电感耦合等离子体质谱仪在食品领域金属元素分析的应用

胡杰丽

（五粮液股份有限公司，四川宜宾 644007）

目前市面上流行的金属元素检测仪器主要有原子吸收光谱仪（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）、原子荧光光度计（Atomic Fluorescence Spectrometer，AFS）、电感耦合等离子体发射光谱仪[1]（Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy，ICP-OES）和电感耦合等离子质谱仪[2]（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）等。近年来新发展成熟的ICP-MS 技术在金属检测领域的优势也越来越明显[3]。

1 ICP-MS 的概述以及与其他金属元素检测仪器的对比

1.1 ICP-MS 的概述

电感耦合等离子质谱法是20 世纪80年代发展起来的具有高灵敏度和快速检测能力的多元素分析方法[4]。该技术以独特的接口技术，将电感耦合等离子体的高温电离特性与MS 的快速灵敏扫描特点相结合，从而形成了一种新的元素以及同位素分析技术[5]。随着科学技术的逐步发展，ICP-MS 技术因其分析元素种类广泛、获取同位素信息快、检出限低和线性范围宽等优点，在各大分析领域具有明显优势，尤其是金属元素分析领域[6]。目前，电感耦合等离子体质谱仪在食品中金属元素的检测中得到了广泛应用，为食品安全带来了保障，同时也促进了食品行业的稳定发展。在利用电感耦合等离子体质谱仪对食品中的金属元素进行检测的过程中，需要对样品进行研磨、酸浸等处理工艺，进而保障最终的检测效果。

1.2 常用金属元素检测方法

随着科学技术的进步，金属元素检测方法越来越多。目前，多数实验室常用的金属元素分析检测方法主要有原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法。其中，电感耦合等离子体质谱法能够实现对重金属、微量元素以及元素形态的检测，更好地为食品检测机构提供技术上的支持。此外，其也是目前元素同步测定中最为先进的一种技术方法。表1 从检出限、线性和仪器成本等多方面对4种仪器进行对比[7]。

表1 多种元素分析技术的比较

2 ICP-MS 测定食品领域金属元素的应用成果

在食品安全问题中，由金属元素的量变而引发的毒理性问题也不断增加，各个科研机构和专业技术单位等相关人员也不断地对食品中有关金属元素进行研究和分析[8]。欧爱芬等[9]采用电感耦合等离子体质谱法测定畜禽肉中9种重金属元素含量，结果表明ICP-MS 法的前处理简单，检测结果的准确性较好。作为畜禽肉类中多种微量元素同时测定的检测方法，对保障畜禽肉类质量安全以及达到风险管控具有一定的意义。徐慧静等[10]通过对电感耦合等离子体质谱仪条件的研究，成功确立了用ICP-MS 测定牛乳及乳粉中铝和镍的含量的方法，并用该方法对市面上不同种类的液体、固体乳制品进行检测分析以及风险评估，从而提供有效的参考数据。李洁傲等[11]在研究中，借助电感耦合等离子体质谱法测定海参中17种金属元素的含量，通过在海参样品当中添加硝酸-过氧化氢混合液来进行分析，最终测得的17种元素的质量浓度与分析信号呈现出线性关系，同时得出了检出限（3s）在0.000 5 ～0.070 0 μg·L-1。测定值的相对标准偏差（n=6）在0.45%～7.4%，借助电感耦合等离子体质谱法更好地实现了对海参品质的检测，检测结果能够更好地评估海参的质量，为海参品质的鉴定带来帮助。聂西度等[12]在研究中借助电感耦合等离子体质谱法实现了对甜味剂中的重金属元素的检测。重点检测了Cr、Co、Ni、Cu、As、CA、Sn、Sb、Hg 和Pb 等10种重金属元素的含量，得出了甜味剂中金属元素的检出限为0.003 ～0.038 μg·L-1，加标回收率在93.0% ～106.6%，相对标准偏差≤3.4%。通过该方法准确地检验出了甜味剂中的重金属元素，不仅操作简单，还能够避免人们在甜味剂的使用中出现重金属中毒等现象，能够更好地为甜味剂的生产带来保障，有效地实现了对甜味剂的质量控制。陈学武等[13]用ICP-MS 对婴幼儿奶粉中的10种微量金属元素进行测定，得到检出限为0.01 ～0.88 mg·kg-1，低、中、高3个加标水平的平均回收率为84.0%～104.6%，相对标准偏差为0.2%～4.8%。

此外，也有学者将电感耦合等离子体质谱法应用到果蔬元素的测定中。其中，FERNANDA 等[14]运用电感耦合等离子体质谱法对苹果汁和橙汁当中的金属元素进行了测定，检出限为0.013 μg·L-1，回收率为88%～109%，很好地测定了果蔬当中的砷金属元素含量，进而更好地保障了苹果汁和橙汁的检测质量。刘慧等[15]借助电感耦合等离子体质谱法对果蔬当中的13种重金属以及微量元素进行了检测。结果表明，重金属检测中的检出限为0.5 μg·L-1，微量元素的检出限为10 μg·L-1，各类元素的加标回收率为79.2%～91.6%，检测结果较为理想。因此，电感耦合等离子体质谱法在果蔬的金属元素检测中具有很高的应用价值。

3 ICP-MS 与其他仪器物理联用测定金属元素的应用概述

目前，随着科学技术的不断进步，ICP-MS 与其他各种仪器物理联用技术已经多有报道。CHEN 等[16]通过研究建立了高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法联用测定瓶装饮用水和果汁中的部分元素的方法。VACCHINA[17]则建立了GC-ICP-MS 测定世界范围内红酒样品中的锡和汞及其形态的方法，从而更好地检测有机锡化合物和甲基汞含量，为葡萄酒风险评估提供更全面的检测技术。离子色谱因其分离效率高的优点，在与ICP－MS 技术联用后，多用于研究Pb 以及Cr 的同位素等。邓小文等[18]运用IC-ICP-MS 测定皮革及皮革制品中Cr（Ⅵ）含量，并对质谱条件及色谱条件进行了优化，结果表明，相关系数大于0.999 且在浓度范围内具有良好的线性关系，满足了欧盟新规（EN）No301/2014 对皮革及皮革制品中Cr（Ⅵ）限量要求。

4 结语

电感耦合等离子体质谱仪分析技术具有速度快、操作简单的特点，适用于大批量痕量分析，已应用于很多领域的定量检测，但受制于前处理时间长以及样品均一性等因素影响，增加检测过程中实验数据的稳定性以及准确性或许将是未来ICP-MS技术的主要研究方向之一。综上所述，电感耦合等离子体质谱仪技术与其他仪器多重物理联用技术将成为未来的发展趋势，对提高电感耦合等离子体质谱仪定量过程的抗干扰能力以及准确度具有重要的意义。