电感耦合等离子体质谱法在食品中多元素分析的发展与应用

　　王凤芹

　　（济南市食品药品检验检测中心，山东济南 250102）

　　摘 要：为保证国民食品安全及健康，食品检测技术的应用至关重要。其中电感耦合等离子体质谱法被用于食品中多种元素的分析。本文针对电感耦合等离子体质谱法在食品中硒元素、铝元素、钼元素、碘元素、铅元素测定的应用进展进行论述，分析其应用范围及优缺点，以供参考。

　　关键词：电感耦合等离子体质谱法；食品中多元素；应用措施

　　近年来，食品安全问题受到社会的广泛关注与重视。食品中多元素分析是化学分析中的关键组成部分，食品中多元素检测方法主要有原子吸附法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）、原子荧光光谱法（Atomic Fluorescence Spectroscopy，AFS）、发射光谱法（Atomic Emission Spectrometry，AES）检测，相关方法虽然具有一定的检测优势，但部分检测方法相对复杂，前期需要对样本进行预处理，且无法对“多组分”“多元素”同时测定，存在耗时长、检测限或灵敏度不符合检测标准等问题。电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma MassSpectrometry，ICP-MS）能够在一定程度上克服传统检测方式缺点，是目前相对完善的食品元素和同位素分析技术。

　　1 电感耦合等离子体质谱检测法概述

　　痕量元素分析已成为国家生产、卫生法规的重要规定。食品药品检测工作中，针对毒性较大的重金属元素、有益微量元素分析已成为食品药品检测的重要工作。传统检测方式虽然可对食品中的元素含量进行测定，但因元素种类繁多，同时部分检测方式具有一定的局限性，无法对食品中多元素进行同时测定。ICP-MS 作为新型无机元素分析测试技术，通过独立接口技术将ICP 高温电离特性与四极杆质谱计灵敏、快速扫描的优点相结合，可以快速、高效且同时测定出食品中元素含量，目前已广泛应用于食品中多元素的检测中。从现有无机质谱仪种类来看，主要有四极杆质谱、高分辨双聚焦磁质谱、多接收高分辨质谱。ICP-MS 多用于实验室内配备与使用，在准确度、精密度上具有其他检测技术无法比拟的优势。

　　2　电感耦合等离子体离子的应用流程

　　2.1　样品引入系统

　　电感耦合等离子体质谱检测样品引入阶段中，主要根据测试样品的状态对其进行分别处理，按照样品状态的不同，可将样品划分为“液体”“气体”“固体”，通过采样液体的方式进样处理。样品引入系统主要以“样品导入”“雾化”两个阶段组成，样品导入主要以蠕动泵、自提升雾化器为主。

　　2.2　电感耦合等离子体离子源

　　电感耦合等离子体“点燃”要求具备持续稳定的“高纯氩气流（纯度应不小于99.99%）”“炬管”“感应圈”“高频发生器”“冷却系统”等条件。在高温条件下样品气溶胶被引入等离子体离子源，经过蒸发、解离、原子化、电离等过程，最终转化成带正电荷的离子。值得注意的是，测定条件中的射频功率、气体流量、炬管位置、蠕动泵流速等工作参数可根据现场试品情况进行动态化调整，以确保灵敏度最佳，干扰最小。

　　2.3　接口系统

　　接口系统主要职能是将等离子体中的样品离子传输到质谱仪。目前，接口系统的关键部件为采样锥、截取锥。

　　2.4　离子透镜系统

　　离子透镜系统位于截取锥后面高真空区，主要职能是将来自截取锥的离子聚焦到质量过滤器，并阻止中性原子进入和减少来自ICP 的光子通过量。在具体测试阶段，应确保离子透镜的参数设置合理。

　　2.5　四极杆质量分析器

　　质量分析器多为四极杆质量分析器，介于四根电极之间的空间产生随时间变化的特殊电场，给定m/z 的离子才能获得稳定的路径而通过极棒，从另一端射出。测定中，应科学调整四极杆质量分析器参数，优化质谱分辨率和响应并校准质量轴。质量分析器多采用双通道模式的电子倍增器，四极杆系统将离子按质荷比分离后引入检测器，检测器将离子转换成电子脉冲，由积分线路计数。

　　3 电感耦合等离子体质谱法在食品中多元素分析的应用

　　3.1 硒元素测定

　　硒元素作为人体内的重要组成元素，目前世界卫生组织已将其定义为人体体内必需的微量营养元素之一。相关研究表明，人体内长期缺乏硒元素会导致克山病、大骨节病等疾病，而过量摄入硒元素会导致人体出现硒中毒。根据我国食品安全标准对食品硒元素含量的阈值界定来看，我国将食品硒元素含量规定在50 ～ 250 μg·d-1，因此对食品中的硒元素进行检测较为关键。硒元素具有较高的电离能，在氩气中较难电离，最终导致电离程度较低。而电感耦合等离子体质谱法在食品中硒元素的测定中具有明显优势，通过稀释样品的方式可降低检测食品样本基质中的多离子干扰问题，结合碰撞模式、反应池模式将硒元素电离，可提高硒元素检测信号强度。赵晨曦等[1] 采用ICP-MS 对多种不同基质的国家标准物质中的硒元素进行了测定，通过优化ICPMS检测条件、方法，适当加入异丙醇等方式有效提高食品中硒元素含量的检测效率。

　　3.2 铝元素测定

　　长期过量摄入铝元素会导致人体脑部功能退化，如意识不集中、记忆力退化，最终导致人体视觉、运动系统协调失灵。根据我国对食品铝元素含量的标准来看，早在1996 年，我国对食品中的铝元素含量进行了限定，要求食品中的铝元素含量≤ 100 mg·kg-1。分析我国各地对食品中铝元素测定的相关数据报告，发现铝元素主要集中在面制食品、油炸食品。刘虹涛等[2] 采用电感耦合等离子体质谱法对吉林省内种植、销售的稻米、玉米、谷子和大豆等代表性样品中的铝元素含量进行了检测，检测结果表明不同稻米、谷子和大豆中铝元素的检出率为100%，玉米检出率为98．8%，最低值为1.2 mg·kg-1，最高值为65.1 mg·kg-1。ICP-MS 测定食品中铝元素具有一定优势，可对食品中铝元素本底值进行检测，从而为食品监督管理提供良好的参考依据。

　　3.3 钼元素测定

　　钼元素作为人体必需的微量元素之一，有助于提高人体免疫力。目前，我国关于食品中钼元素测定的研究相对较少，但已有研究对不同种类食品中钼元素的含量进行了测定研究。林小莲[3] 提出了超级微波消解- 电感耦合等离子体质谱法测定食品中钼含量，基于Ultra CLACE 超级微波消解平台，对最高消解温度、酸体积进行优化后，依托超级微波消解- 电感耦合等离子体质谱法对食品中的钼元素进行测定。通过研究结果表明，该测定方法在0 ～6 μg·L-1 线性关系良好，检出限符合国家标准要求。可以看出，较传统检测方式而言，电感耦合等离子体质谱法在测定食品中的钼元素上具有高速、高效的优势。

　　3.4 碘元素测定

　　碘元素是维持人体甲状腺功能运作的重要组成部分，对于促进人体活动能量代谢具有积极作用。相关研究表明，碘元素摄入量对人体健康具有“U”形关系影响，大量摄入碘元素可能会引起人体健康风险。人体摄入碘元素主要以食物为主，因此测定食品中碘元素含量对于国民控制碘元素摄入量具有积极作用。从当前食品碘元素测定方法来看，食品中碘元素检测方法主要以气相色谱法、原子吸收光谱法、分光光度法为主。随着电感耦合等离子体质谱法在食品中多元素检测中的应用，电感耦合等离子体质谱法在测定食品中的碘元素含量中具有其他检测技术无可比拟的优势，如与其他检测方法相比较，电感耦合等离子体质谱法具有检出限低、检测速度快、数据准确率高等优势，并逐渐成为测定食品中碘元素含量的主要方式。张美玲[4] 建立了超声碱提取- 电感耦合等离子体质谱法测定食品中碘含量的方法，将样品经5% 四甲基氢氧化铵溶液消解，于70 ℃水浴超声1 h，功率700 W，离心过滤后取澄清液，以碲为内标。结果发现，在0.1 ～ 20.0 μg·L-1线性关系良好，回归方程为Y=0.079 7X+0.004 24，相关系数r=0.999 7，方法检出限为0.034 9 mg·kg-1，回收率在95% 以上，RSD ＜ 3%。通过检测结果可以看出，电感耦合等离子体质谱法在测定食品中碘元素含量方面具有结果准确、重现性好的特点。

　　3.5 铅元素测定

　　铅元素作为重金属污染元素之一，长期或过量摄入可能会对人体神经系统、消化系统及免疫系统造成不同程度的影响，对人体健康威胁较大。目前我国已将食品中铅元素含量作为食品污染物监测的重要项目指标。根据《食品安全国家标准食品中铅的测定》（GB 5009.12—2017）对食品中铅元素的含量进行测定，对于保证国民食品安全及身体健康具有深远意义。电感耦合等离子体质谱法在铅元素测定中具有操作便捷、检出限低、运行周期短及受干扰程度较小等优点，依托电感耦合等离子体质谱法可对食品中的多元素进行同时测定，对于提高检测效率意义重大。值得注意的是，依托电感耦合等离子体质谱法对食品中的铅元素进行测定的过程中，应进行测量不确定度的评定，以此有效减少电感耦合等离子体质谱仪的误差。金芝梅等[5] 采用ICP-MS 测定食品中铅含量，并根据GB 5009.12—2017、JJF 1059.1—2012 等对食品中铅元素含量进行了不确定度的分析评定。结果表明，食品中铅含量为0.333 mg·kg-1 时，不确定度为0.03 mg·kg-1（P=95%，k=2），测量结果为（0.333±0.03）mg·kg-1。

　　4 结语

　　综上所述，本文探讨了电感耦合等离子体质谱法在食品中多元素分析的发展与应用。随着我国消费者对食品安全重视度的不断提高，提高食品中不同元素含量的测定效率可为我国食品安全提供良好保证。传统食品多元素检测方式因检测方式单一等问题，无法同时测定食品中多元素含量，而电感耦合等离子体质谱法在食品中多元素含量的分析可有效改善传统测量技术中存在的不足。

　　参考文献

　　[1] 赵晨曦, 高佳, 付志斌, 等. 电感耦合等离子体质谱法测定食品中硒元素的条件优化[J]. 食品安全质量检测学报,2021,12(5):1682-1687.

　　[2] 刘虹涛, 李青, 郭金芝, 等. 电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS) 测定粮食中铝本底含量结果分析[J]. 农业与技术,2020,40(2):19-20.

　　[3] 林小莲. 超级微波消解- 电感耦合等离子体质谱法测定食品中钼含量[J]. 福建分析测试,2023,32(6):12-17.

　　[4] 张美玲. 超声碱提取- 电感耦合等离子体质谱法测定食品中的碘[J]. 现代食品,2022,28(11):181-184.

　　[5] 金芝梅, 张妍楠, 王富强, 等. 电感耦合等离子体质谱法测定食品中铅的不确定度评定[J]. 食品安全质量检测学报,2021,12(5):1995-1999.