ICP-MS 原理及在食品檢測(cè)中的應(yīng)用綜述

梁攀

（葫蘆島市檢驗(yàn)檢測(cè)中心，遼寧葫蘆島 125000）

電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）是從上世紀(jì)80 年代發(fā)展起來的一種新的分析測(cè)試技術(shù)，ICP-MS 結(jié)合ICP 離子源和質(zhì)譜儀，是一種可用于元素和同位素分析的儀器，可分析元素周期表上的大部分元素[1,2]。該技術(shù)具有低檢出限、多元素同時(shí)分析、分析速度快、干擾較少、可提供同位素信息、進(jìn)行元素形態(tài)價(jià)態(tài)分析等優(yōu)勢(shì)，因此已迅速發(fā)展到應(yīng)用于食品營(yíng)養(yǎng)分析與安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域[3]。

1 ICP-MS 的原理

1.1 等離子體（ICP）的工作原理

在ICP-MS 中，ICP 起到離子源的作用，它的主體是一個(gè)由三層石英套管組成的炬管，炬管上繞有負(fù)載線圈，氬氣分別流經(jīng)三層管，從里到外分別起到載氣、輔助氣和冷卻氣的作用。管內(nèi)的氬氣開始時(shí)不導(dǎo)電，需要在高壓電火花的觸發(fā)作用下使氣體電離，在高頻電場(chǎng)的作用下，帶電粒子高速運(yùn)動(dòng)、碰撞，形成雪崩式放電，產(chǎn)生等離子體氣流。感應(yīng)電流產(chǎn)生高溫，將氣體加熱、電離，在管口形成穩(wěn)定的等離子體焰炬。被分析的樣品經(jīng)過霧化后形成氣溶膠，并由載氣帶入等離子體焰炬中心區(qū)，發(fā)生蒸發(fā)、分解、激發(fā)與電離，大多數(shù)樣品中的元素都電離出一個(gè)電子而形成一價(jià)正離子。

1.2 接口

ICP-MS 的接口由采樣錐和截取錐組成[4]，將等離子體中的離子傳輸?shù)劫|(zhì)譜儀。采樣錐和截取錐之間為第一級(jí)真空，等離子體離子束以超音速通過采樣錐孔，迅速膨脹并形成超聲射流通過截取錐，分離掉中性粒子和光子，而進(jìn)入第二級(jí)真空的離子在離子透鏡的電場(chǎng)作用下聚焦成離子束并進(jìn)入四級(jí)桿離子分離系統(tǒng)。

1.3 質(zhì)譜儀的工作原理

質(zhì)譜儀是使帶電的樣品離子按質(zhì)荷比進(jìn)行分離的裝置。其主體的質(zhì)量分析器是四級(jí)桿質(zhì)量過濾器，四級(jí)桿質(zhì)量過濾器由兩組平行對(duì)稱的四根圓筒形電極桿組成，直流電壓和射頻交流電壓疊加的電壓分別施加在兩對(duì)電極桿上，當(dāng)包含不同質(zhì)荷比（m/z）離子的離子束進(jìn)入四極空間后，在行進(jìn)過程中與施加在四級(jí)桿上的電壓所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)相互作用，結(jié)果只允許某一質(zhì)荷比（m/z）的離子穿過四極場(chǎng)到達(dá)另一端的檢測(cè)器，而其它質(zhì)荷比（m/z）的離子會(huì)在四極場(chǎng)作用下碰到四極桿而被吸收。

2 ICP-MS 在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 ICP-MS 在食品及相關(guān)產(chǎn)品重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用

重金屬污染是指由重金屬及其化合物引起的污染。重金屬不能被生物降解，卻能在食物鏈的生物放大作用下富集，進(jìn)入人體后能和蛋白質(zhì)及酶等發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，使它們失去活性，也可能在某些器官中累積，造成慢性中毒[5]。因此重金屬是食品及相關(guān)產(chǎn)品檢測(cè)的重要指標(biāo)。ICP-MS 廣泛應(yīng)用于食品及相關(guān)產(chǎn)品重金屬的檢測(cè)，喬兆華等[6]采用ICP-MS 法同時(shí)測(cè)定鋁塑復(fù)合食品包裝容器中的鉛、鎳、鎘、鉻、銅等9 種重金屬元素的含量。該方法快速、簡(jiǎn)便，具有較好的準(zhǔn)確度和精密度，適合于鋁塑復(fù)合食品包裝中的重金屬檢測(cè)。王百川等[7]采取正交試驗(yàn)優(yōu)化紫菜的消解方法，建立ICP-MS 法測(cè)定紫菜中鉛的檢測(cè)方法，適用于海藻類食品中鉛含量的測(cè)定。李優(yōu)琴等[8]采用快速消解法，樣品于聚丙烯刻度離心管中經(jīng)硝酸消解，用ICP-MS 同時(shí)檢測(cè)Pb、Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、As、Hg 8種重金屬元素含量，建立了大批量谷類產(chǎn)品中重金屬元素的快速檢測(cè)方法。薛平等[9]建立食品接觸材料用著色劑中As、Ba、Cd、Cr、Pb、Se、Sb 7 種有害重金屬元素的電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）檢測(cè)方法，為食品接觸材料用著色劑中有毒有害元素的檢測(cè)提供參考。

2.2 ICP-MS 在食品營(yíng)養(yǎng)元素分析中的應(yīng)用

人體必需多種常量元素和微量元素，這些元素在人體中發(fā)揮重要的生理功能，一旦缺乏均會(huì)導(dǎo)致身體出現(xiàn)不同程度的障礙。因此食品中常量元素和微量元素的含量是評(píng)價(jià)食品質(zhì)量與開發(fā)利用食品原料的重要依據(jù)。近年來ICP-MS 廣泛應(yīng)用于食品中常量及微量元素檢測(cè)。于麗等[10]建立了ICP-MS 法同時(shí)測(cè)定黑果腺肋花楸果中鉀、鈣、錳、鐵、銅、鋅等20 種營(yíng)養(yǎng)元素的分析方法，為同類新食品原料中20 種營(yíng)養(yǎng)元素的測(cè)定提供參考。劉麗南等[11]應(yīng)用電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜（ICP-MS/MS）技術(shù)對(duì)大米中30 種微量元素的含量進(jìn)行分析，建立了大米中多種無機(jī)微量元素的分析的新方法。雷明馨等[12]建立微波氧燃燒-ICP-MS 同時(shí)測(cè)定木瓜中銅、鐵、鈣、鎂、鋅等9 種微量元素的方法，為木瓜中微量元素的檢測(cè)提供思路，推動(dòng)木瓜中有效成分的進(jìn)一步開發(fā)利用。

2.3 ICP-MS 在食品元素形態(tài)分析中的應(yīng)用

元素的生理活性或毒性與其不同的化學(xué)形態(tài)有關(guān)[4]，GB 2762-2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》[13]也對(duì)食品中甲基汞和無機(jī)砷制定了限量要求。因此，食品中的元素形態(tài)分析對(duì)監(jiān)測(cè)食品的質(zhì)量與安全性具有重要的意義。ICP-MS相關(guān)聯(lián)用技術(shù)在食品元素形態(tài)分析中發(fā)揮了重要的作用。覃冬杰等[14]采用微波輔助萃取，HPLC-ICP-MS 聯(lián)用技術(shù)，建立測(cè)定柳州螺螄粉原料螺螄中無機(jī)汞、甲基汞和乙基汞的分析方法，經(jīng)方法學(xué)驗(yàn)證，該方法適用于螺螄中汞形態(tài)的測(cè)定。熊善波等[15]建立了微波酸提取與HPLC-ICP-MS 聯(lián)用測(cè)定干制食用菌中亞砷酸根（As(Ⅲ)）、砷酸根（As(V)）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）、砷甜菜堿（AsB）、砷膽堿（AsC）6 種形態(tài)砷化合物的方法，適用于干制食用菌中砷形態(tài)的分析測(cè)定。熊珺等[16]通過優(yōu)化硒形態(tài)的分離及提取條件，建立了HPLCICP-MS 同時(shí)測(cè)定食品中無機(jī)硒和硒氨基酸等六種硒形態(tài)的方法，并應(yīng)用于大蒜、蘑菇和卷心菜中無機(jī)硒和硒代氨基酸的形態(tài)分析，為食品中硒的形態(tài)分析提供了一種新的檢測(cè)方法。

3 結(jié)束語

電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）作為重要的元素和同位素分析儀器，具有靈敏度高、準(zhǔn)確性好等優(yōu)勢(shì)，已從最初在地質(zhì)科學(xué)研究的應(yīng)用迅速發(fā)展到食品安全、衛(wèi)生防疫等領(lǐng)域。ICP-MS 技術(shù)在食品安全及質(zhì)量控制中主要應(yīng)用于重金屬元素檢測(cè)、常量及微量元素分析、元素形態(tài)分析等方面，隨著樣品前處理技術(shù)的不斷優(yōu)化及ICP-MS 與其它分離技術(shù)聯(lián)用的研究和發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)將在食品質(zhì)量安全領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。