基于質(zhì)譜分析的食品污染物檢測方法研究

摘 要：食品污染物的檢測對于保障食品安全至關(guān)重要。質(zhì)譜分析技術(shù)憑借其高靈敏度、高選擇性和強大的定性定量能力，在食品污染物檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。本文探討基于質(zhì)譜分析的食品污染物檢測方法及其優(yōu)勢和未來發(fā)展方向，為提升食品污染物檢測水平，保障食品安全提供有力的技術(shù)支持和理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：質(zhì)譜分析；食品污染物；檢測方法；食品安全

Study on Food Pollutant Detection Method Based on Mass Spectrometry Analysis

ZHANG Pengfei， ZHAO Zengcai， FU Jianrui， CUI Yanfang

（Weifang HR-HC Testing Technology Co.， Ltd.， Weifang 261000， China）

Abstract： The detection of food contaminants is very important to ensure food safety. With its high sensitivity， high selectivity and strong qualitative and quantitative ability， mass spectrometry has shown significant advantages in the field of food contaminant detection. This paper discusses the detection methods of food pollutants based on mass spectrometry and their advantages and future development direction， aiming to provide strong technical support and theoretical basis for improving the level of food contaminant detection and ensuring food safety.

Keywords： mass spectrometry analysis; food contaminants; detection method; food safety

食品安全是關(guān)系到公眾健康和社會穩(wěn)定的重要問題，食品污染物的存在嚴(yán)重威脅著人們的健康。例如，重金屬、農(nóng)藥殘留、獸藥殘留、生物毒素和食品添加劑濫用等均可能導(dǎo)致人體中毒、過敏等多種健康問題。因此，準(zhǔn)確、快速、高效地檢測食品中的污染物具有重要的現(xiàn)實意義。質(zhì)譜分析技術(shù)作為一種先進的分析手段，能對食品中的痕量污染物進行精確的檢測和分析，為食品安全監(jiān)管提供關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

1 質(zhì)譜分析技術(shù)的原理

質(zhì)譜分析技術(shù)的核心是使樣品分子離子化，然后通過質(zhì)量分析器按質(zhì)荷比對離子進行分離和檢測。樣品在離子源中被轉(zhuǎn)化為氣態(tài)離子。離子源的種類多樣，如電子轟擊離子源，使用高能電子束撞擊樣品分子，使其失去電子形成正離子；化學(xué)離子源則是通過試劑離子與樣品分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以實現(xiàn)離子化。離子化后的樣品離子進入質(zhì)量分析器，在電場和磁場的作用下，離子因質(zhì)荷比不同而具有不同的運動軌跡，質(zhì)量小的離子偏轉(zhuǎn)程度大，質(zhì)量大的離子偏轉(zhuǎn)程度小，從而實現(xiàn)分離。最后，分離后的離子到達檢測器，產(chǎn)生電信號，經(jīng)放大和數(shù)據(jù)處理，得到以質(zhì)荷比為橫坐標(biāo)、離子豐度為縱坐標(biāo)的質(zhì)譜圖。通過對質(zhì)譜圖的解析，可獲取樣品分子的相對分子質(zhì)量、結(jié)構(gòu)信息等。質(zhì)譜分析技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物、環(huán)境監(jiān)測等眾多領(lǐng)域[1]。

2 基于質(zhì)譜分析的食品污染物檢測方法

2.1 電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)

電感耦合等離子體質(zhì)譜（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）技術(shù)是檢測食品中重金屬污染物的常用方法。其利用電感耦合等離子體將樣品中的金屬元素離子化，然后通過質(zhì)譜儀進行檢測。ICP-MS技術(shù)具有極高的靈敏度和極低的檢測限，能夠檢測出食品中痕量的重金屬元素，如鉛、鎘、汞和砷等。同時，ICP-MS技術(shù)可以同時測定多種金屬元素，并且準(zhǔn)確測定元素的同位素組成，為研究重金屬在食品中的來源和遷移轉(zhuǎn)化提供有力的手段。例如，在檢測食品中的鉛含量時，將食品樣品進行消解處理，使鉛元素轉(zhuǎn)化為離子狀態(tài)。再將消解后的樣品溶液引入ICP-MS儀器中，鉛離子在等離子體中被離子化，并在質(zhì)譜儀中按照質(zhì)荷比進行分離和檢測。與標(biāo)準(zhǔn)鉛溶液的質(zhì)譜圖進行比對和標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立，可準(zhǔn)確測定食品中鉛的含量[2]。

2.2 飛行時間二次離子質(zhì)譜技術(shù)

飛行時間二次離子質(zhì)譜（Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry，TOF-SIMS）技術(shù)是一種表面分析技術(shù)，對食品表面的重金屬污染物進行檢測。該技術(shù)通過用高能離子束轟擊食品樣品表面，使表面的原子或分子離子化并濺射出來，然后利用飛行時間質(zhì)譜儀對濺射出來的離子進行檢測。TOF-SIMS技術(shù)具有高空間分辨率和高靈敏度的特點，可對食品表面的微觀細節(jié)進行分析，了解重金屬在食品表面的分布情況[3]。在檢測水果表面的重金屬污染時，TOF-SIMS技術(shù)可以準(zhǔn)確檢測出水果表皮上重金屬元素的種類和含量，并且能夠分析重金屬在表皮不同部位的分布差異，為研究水果的污染途徑和控制措施提供重要信息。

2.3 質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

2.3.1 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是檢測食品中農(nóng)藥殘留的經(jīng)典方法之一，其結(jié)合了氣相色譜的高效分離能力和質(zhì)譜的高靈敏度、高選擇性檢測能力。在檢測食品中的有機氯農(nóng)藥殘留時，將食品樣品用有機溶劑提取，再經(jīng)過凈化處理后，將提取液注入氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀器中。有機氯農(nóng)藥在氣相色譜柱中按照沸點和極性的不同進行分離，分離后的農(nóng)藥組分依次進入質(zhì)譜儀進行離子化和檢測。選擇離子監(jiān)測模式，可提高檢測的靈敏度和選擇性，準(zhǔn)確測定食品中有機氯農(nóng)藥的殘留量[4]。對于一些揮發(fā)性較好的獸藥，如某些有機磷類獸藥，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)也可用于其殘留檢測。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可進一步提高檢測的靈敏度和選擇性，有效排除基質(zhì)干擾，準(zhǔn)確測定食品中的獸藥殘留量。

2.3.2 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)適用于檢測揮發(fā)性差、熱不穩(wěn)定的農(nóng)藥殘留。其利用液相色譜對樣品進行分離，然后通過質(zhì)譜儀進行檢測。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)具有分析速度快、靈敏度高、選擇性好等優(yōu)點，能檢測出食品中多種新型農(nóng)藥和極性農(nóng)藥的殘留。在檢測食品中的氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留時，由于這類農(nóng)藥熱穩(wěn)定性較差，不適合用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)進行檢測，而液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用則可對其進行分析[5]。

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是檢測食品中獸藥殘留的重要方法，在液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的基礎(chǔ)上，增加一級質(zhì)譜與二級質(zhì)譜之間的碰撞誘導(dǎo)解離過程，能獲得更多的化合物結(jié)構(gòu)信息，進一步提高檢測的準(zhǔn)確性和選擇性。在檢測食品中的抗生素殘留時，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可對多種抗生素進行同時檢測，如四環(huán)素類、磺胺類、喹諾酮類等。選擇合適的離子源和檢測模式，能準(zhǔn)確測定食品中抗生素的殘留量，并且可以區(qū)分不同抗生素的異構(gòu)體和代謝產(chǎn)物。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在生物毒素檢測中應(yīng)用廣泛，能檢測多種類型的生物毒素，如霉菌毒素、藻類毒素等。

2.4 基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜技術(shù)

基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜技術(shù)是一種快速、高通量的生物毒素檢測技術(shù)。其利用基質(zhì)輔助激光解吸電離技術(shù)將生物毒素離子化，然后結(jié)合飛行時間質(zhì)譜儀進行檢測?；|(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜技術(shù)具有分析速度快、靈敏度高、樣品前處理簡單等優(yōu)點，同時可檢測多種生物毒素。在檢測食品中的藻類毒素時，基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜技術(shù)可快速對藻類毒素進行定性和定量分析，為食品安全監(jiān)測提供一種高效的檢測方法。

3 基于質(zhì)譜分析的食品污染物檢測方法的優(yōu)勢

3.1 高準(zhǔn)確性和可靠性

基于質(zhì)譜分析的食品污染物檢測方法，具有無可比擬的高準(zhǔn)確性和可靠性。在檢測過程中，質(zhì)譜儀通過將樣品離子化，根據(jù)離子的質(zhì)荷比進行分離和檢測。憑借這一原理，能精準(zhǔn)確定食品污染物的種類和含量。在定性方面，其獨特的離子碎片特征如同污染物的“指紋”，能夠準(zhǔn)確鑒別不同的污染物，避免誤判。定量時，質(zhì)譜分析的線性范圍寬，能夠精確測量痕量到常量水平的污染物，靈敏度極高，檢測限可低至微克甚至納克級別。這種高準(zhǔn)確性和可靠性，使檢測結(jié)果更加穩(wěn)定且可信。無論是監(jiān)管部門把控食品安全標(biāo)準(zhǔn)，還是食品企業(yè)自查自糾，通過質(zhì)譜分析均可提供堅實的數(shù)據(jù)支撐，有效保障食品安全。

3.2 檢測范圍廣

基于質(zhì)譜分析的食品污染物檢測方法，擁有極為廣泛的檢測范圍。從污染物種類來看，它不僅能檢測常見的農(nóng)藥殘留，如有機磷、有機氯等各類農(nóng)藥，還能精準(zhǔn)檢測獸藥殘留，如抗生素、激素等。同時可以檢測重金屬污染物，如鉛、汞、鎘等，以及食品加工過程中產(chǎn)生的有害物，如多環(huán)芳烴、亞硝胺等。在食品類型上，無論是各類農(nóng)產(chǎn)品、肉制品、乳制品，還是水產(chǎn)品、加工食品等，都能運用該方法進行污染物檢測。在食品安全監(jiān)測領(lǐng)域，質(zhì)譜分析可以全方位覆蓋各類食品及其中可能存在的污染物，為保障食品安全提供全面的檢測支持，有效彌補了其他檢測方法在檢測范圍上的局限性。

3.3 快速高效

基于質(zhì)譜分析的食品污染物檢測方法，在檢測效率方面表現(xiàn)卓越。傳統(tǒng)檢測方法往往需要煩瑣的樣品前處理步驟，而質(zhì)譜分析能大幅簡化這一過程。在樣本處理階段，通過快速萃取、凈化將目標(biāo)污染物從復(fù)雜食品基質(zhì)中分離，為后續(xù)檢測節(jié)省了大量時間。在檢測環(huán)節(jié)，高分辨率質(zhì)譜儀可在極短時間內(nèi)完成對多種污染物的掃描分析，借助強大的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一次進樣就能同時獲取多種污染物的信息，避免了多次檢測的煩瑣操作過程。在數(shù)據(jù)處理方面，專業(yè)軟件能快速對采集到的數(shù)據(jù)進行解析、比對和定量分析，進而得出準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。

4 基于質(zhì)譜分析的食品污染物檢測方法的未來發(fā)展方向

4.1 開發(fā)高效的樣品前處理技術(shù)

為簡化樣品前處理過程，提高檢測效率和準(zhǔn)確性，需要開發(fā)更加高效、簡便、快速的樣品前處理技術(shù)。采用固相微萃取、分散固相萃取、免疫親和固相萃取等新型萃取技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對食品樣品中污染物的快速提取和凈化。同時，結(jié)合微流控芯片技術(shù)，將樣品前處理過程集成在芯片上，可實現(xiàn)樣品前處理的自動化和微型化。

4.2 研發(fā)新型質(zhì)譜儀器和技術(shù)

隨著科技的不斷發(fā)展，需研發(fā)更加先進的質(zhì)譜儀器和技術(shù)，以提高食品污染物檢測的靈敏度、選擇性和分析速度。例如，開發(fā)高分辨率質(zhì)譜儀，能夠提供更準(zhǔn)確的分子量和結(jié)構(gòu)信息，進一步提高檢測的準(zhǔn)確性。同時，探索新的離子化技術(shù)和檢測模式，如實時直接分析質(zhì)譜、紙噴霧質(zhì)譜等，能夠?qū)崿F(xiàn)對食品樣品的快速、原位檢測。

4.3 發(fā)展智能化的數(shù)據(jù)處理和分析方法

①結(jié)合人工智能、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，發(fā)展智能化的數(shù)據(jù)處理和分析方法。②建立數(shù)學(xué)模型，對質(zhì)譜數(shù)據(jù)進行自動分析和解讀，提高數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和效率。③利用深度學(xué)習(xí)算法對大量的質(zhì)譜數(shù)據(jù)進行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，建立自動識別食品污染物的智能模型，實現(xiàn)對食品污染物的快速定性和定量分析。

4.4 建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

加強基于質(zhì)譜分析的食品污染物檢測方法的標(biāo)準(zhǔn)化研究，建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，包括制訂統(tǒng)一的樣品前處理方法、儀器操作條件、數(shù)據(jù)采集和處理方法等，提高檢測結(jié)果的可比性和重復(fù)性。同時，建立權(quán)威的食品污染物質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫，為食品污染物檢測提供可靠的參考依據(jù)。

5 結(jié)語

基于質(zhì)譜分析的食品污染物檢測方法具有高靈敏度、高選擇性、強大的定性定量能力和多組分同時檢測等優(yōu)勢，在食品污染物檢測中發(fā)揮著重要作用。未來，隨著科技的不斷進步，通過開發(fā)高效的樣品前處理技術(shù)、研發(fā)新型質(zhì)譜儀器和技術(shù)、發(fā)展智能化的數(shù)據(jù)處理和分析方法、建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及拓展應(yīng)用領(lǐng)域等措施，基于質(zhì)譜分析的食品污染物檢測方法將不斷完善和發(fā)展，為保障食品安全提供更加有力的技術(shù)支撐。

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作者簡介：張鵬飛（1986—），女，山東濰坊人，本科，工程師。研究方向：檢驗檢測。