ICP-MS在食品安全检测中的应用进展

ICP-MS在食品安全检测中的应用进展

李升平 ,张亚男,张顺顺

青岛谱尼测试有限公司 山东青岛 266000

摘要：随着科学技术的迅速发展，人民的生活质量有所提高，食品安全要求也有所提高。感应耦合等离子体质谱检测技术(ICP-MS)能够快速准确地测量食品中的元素，是一种具有广阔发展前景的高精度、快速的食品安全检测技术。主要介绍了感应耦合等离子体质谱的基本原理及其在重金属探测、食品中微量元素成分分析和元素形态分析等领域的应用和研究进展，以进一步改进在食品安全监测和质量控制中使用ICP-MS的情况。

关键词：电感耦合等离子体质谱；食品安全；检测分析

Progress in the Application of ICP-MS in Food Safety Detection

Li Shengping, Zhang Yanan, Zhang Shunshun

Qingdao spectrum Nepal Testing Co., Ltd. Shandong Qingdao 266000

Abstract: With the rapid development of science and technology, people's quality of life has been improved, and food safety requirements have also been improved. Induction-coupled plasma mass spectrometry detection technology (ICP-MS) can quickly and accurately measure the elements in food, which is a high-precision and rapid food safety detection technology with broad development prospects. This paper mainly introduces the basic principles of induction-coupled plasma mass spectrometry and its application and research progress in the fields of heavy metal detection, trace element composition analysis and element morphology analysis, so as to further improve the use of ICP-MS in food safety monitoring and quality control.
Key words: inductively coupled plasma mass spectrometry; food safety; detection and analysis

前言

食物中有许多不健康成分的来源，如作物生长期间空气、水和环境的污染，或受某些因素影响的食物成分的变化，这些因素可能对人体产生不利影响。通过各种检测方法查明食品中有害健康的成分是确保食品安全的有效手段[1]。无论食物中的哪些成分对健康构成威胁，都需要精确的检测技术来确定。

一、ICP-MS的食品检验技术概述

1983年推出的ICP-MS技术在食品质量和安全测试方面得到广泛认可。ICP-MS提供比ICP-OES更简单的光谱解释和同位素信息。ICP-MS技术的其他重要优势包括高信噪比和更强的抗干扰能力，从而能够分析元素周期表中的几乎任何元素。但是，在检测食物样品时，ICP-MS有一定的限制，例如，当食物中有机基质浓度较高时，基质扰动或多原子离子光谱扰动,将反应气体装入四级分析器中，并与食物样品进行反应，从而消除一些干扰[2]。ICP-MS可与LC和GC等分离技术结合，形成不依赖矩阵的测试方法。感应耦合等离子体质谱技术广泛应用于食品安全、农业生产、生物医学、材料科学、金属工业和环境分析等领域。但是，ICP-MS仪器设备价格昂贵，日常操作复杂，方法研究复杂耗时，使用大量气气，检测成本高。

ICP-MS具有低干扰、样品数量少、检测时间短、精度高和精度高等优点。ICP-MS适用于微量元素和超晶格元素的测量，具有很好的检测限制，并且能够同时分析多个样本中的多个元素。此外，该工艺速度快、稳定、可靠、线性，线性范围可大于或等于1×10·5，某些方法甚至可具有大于或等于1×10·8的线性范围。半定量分析方法是ICP-MS的一项独特实用功能，该方法利用已知的同位素数量，通过仪器获得未知样品的指纹谱。指纹图谱可以估计样本中未知元素的数量，并通过测量已知元素的响应来计算样本中的元素数量。不需要为每个元素提供标准解决方案，只需使用标准解决方案来确定元素的浓度，即可确定其他元素的内容。ICP-MS可以使用某些元素获取有关样本元素及其浓度的信息。以这种方式分析或选取选取的项目。半定量分析可以为全面定量分析提供可靠的基础，半定量方法选择的标准解决方案必须涵盖整个负荷率的质量轴。没有任何标准的解决办法能够通过这种半定量分析方法迅速确定食品中的重金属含量。

二、ICP-MS基本构造

1.等离子体

对于液体样品，液体溶液必须用喷雾器雾化成液滴。大滴聚集在雾化的内壁上，远离液体废物管，小滴与室壁碰撞，形成注入等离子体的气溶胶。固体可以用激光燃烧并注入等离子体。气体可以未经加工直接进入等离子体[3]。等离子体电离源由三层矩形反应管和置于外的感应线圈组成。氩气贯穿三层管，外等离子体和辅助气体是产生等离子体所需的气体。在这种状态下，当高频电流通过感应线圈时，矩形管的前端会产生高温火炬结构的等离子体，等离子体中的原子被电离。

2.接口

界面位于大气等离子体和真空之间的连接点，等离子体中产生的离子进入真空，以确保产生的离子不会改变。界面由带有前向开口的采样圆锥体和终止圆锥体组成。圆锥的内径、孔的造型以及取样圆锥和终止圆锥之间的距离都是重要的条件。如果这些条件发生变化，文书的敏感性将受到很大影响。

3.离子聚焦系统

离子透镜由金属碎片组成。通过对每个金属块应用张力，可以控制具有正载荷的离子数量，并提高离子通过率。ICP-MS探测器使用双电子蒸汽，不仅与等离子体中的离子发生反应，而且与光子发生反应[4]。主要屏蔽方式为位移方式和光屏蔽板方式。主要用于收集等离子体中产生的离子，提高仪器检测灵敏度，消除等离子体中产生的强紫外线，降低背景信号的噪声。

4.四级杆质量分析器

质量分析器是四级杆质量分析器，可让您根据不同的质量编号指定离子[5]。四级分析器由四个双面电极组成，在电极上施加直流电压，从而产生四级中的双面电场。当离子负载和电场不匹配时，它们将被排除在外，并在匹配时进入检测器。

5.离子检测器

探测器是离子信号采集的一部分。一种二次电子乘法器和电极，可在单离子碰撞时释放多个碰撞电子，射频侧施加负压，输出侧施加正压，从而释放电子，与电极碰撞后使振幅加倍，使用电表计算脉冲数，显示每个单位的计算数据，并在处理后给出样品分析结果。ICP-MS可用于样品的定性、定量和同位素分析。此外，ICP-MS可与其他分离技术结合使用，以分析和确定元素的形状和分布。ICP-MS操作简单、易于应用、有效和敏感，是分析和检测食品中重金属和微量元素的有效手段。

三、ICP-MS在食品质量安全领域的应用

1.食品重金属残留分析中的应用

食品中重金属残留物的传统检测方法是石墨炉原子吸收光谱和原子荧光光谱。例如gfaas可以检测食品中的铅、镉和铬[6]。原子荧光法检测食物中的砷、锡、汞和锑。这些方法是单一要素的测量方法，除了复杂、重复性差和分析周期长之外，无法迅速获得准确的食品安全数据。由于其自身的优势，ICP-MS在食品安全领域得到广泛应用。

2.食品重金属形态分析中的应用

对于食品中重金属的检测，仅仅检测元素的总含量是不够的，因为同一元素的化学性质和毒性在不同形式上可能有很大差异。例如，As3+比As5+更容易与蛋白基结合，因此毒性更大；适量的Cr3+是人体必需的元素，Cr6+有毒，Cr2O72-是一种强有力的致癌物质，因此重金属元素的形态分析已成为当前研究的热点。通过将气相色谱、高效液相色谱和离子色谱等高选择性分离技术与高灵敏度电感耦合等离子体质谱仪相结合，与单一检测和焦耳技术相比，灵敏度、准确度和分析速度均有显着提高,重金属对人体生理代谢有明显的有害影响，并可能导致许多严重威胁人类健康和安全的疾病[7]。因此，重金属的分析和检测非常重要。

3.ICP-MS技术在大米检验中的应用

大米是世界一些地区的主要食物来源。大米中的砷可以是剧毒的无机形式，也可以是毒性较小的有机形式。感应耦合等离子体质谱法可将无机砷与有机砷分离，以尽量减少有害成分，例如识别高砷大米颗粒中的四氯化砷。为了取得更好的结果，应优化处置方法，更充分地分解食品基质，然后使用ICP-MS技术同时测量食品中的18种微量元素，包括75As。使用ICP-MS技术检测大米和小麦的砷含量，使用池模型 采用高效液相色谱法确定食品中砷元素的形态，证明该方法在食品检验中简单、快速、敏感、准确。

4.在食品营养成分分析中的应用

与人类活动密切相关的25种天然营养元素，它们与人类的生存和健康密切相关。适量的微量元素保持一个人的正常生理功能，其内容影响到他的发育、智力和心理状态。过度、不足、不平衡或不足的消费会在不同程度上导致人类的生理缺陷。这些微量元素在防治疾病方面也发挥着非常重要的作用。微量元素是人体所需的总质量低于0.01%的元素。这些因素虽然需求量不大，但对维持人体的正常生理功能是必不可少的。例如铁、锌、铜、锰、钴等但是这些微量元素的过量会对人体产生一定的影响。在微量元素分析中，某些元素的元素含量低、复杂且具有许多干扰因素。因此，微量元素测定方法的选择性和敏感性相对较高。ICPMS是多元素测定领域中一种高灵敏度、高选择性和低干扰的分析测试方法，近年来被广泛用于检测食品中的微量营养素。

5.ICP-MS技术在饮用水检验中的应用

饮用水的质量在人类健康中起着重要作用。饮用水含有许多微量元素。例如，铬(Cr)通常以几种化学形式存在于饮用水中。Cr(III)是人体必需的化合物，并参与人体的若干代谢过程，而Cr(VI)具有剧毒性。因此，饮用水中的铬含量总量对人类健康至关重要。感应耦合等离子体质谱有效分析铬的含量和形状。开发并使用ICP-MS法同时测量水中的砷、铅、铁、铬和钴，对城市地区的自来水和农村地区的生活用水进行测试，为饮用水控制提供了重要的技术支持。采用ICP-MS技术测量饮用水中六价铬含量，证明该方法准确，元素间干扰较低，可用于检测不同基质的饮用水质[8]。

四、ICP-MS在食品安全检测中的应用展望

人们发现，食品安全测试越来越多地使用ICP-MS技术，这大大改变了食品安全测试的准确性。今后，随着技术的不断发展，其应用将变得越来越重要，并将对人们的生活产生重大影响，从而能够及时发现食品安全问题。今后，需要加强信息和通信技术的管理，以便更好地应用于食品安全测试的各个阶段，并通过持续培训提高工作人员的质量，使他们能够更好地掌握信息和通信技术。人们认为，通过科学管理和不断提高工作人员素质，这项技术将得到更广泛的利用，增强人们对食品安全的信心。

结束语

综上所述，ICP-MS技术具有简单预处理、高灵敏度和样品精度等特点，在食品安全和质量控制方面的应用已经成熟。近年来，为了简化检测程序和提高仪器性能，研究人员在系统中引入了ICP-MS技术或将其与分离技术相结合，以满足不同样品分析测试的要求。目前，ICP-MS技术在很大程度上取代了传统的无机分析方法，广泛用于重金属、微量元素的质量控制和监测以及食品中元素的形态分析。

参考文献：

[1]中华人民共和国卫生部.食品安全国家标准食品营养强化剂使用标准：GB14880—2012[S].北京：中国标准出版社，2013.

[2]国家卫生和计划生育委员会，国家食品药品监督管理总局.食品安全国家标准食品中污染物限量：GB2762—2017[S].北京：中国标准出版社，2017.

[3]贺舒文，刘莹，薛伟峰.极谱法同时测定海水中的铜、镉、铅、锌[J].化学分析计量，2019，28（2）：35-38.

[4]张楠，孙开奇，沙博郁，等.湿法消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定保健食品中7种常见矿物质元素[J].食品安全质量检测学报，2021，12（2）：800-804.

[5]陈亮.快速消解-石墨炉原子吸收光谱法测定食品中砷含量[J].食品安全质量检测学报，2021，12（6）：2219-2223.

[6]王会磊,孙頔,王琳,等.微波消解仪的基础知识和应用前景[J],山东化工,2017(22):113,115.

[7]刘晓蕾,胡叶灿.电感耦合等离子体发射光谱仪测定活性染料中的重金属[J],化工管理,2017(20):203.

[8]郭冬梅,许蕊.微波消解仪温度校准系统的研究[J],现代工业经济和信息化,2018,8(9)98-99.