電感耦合等離子體質譜儀在食品領域金屬元素分析的應用

胡杰麗

（五糧液股份有限公司，四川宜賓 644007）

目前市面上流行的金屬元素檢測儀器主要有原子吸收光譜儀（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）、原子熒光光度計（Atomic Fluorescence Spectrometer，AFS）、電感耦合等離子體發射光譜儀[1]（Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy，ICP-OES）和電感耦合等離子質譜儀[2]（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）等。近年來新發展成熟的ICP-MS 技術在金屬檢測領域的優勢也越來越明顯[3]。

1 ICP-MS 的概述以及與其他金屬元素檢測儀器的對比

1.1 ICP-MS 的概述

電感耦合等離子質譜法是20 世紀80年代發展起來的具有高靈敏度和快速檢測能力的多元素分析方法[4]。該技術以獨特的接口技術，將電感耦合等離子體的高溫電離特性與MS 的快速靈敏掃描特點相結合，從而形成了一種新的元素以及同位素分析技術[5]。隨著科學技術的逐步發展，ICP-MS 技術因其分析元素種類廣泛、獲取同位素信息快、檢出限低和線性范圍寬等優點，在各大分析領域具有明顯優勢，尤其是金屬元素分析領域[6]。目前，電感耦合等離子體質譜儀在食品中金屬元素的檢測中得到了廣泛應用，為食品安全帶來了保障，同時也促進了食品行業的穩定發展。在利用電感耦合等離子體質譜儀對食品中的金屬元素進行檢測的過程中，需要對樣品進行研磨、酸浸等處理工藝，進而保障最終的檢測效果。

1.2 常用金屬元素檢測方法

隨著科學技術的進步，金屬元素檢測方法越來越多。目前，多數實驗室常用的金屬元素分析檢測方法主要有原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體發射光譜法和電感耦合等離子體質譜法。其中，電感耦合等離子體質譜法能夠實現對重金屬、微量元素以及元素形態的檢測，更好地為食品檢測機構提供技術上的支持。此外，其也是目前元素同步測定中最為先進的一種技術方法。表1 從檢出限、線性和儀器成本等多方面對4種儀器進行對比[7]。

表1 多種元素分析技術的比較

2 ICP-MS 測定食品領域金屬元素的應用成果

在食品安全問題中，由金屬元素的量變而引發的毒理性問題也不斷增加，各個科研機構和專業技術單位等相關人員也不斷地對食品中有關金屬元素進行研究和分析[8]。歐愛芬等[9]采用電感耦合等離子體質譜法測定畜禽肉中9種重金屬元素含量，結果表明ICP-MS 法的前處理簡單，檢測結果的準確性較好。作為畜禽肉類中多種微量元素同時測定的檢測方法，對保障畜禽肉類質量安全以及達到風險管控具有一定的意義。徐慧靜等[10]通過對電感耦合等離子體質譜儀條件的研究，成功確立了用ICP-MS 測定牛乳及乳粉中鋁和鎳的含量的方法，并用該方法對市面上不同種類的液體、固體乳制品進行檢測分析以及風險評估，從而提供有效的參考數據。李潔傲等[11]在研究中，借助電感耦合等離子體質譜法測定海參中17種金屬元素的含量，通過在海參樣品當中添加硝酸-過氧化氫混合液來進行分析，最終測得的17種元素的質量濃度與分析信號呈現出線性關系，同時得出了檢出限（3s）在0.000 5 ～0.070 0 μg·L-1。測定值的相對標準偏差（n=6）在0.45%～7.4%，借助電感耦合等離子體質譜法更好地實現了對海參品質的檢測，檢測結果能夠更好地評估海參的質量，為海參品質的鑒定帶來幫助。聶西度等[12]在研究中借助電感耦合等離子體質譜法實現了對甜味劑中的重金屬元素的檢測。重點檢測了Cr、Co、Ni、Cu、As、CA、Sn、Sb、Hg 和Pb 等10種重金屬元素的含量，得出了甜味劑中金屬元素的檢出限為0.003 ～0.038 μg·L-1，加標回收率在93.0% ～106.6%，相對標準偏差≤3.4%。通過該方法準確地檢驗出了甜味劑中的重金屬元素，不僅操作簡單，還能夠避免人們在甜味劑的使用中出現重金屬中毒等現象，能夠更好地為甜味劑的生產帶來保障，有效地實現了對甜味劑的質量控制。陳學武等[13]用ICP-MS 對嬰幼兒奶粉中的10種微量金屬元素進行測定，得到檢出限為0.01 ～0.88 mg·kg-1，低、中、高3個加標水平的平均回收率為84.0%～104.6%，相對標準偏差為0.2%～4.8%。

此外，也有學者將電感耦合等離子體質譜法應用到果蔬元素的測定中。其中，FERNANDA 等[14]運用電感耦合等離子體質譜法對蘋果汁和橙汁當中的金屬元素進行了測定，檢出限為0.013 μg·L-1，回收率為88%～109%，很好地測定了果蔬當中的砷金屬元素含量，進而更好地保障了蘋果汁和橙汁的檢測質量。劉慧等[15]借助電感耦合等離子體質譜法對果蔬當中的13種重金屬以及微量元素進行了檢測。結果表明，重金屬檢測中的檢出限為0.5 μg·L-1，微量元素的檢出限為10 μg·L-1，各類元素的加標回收率為79.2%～91.6%，檢測結果較為理想。因此，電感耦合等離子體質譜法在果蔬的金屬元素檢測中具有很高的應用價值。

3 ICP-MS 與其他儀器物理聯用測定金屬元素的應用概述

目前，隨著科學技術的不斷進步，ICP-MS 與其他各種儀器物理聯用技術已經多有報道。CHEN 等[16]通過研究建立了高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜法聯用測定瓶裝飲用水和果汁中的部分元素的方法。VACCHINA[17]則建立了GC-ICP-MS 測定世界范圍內紅酒樣品中的錫和汞及其形態的方法，從而更好地檢測有機錫化合物和甲基汞含量，為葡萄酒風險評估提供更全面的檢測技術。離子色譜因其分離效率高的優點，在與ICP－MS 技術聯用后，多用于研究Pb 以及Cr 的同位素等。鄧小文等[18]運用IC-ICP-MS 測定皮革及皮革制品中Cr（Ⅵ）含量，并對質譜條件及色譜條件進行了優化，結果表明，相關系數大于0.999 且在濃度范圍內具有良好的線性關系，滿足了歐盟新規（EN）No301/2014 對皮革及皮革制品中Cr（Ⅵ）限量要求。

4 結語

電感耦合等離子體質譜儀分析技術具有速度快、操作簡單的特點，適用于大批量痕量分析，已應用于很多領域的定量檢測，但受制于前處理時間長以及樣品均一性等因素影響，增加檢測過程中實驗數據的穩定性以及準確性或許將是未來ICP-MS技術的主要研究方向之一。綜上所述，電感耦合等離子體質譜儀技術與其他儀器多重物理聯用技術將成為未來的發展趨勢，對提高電感耦合等離子體質譜儀定量過程的抗干擾能力以及準確度具有重要的意義。