电感耦合等离子体质谱法在食品元素检测中的应用及发展前景

电感耦合等离子体质谱法在食品元素检测中的应用及发展前景

崔宸瑞

忻州市综合检验检测中心，山西省忻州市，034000，

摘要:本文综述了电感耦合等离子体质谱法在食品元素检测中的应用及发展前景。首先探讨了食品元素检测的需求与挑战。随后阐述了电感耦合等离子体质谱法在食品元素检测中的应用，提供了一些应用案例。最后展望了电感耦合等离子体质谱法在食品元素检测中的发展前景，包括技术改进与发展趋势。

关键词：电感耦合等离子体质谱法、食品元素检测、应用

食品中的元素是构成食物的基本成分，元素在食物中存在的形式包括无机盐、有机盐和有机化合物等。这些元素在人体内参与了多种生物化学过程，并对维持正常的生理功能发挥着关键作用[1]。

食品中的元素是构建和维持人体组织和细胞结构的重要基础。例如钙是构成骨骼和牙齿的主要成分，对于维持正常的骨骼结构和牙齿健康至关重要。食品中的元素参与了许多生理代谢过程。例如铁是体内氧气运输的关键部分，它与血红蛋白结合，形成血红蛋白复合物，负责将氧气运输到全身各个组织和器官。了解食品中元素的重要性，对于保持健康的饮食习惯和合理营养摄入具有重要的参考价值。因此，研究食品中元素的检测方法和技术，探索电感耦合等离子体质谱法在食品元素检测中的应用，具有重要的理论意义和实际价值。

一、食品元素检测中的挑战和问题

食品元素检测技术作为保障食品安全和质量的手段，在食品行业中起着至关重要的作用。然而，随着人们对食品质量和安全要求的不断提高，食品元素检测面临着一些挑战和问题。首先，食品样品中元素的复杂性是进行元素检测的主要挑战之一。食品中的元素种类众多，其存在形式也各不相同，对应的分析方法和技术也不尽相同。其次，食品样品中元素的富集和分离也是食品元素检测的一个难点。由于食品样品中元素的含量通常很低，需要进行有效的富集和分离才能达到仪器检测的要求。此外，食品样品中常常存在的脂肪、蛋白质、糖类等复杂基质和干扰物对元素检测的准确性和灵敏度产生了影响。

目前，食品中传统的常见元素的检测方法主要包括光谱法、电化学方法、放射性核素检测法等。然而，这些传统的食品元素检测方法存在一些局限性。例如，光谱法需要样品预处理，且只能检测单一元素；电化学方法需要复杂的仪器和技术支持；放射性核素检测法对操作人员的安全要求较高；同时可能出现灵敏度低、易被干扰、耗时长和前处理复杂等问题。

相比之下，电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，简称ICP-MS）以其高灵敏度、高选择性特点，在食品中元素检测领域备受关注。

二、电感耦合等离子体质谱法在元素检测中的优势

电感耦合等离子体质谱法的基本工作过程可分为离子化、激发、分离和检测四个步骤。首先，样品通过酸解或高温矿化，将其中的元素转化为离子态。然后，离子经过射频电场激发转化为高能态。接下来，高能态离子进入质谱仪根据不同的质荷比被分离，对碎片离子测量相对丰度信息，会产生质谱信号。通过收集和分析质谱信号，可以确定食品样品中各元素的含量。

ICP-MS在元素检测中具有以下优势：

1. 高灵敏度：ICP-MS能够实现非常低的检测限，通常在ppt（μg/mL）级别。这使得ICP-MS在微量元素检测方面具有独特的优势。

2. 高选择性：ICP-MS可以利用质谱仪的高分辨率对元素进行准确的鉴定和定量。因此，它能够排除食品样品中的干扰物质，从而保证结果的准确性和可靠性。

3. 多元素分析能力：ICP-MS可以同时检测多种元素，从而提高了分析效率。

4. 宽线性范围：ICP-MS具有宽线性范围（7-9个数量级），可以在不同浓度范围内进行准确的定量分析。对于食品样品中含量差异较大的元素，ICP-MS能够进行准确的定量测定。

5. 高速分析：ICP-MS具有快速分析的特点，可以在短时间内完成大量样品的分析，节约时间和成本。

三、电感耦合等离子体质谱法在食品元素检测中的应用

ICP-MS在食品中金属元素检测方面具有重要应用。例如，砷是食品中常见的有毒元素，其过量摄入会对人体健康造成严重危害。利用ICP-MS技术可以对不同食品中的砷含量进行测定，从而实现了对食品安全的监测与评估。彭树翔[2]等人利用湿法消解-电感耦合等离子质谱仪测定辣椒中的铅、砷、镉、铬的含量，统计分析果肉和种子之间的含量差异，为辣椒安全评价提供重要依据。

ICP-MS在食品中微量元素的测定方面显示了其出色的性能。利用ICP-MS技术对不同食品样品中微量元素的含量进行测定，可以为食品的营养评价和健康食品的开发提供了重要数据支持。高航[3]等人利用ICP-MS测定了富硒茶叶中的8种微量元素。质量浓度在0～500μg/L范围内，线性表现良好，相关系数均大于0.999，方法检出限为0.0007～0.034 3 mg/kg，测定结果的相对标准偏差为1.3%～4.8%,体现了电感耦合等离子体质谱仪的高分辨率和高灵敏度的优点。

四、电感耦合等离子体质谱法在食品元素检测中的发展前景

随着科学研究的不断深入，仪器设备的更新换代成为必然趋势。新一代的电感耦合等离子体质谱仪器将更加紧凑、高效、稳定，并具备更多的功能和性能。例如自动化和智能化的控制系统将进一步提高实验的准确性和可重复性。

方法学方面的改进是电感耦合等离子体质谱法发展的重要方向。新的分析方法和策略将不断涌现，例如，通过改进样品前处理和分离预处理方法，可以提高元素的提取率和分析的准确性。同时，利用新颖的分析技术，如离子电动力学分离和负电喷雾离子化技术，可以有效地提高定性和定量分析的能力。

电感耦合等离子体质谱法在元素检测领域的应用拓展也是重要发展趋势。ICP-MS 已经实现与高效液相色谱、气相色谱、离子色谱等分离技术进行联用，从而测定不同形态的元素含量。随着食品安全问题的日益突出，对更多元素的检测需求也在增加。未来，电感耦合等离子体质谱法有望拓展到更多元素的检测，如有机元素和放射性核素等。

此外，商业化前景也是电感耦合等离子体质谱法发展的重要方向之一。随着技术的不断成熟和市场的不断需求，越来越多的企业投入研发和生产电感耦合等离子体质谱仪。同时，产业化的发展也将推动仪器设备的标准化和规模化生产，进一步降低成本和提高性能。

随着电感耦合等离子体质谱法的不断发展，新的研究方向和挑战也将出现。例如，如何抑制基质效应和提高定量分析的准确性，如何进一步提高检测方法的灵敏度和选择性等等。

五、结论

随着人们对食品质量和安全的要求不断提高，对元素检测的需求也将持续增加。而电感耦合等离子体质谱法作为一种高效、准确的元素检测技术，其应用可以为食品安全保障提供有效的技术支持，并且对食品行业的发展和质量监控具有积极的推动作用。同时，该技术还可以结合其他分析方法，进一步提高元素检测的灵敏度和准确度。希望本文可以为食品安全监测提供可靠的技术支持，推动食品行业的发展和质量监控工作，为提高食品安全质量和保障公众健康提供科学依据。

参考文献

[1]牛芸民,杨天林.若干重要微量金属元素的生物化学功能及其与人体健康的关系[J].微量元素与健康研究,2014,31(2):78-80.

[2]彭树翔,李文博.微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定辣椒果肉和种子中金属元素污染物含量分布[J].食品科技,2023,48(7):280-285.

[3]高航,王啸,姜菲,张娜.微波消解–电感耦合等离子体质谱法测定富硒茶叶中8种微量元素[J].化学分析计量,2022,31(6):59-62.