì)譜技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在食品污染物檢測(cè)中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。質(zhì)譜技術(shù)的高靈敏度使其能夠檢測(cè)到食品中痕量水平的污染物，滿足日益嚴(yán)格的食品安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)要求。高選擇性是質(zhì)譜技術(shù)的另一顯著優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)特征離子的選擇性檢測(cè)，可以有效區(qū)分目標(biāo)污染物和基質(zhì)干擾，提高檢測(cè)的特異性[5]。質(zhì)譜技術(shù)提供的豐富結(jié)構(gòu)信息有助于污染物的定性鑒定，尤其是高分辨質(zhì)譜和串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用，極大地提高了定性分析的可靠性。

3 基于質(zhì)譜技術(shù)的食品中污染物檢測(cè)方法流程

3.1 樣品采集

樣品采集是食品污染物檢測(cè)的首要環(huán)節(jié)，其目的是獲取具有代表性的樣品，為后續(xù)的分析測(cè)試做好準(zhǔn)備。針對(duì)不同類(lèi)型的食品基質(zhì)，應(yīng)采用相應(yīng)的采樣策略和技術(shù)。對(duì)于固體食品樣品，如谷物、水果、蔬菜等，可采用鉆孔取樣、切割取樣、四分法等方式，根據(jù)樣品的性質(zhì)和污染物分布的均勻性，選擇合適的采樣點(diǎn)和采樣量，確保樣品的代表性[6]。對(duì)于液體食品樣品，如牛奶、飲料、油脂等，可采用混合采樣、分層采樣、連續(xù)采樣等方法，充分混勻后再進(jìn)行取樣，避免樣品的不均一性對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響。在采樣過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循無(wú)菌操作規(guī)程，防止樣品受到二次污染。采樣器具應(yīng)選用惰性材料制成，如不銹鋼、玻璃等，避免其與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或吸附作用。采樣環(huán)境應(yīng)保持清潔，避免外源性污染物的引入。采集的樣品應(yīng)及時(shí)密封包裝，標(biāo)記清楚樣品的編號(hào)、來(lái)源、采集時(shí)間等必要信息，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

3.2 樣品處理

樣品處理是食品污染物檢測(cè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其目的是從復(fù)雜的食品基質(zhì)中提取和富集目標(biāo)污染物，去除干擾成分，為后續(xù)的質(zhì)譜分析做好準(zhǔn)備。樣品處理方法的選擇取決于食品基質(zhì)的性質(zhì)和目標(biāo)污染物的理化特性，通常包括萃取、凈化、濃縮等步驟。對(duì)于固體食品樣品，如肉類(lèi)、魚(yú)類(lèi)、蔬菜等，常采用均質(zhì)、破碎等預(yù)處理方式，使樣品形成均一的粉末或漿液，有利于后續(xù)的萃取操作。萃取是樣品處理的核心步驟，其原理是利用目標(biāo)污染物與萃取劑之間的親和力差異，將目標(biāo)物質(zhì)從食品基質(zhì)中轉(zhuǎn)移到萃取劑中。常用的萃取技術(shù)包括液液萃取、固相萃取、固相微萃取和加速溶劑萃取等。以農(nóng)藥殘留檢測(cè)為例，可采用乙酸乙酯作為萃取劑，通過(guò)液液萃取的方式將農(nóng)藥殘留從蔬菜、水果等樣品中提取出來(lái)。萃取得到的溶液通常還含有大量的基質(zhì)共萃取物，需要進(jìn)一步凈化和純化。常用的凈化技術(shù)包括固相萃取、凝膠滲透色譜、液液分配等。例如，在霉菌毒素的檢測(cè)中，可采用免疫親和柱凈化技術(shù)，利用抗原抗體的特異性結(jié)合，去除大部分的基質(zhì)干擾。凈化后的樣品溶液通常需要濃縮，以提高目標(biāo)污染物的濃度，滿足質(zhì)譜檢測(cè)的靈敏度要求。常用的濃縮方法包括氮吹濃縮、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮等。濃縮過(guò)程中應(yīng)注意控制溫度和壓力，避免目標(biāo)物質(zhì)的損失或降解。

3.3 質(zhì)譜分析

在樣品處理的基礎(chǔ)上，質(zhì)譜分析是食品污染物檢測(cè)方法中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。經(jīng)過(guò)樣品處理，目標(biāo)污染物被有效地提取和富集，干擾成分被最大限度地去除，為質(zhì)譜分析創(chuàng)造了良好的條件。質(zhì)譜分析的原理是基于待測(cè)物質(zhì)在電離源中電離產(chǎn)生帶電粒子，再根據(jù)其質(zhì)荷比的差異在質(zhì)量分析器中實(shí)現(xiàn)分離，最終由檢測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的質(zhì)譜信號(hào)。質(zhì)譜分析的優(yōu)勢(shì)在于其高靈敏度、高選擇性和高準(zhǔn)確度，能夠?qū)?fù)雜食品基質(zhì)中的目標(biāo)污染物進(jìn)行定性定量分析。

在質(zhì)譜分析中，電離源的選擇至關(guān)重要，不同類(lèi)型的電離源適用于不同性質(zhì)的污染物。例如，對(duì)于極性較大的農(nóng)藥殘留物，如除草劑草甘膦，常采用電噴霧電離（Electrospray Ionization，ESI）進(jìn)行分析。ESI屬于軟電離技術(shù)，能夠有效保留分子離子信息，提高檢測(cè)的靈敏度和選擇性。而對(duì)于極性較小的污染物，如多環(huán)芳烴類(lèi)化合物，則常采用大氣壓化學(xué)電離（Atmospheric Pressure Chemical Ionization，APCI）或者電子轟擊電離（Electron ionization，EI）等方式，獲得豐富的特征性碎片離子，有利于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)解析和定性鑒定。

質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀的核心組件，其性能直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。針對(duì)不同類(lèi)型的食品污染物，應(yīng)選擇合適的質(zhì)量分析器。例如，在重金屬元素分析中，電感耦合等離子體質(zhì)譜（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）憑借其高靈敏度和寬線性動(dòng)態(tài)范圍的特點(diǎn)，成為首選的分析技術(shù)。ICP-MS能夠同時(shí)測(cè)定多種重金屬元素，快速篩查食品中的潛在危害物質(zhì)；對(duì)于痕量級(jí)別的污染物，如某些獸藥殘留，可采用三重四極桿質(zhì)譜（QqQ）進(jìn)行分析，通過(guò)選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)（Selected Reaction Monitoring，SRM）模式，對(duì)特征性母離子和子離子進(jìn)行選擇性檢測(cè)，可大大提高檢測(cè)的靈敏度和特異性，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物質(zhì)的精確定量。

3.4 數(shù)據(jù)處理解析

在完成質(zhì)譜分析后，數(shù)據(jù)處理和解析是食品污染物檢測(cè)中不可或缺的環(huán)節(jié)。質(zhì)譜分析產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)通常包含大量的質(zhì)譜信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)一系列的數(shù)據(jù)處理步驟，才能轉(zhuǎn)化為有意義的定性定量結(jié)果。對(duì)質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行背景扣除和基線校正，可以去除儀器噪音和基質(zhì)干擾的影響，提高信號(hào)的信噪比。通過(guò)質(zhì)量校正和同位素分布模式識(shí)別，可以確定目標(biāo)化合物的分子離子或特征性碎片離子，為后續(xù)的定性分析奠定基礎(chǔ)。

在定性分析中，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)譜圖或質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)的比對(duì)，同時(shí)結(jié)合保留時(shí)間、同位素豐度比等信息，可以對(duì)目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定。對(duì)于未知化合物的鑒定，則需要借助高分辨質(zhì)譜技術(shù)，如四極桿-飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜或傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜等，通過(guò)精確的質(zhì)量測(cè)量和元素組成分析，推斷出化合物的分子式和可能的結(jié)構(gòu)。

在定量分析中，需要建立合適的定量方法，選擇合適的定量離子，優(yōu)化質(zhì)譜參數(shù)，確保檢測(cè)的選擇性和靈敏度。例如，通過(guò)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，考察方法的線性關(guān)系、精密度和準(zhǔn)確度，并評(píng)估基質(zhì)效應(yīng)對(duì)定量結(jié)果的影響，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的準(zhǔn)確檢測(cè)。針對(duì)復(fù)雜基質(zhì)樣品，可采用基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線、同位素內(nèi)標(biāo)法等策略，有效減少基質(zhì)干擾，提高定量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是數(shù)據(jù)處理和解析中不可忽視的環(huán)節(jié)。通過(guò)分析空白樣品、基質(zhì)加標(biāo)樣品、質(zhì)控樣品等，評(píng)估分析過(guò)程中是否存在污染、干擾或系統(tǒng)誤差。定期進(jìn)行儀器性能檢查和校準(zhǔn)，確保質(zhì)譜系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在數(shù)據(jù)解析過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和指南，如食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，ISO）標(biāo)準(zhǔn)等，規(guī)范數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量控制流程，確保結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。

4 結(jié)語(yǔ)

質(zhì)譜技術(shù)憑借其高靈敏度、高選擇性和高準(zhǔn)確度，在食品污染物檢測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。本文綜述了質(zhì)譜技術(shù)的基本原理，分析了食品污染物檢測(cè)面臨的技術(shù)難題，并詳細(xì)探討了基于質(zhì)譜的食品污染物檢測(cè)流程，包括樣品采集、樣品處理、質(zhì)譜分析和數(shù)據(jù)處理解析等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。未來(lái)，隨著質(zhì)譜儀性能的不斷提升和新型電離技術(shù)的涌現(xiàn)，再加上人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的結(jié)合使用，質(zhì)譜技術(shù)在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。建立標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)方法、完善質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)、開(kāi)發(fā)智能化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等，將是推動(dòng)質(zhì)譜技術(shù)在食品污染物檢測(cè)中深入應(yīng)用的重要方向，將為保障食品安全提供更加可靠的技術(shù)支撐。

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