ICP-MS 原理及在食品检测中的应用综述

梁攀

（葫芦岛市检验检测中心，辽宁葫芦岛 125000）

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）是从上世纪80 年代发展起来的一种新的分析测试技术，ICP-MS 结合ICP 离子源和质谱仪，是一种可用于元素和同位素分析的仪器，可分析元素周期表上的大部分元素[1,2]。该技术具有低检出限、多元素同时分析、分析速度快、干扰较少、可提供同位素信息、进行元素形态价态分析等优势，因此已迅速发展到应用于食品营养分析与安全监测领域[3]。

1 ICP-MS 的原理

1.1 等离子体（ICP）的工作原理

在ICP-MS 中，ICP 起到离子源的作用，它的主体是一个由三层石英套管组成的炬管，炬管上绕有负载线圈，氩气分别流经三层管，从里到外分别起到载气、辅助气和冷却气的作用。管内的氩气开始时不导电，需要在高压电火花的触发作用下使气体电离，在高频电场的作用下，带电粒子高速运动、碰撞，形成雪崩式放电，产生等离子体气流。感应电流产生高温，将气体加热、电离，在管口形成稳定的等离子体焰炬。被分析的样品经过雾化后形成气溶胶，并由载气带入等离子体焰炬中心区，发生蒸发、分解、激发与电离，大多数样品中的元素都电离出一个电子而形成一价正离子。

1.2 接口

ICP-MS 的接口由采样锥和截取锥组成[4]，将等离子体中的离子传输到质谱仪。采样锥和截取锥之间为第一级真空，等离子体离子束以超音速通过采样锥孔，迅速膨胀并形成超声射流通过截取锥，分离掉中性粒子和光子，而进入第二级真空的离子在离子透镜的电场作用下聚焦成离子束并进入四级杆离子分离系统。

1.3 质谱仪的工作原理

质谱仪是使带电的样品离子按质荷比进行分离的装置。其主体的质量分析器是四级杆质量过滤器，四级杆质量过滤器由两组平行对称的四根圆筒形电极杆组成，直流电压和射频交流电压叠加的电压分别施加在两对电极杆上，当包含不同质荷比（m/z）离子的离子束进入四极空间后，在行进过程中与施加在四级杆上的电压所产生的电磁场相互作用，结果只允许某一质荷比（m/z）的离子穿过四极场到达另一端的检测器，而其它质荷比（m/z）的离子会在四极场作用下碰到四极杆而被吸收。

2 ICP-MS 在食品检测中的应用

2.1 ICP-MS 在食品及相关产品重金属检测中的应用

重金属污染是指由重金属及其化合物引起的污染。重金属不能被生物降解，却能在食物链的生物放大作用下富集，进入人体后能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在某些器官中累积，造成慢性中毒[5]。因此重金属是食品及相关产品检测的重要指标。ICP-MS 广泛应用于食品及相关产品重金属的检测，乔兆华等[6]采用ICP-MS 法同时测定铝塑复合食品包装容器中的铅、镍、镉、铬、铜等9 种重金属元素的含量。该方法快速、简便，具有较好的准确度和精密度，适合于铝塑复合食品包装中的重金属检测。王百川等[7]采取正交试验优化紫菜的消解方法，建立ICP-MS 法测定紫菜中铅的检测方法，适用于海藻类食品中铅含量的测定。李优琴等[8]采用快速消解法，样品于聚丙烯刻度离心管中经硝酸消解，用ICP-MS 同时检测Pb、Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、As、Hg 8种重金属元素含量，建立了大批量谷类产品中重金属元素的快速检测方法。薛平等[9]建立食品接触材料用着色剂中As、Ba、Cd、Cr、Pb、Se、Sb 7 种有害重金属元素的电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）检测方法，为食品接触材料用着色剂中有毒有害元素的检测提供参考。

2.2 ICP-MS 在食品营养元素分析中的应用

人体必需多种常量元素和微量元素，这些元素在人体中发挥重要的生理功能，一旦缺乏均会导致身体出现不同程度的障碍。因此食品中常量元素和微量元素的含量是评价食品质量与开发利用食品原料的重要依据。近年来ICP-MS 广泛应用于食品中常量及微量元素检测。于丽等[10]建立了ICP-MS 法同时测定黑果腺肋花楸果中钾、钙、锰、铁、铜、锌等20 种营养元素的分析方法，为同类新食品原料中20 种营养元素的测定提供参考。刘丽南等[11]应用电感耦合等离子体串联质谱（ICP-MS/MS）技术对大米中30 种微量元素的含量进行分析，建立了大米中多种无机微量元素的分析的新方法。雷明馨等[12]建立微波氧燃烧-ICP-MS 同时测定木瓜中铜、铁、钙、镁、锌等9 种微量元素的方法，为木瓜中微量元素的检测提供思路，推动木瓜中有效成分的进一步开发利用。

2.3 ICP-MS 在食品元素形态分析中的应用

元素的生理活性或毒性与其不同的化学形态有关[4]，GB 2762-2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》[13]也对食品中甲基汞和无机砷制定了限量要求。因此，食品中的元素形态分析对监测食品的质量与安全性具有重要的意义。ICP-MS相关联用技术在食品元素形态分析中发挥了重要的作用。覃冬杰等[14]采用微波辅助萃取，HPLC-ICP-MS 联用技术，建立测定柳州螺蛳粉原料螺蛳中无机汞、甲基汞和乙基汞的分析方法，经方法学验证，该方法适用于螺蛳中汞形态的测定。熊善波等[15]建立了微波酸提取与HPLC-ICP-MS 联用测定干制食用菌中亚砷酸根（As(Ⅲ)）、砷酸根（As(V)）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）、砷甜菜碱（AsB）、砷胆碱（AsC）6 种形态砷化合物的方法，适用于干制食用菌中砷形态的分析测定。熊珺等[16]通过优化硒形态的分离及提取条件，建立了HPLCICP-MS 同时测定食品中无机硒和硒氨基酸等六种硒形态的方法，并应用于大蒜、蘑菇和卷心菜中无机硒和硒代氨基酸的形态分析，为食品中硒的形态分析提供了一种新的检测方法。

3 结束语

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）作为重要的元素和同位素分析仪器，具有灵敏度高、准确性好等优势，已从最初在地质科学研究的应用迅速发展到食品安全、卫生防疫等领域。ICP-MS 技术在食品安全及质量控制中主要应用于重金属元素检测、常量及微量元素分析、元素形态分析等方面，随着样品前处理技术的不断优化及ICP-MS 与其它分离技术联用的研究和发展，这项技术将在食品质量安全领域发挥更大的作用。