ICP-MS法測定食品及其包裝材料中重金屬元素的研究進展

袁 磊

（連云港市贛榆區綜合檢驗檢測中心，江蘇連云港 222100）

近年來，隨著工業發展進程的加快，環境污染問題日益嚴重。雖然人們的生活水平不斷提升，但由于環境污染導致的食品安全事件也隨之增多，其中由于重金屬污染導致的食品安全事故占比較高。毒重金屬對人體的傷害潛伏期長，損傷性大且損傷幾乎是不可逆的，因此對食品及其相關產品進行重金屬檢測對于維護食品安全具有重要意義。目前，重金屬的檢測方法眾多，電感耦合等離子體質譜法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICPMS）被公認為是發展較快的重金屬檢測的新型方法之一，在復雜基質重金屬檢測的應用較多?；诖?，本文對ICP-MS在食品及其包裝材料中的重金屬檢測應用進展進行綜述，以期為ICP-MS技術在食品領域的發展提供一些參考與建議。

1 食品及其包裝材料中的重金屬元素

重金屬是指密度較高（大于4.5 g/cm3）的金屬。部分重金屬進入人體，會對人們的身體健康造成直接或間接的危害，這部分重金屬被稱為毒重金屬，主要包括汞（Hg）、鎘（Cd）、砷（As）、鉛（Pb）、鉻（Cr）和錫（Sn）等。毒重金屬主要由兩個途徑進入人體：①由于工業廢水、廢氣的大量排放，部分毒重金屬進入食物鏈中，通過富集作用進入人體；②在食品生產、加工和運輸過程中，受到諸如包裝材料中毒重金屬的污染，從而進入人體[1]。

按照《食品包裝容器及材料 分類》（GB/T 23509—2009），目前食品包裝材料包括塑料、紙質、玻璃、陶瓷和金屬這五大類[2]。研究發現，包裝材料中的可遷移物質主要有重金屬、增塑劑、雙酚類物質、油熒光物質和溶劑殘留等。其中，重金屬元素因其高毒性和高危害性，成為眾多學者高度關注的重點領域。食品及其包裝材料中的重金屬元素檢測技術，也因此得到了很大發展，目前常用的檢測技術有原子熒光法、電感耦合等離子體原子發射光譜法、電感耦合等離子體質譜法以及原子吸收光譜法等[3]。

2 ICP-MS技術概述

ICP-MS是于20世紀80年代發展起來的無機元素和同位素分析測試技術，被譽為分析化學領域的突破性創舉之一。如圖1所示，ICP-MS分析儀器兼具電感耦合等離子體和四極桿質譜儀的優點。該儀器主要由等離子體發生器、接口、離子聚焦系統、真空系統、四極桿質量分析器和離子檢測系統等部分組成。

圖1 ICP-MS儀器的結構組成

ICP-MS通過將電感耦合等離子體電離特性與質譜技術用獨特的接口連接，從而形成對金屬元素的高靈敏分析和快速掃描檢測[4]。其中，等離子體起到離子源的作用，利用強大功率的射頻信號形成高溫等離子體，其溫度通常高達79726.85 ℃，能夠完成樣品的蒸發和分子解析，并利用氣體推動形成持續電離。質譜作為質量篩選器，被測元素進入高頻等離子體后，形成離子并與光子和中性粒子分析，進入質量分析器。質譜對進入其中的離子進行選擇，將不同質荷比的離子進行分離，并根據元素的分子離子峰計算不同離子的強度，從而實現對被測元素的濃度分析。

3 ICP-MS技術在檢測食品及其包裝材料中重金屬元素的應用

3.1 ICP-MS檢測食品中重金屬的應用

海洋中的蝦、貝類、魚類和藻類等生物容易富集工業廢水中的重金屬元素，這些海產品進入餐桌后會危害人體健康。張宏康等[5]用ICP-MS檢測海藻、蝦醬、深海魚等海產品中的重金屬，包括鉛元素等12種重金屬的含量，驗證了這一檢測法的優越性。該法具有操作簡單、靈敏度強、消解徹底和準確度高的優點，在一定程度上改善了傳統檢測方法中基體干擾過大的問題。

水果蔬菜由于其生長的土壤被“工業三廢”污染，導致重金屬在果蔬根系中不斷累積，進入人體造成危害。張揚等[6]利用ICP-MS方法檢測了多種水果蔬菜的重金屬含量，如紫甘藍、豆制品、慈菇和堅果等，并與其他檢測方法做了對比。結果發現，ICP-MS無論在精確度、準確度，還是在效率上，都優于原子吸收光譜法等其他方法，適合同時檢測果蔬中的多種重金屬。由于我國果蔬食品的消耗量很大，因此ICP-MS技術在果蔬中的應用還會進一步普及和發展。

糧油食品的原料如稻谷、小麥等生長的土壤或加工過程受到重金屬污染，會導致重金屬富集，最終進入人體造成危害。因此，對這類食品的重金屬檢測也很重要，眾多學者對此進行了大量研究。史潛玉等[7]利用ICP-MS檢測面粉、食用油、大米和餅干等食品中鎘、鈦、鐵等15種重金屬的含量，并與其他檢測方法（如石墨爐原子吸收光譜法等）進行了對比。結果表明，ICP-MS的靈敏度和回收率高、準確性好，在操作便利性、檢測效率和檢出限等方面更具優勢。

禽畜養殖過程中，由于動物飼料中存在一些添加劑以及環境污染因素，造成禽畜肉中重金屬元素殘留。歐愛芬等[8]針對禽畜肉中的重金屬，采用石墨消解法與ICP-MS法的聯合應用，先利用石墨消解法進行樣品前處理，再使用ICP-MS分析重金屬元素。研究發現，該檢測法操作簡便，測定結果誤差小，能避免基質效應的干擾，可重復使用且具有很高的準確性，值得進一步加大應用。

3.2 ICP-MS在檢測食品包裝材料中重金屬的應用

食品在生產、加工、運輸過程中也可能帶來重金屬污染。隨著食品工業的快速發展，食品包裝的材料種類越來越多，包括塑料、金屬、錫箔材料等，這些材料在特定的環境下，有可能產生鉛、鎘、鉻等重金屬元素向食品中遷移的現象。這一點也得到了國內外學者的高度關注。ICP-MS在檢測食品包裝材料中重金屬的應用也日益增多。

喬兆華等[9]對應用于食品包裝的鋁塑復合材料中的重金屬進行檢測，先對樣品進行微波消解處理和電熱消解處理，在3個水平進行添加實驗，通過ICP-MS法同時檢測9種重金屬的檢出限、定量限，建立標準曲線相關系數，并統計了加標回收率。結果發現，經過微波消解處理，采用ICP-MS技術對鋁塑復合包裝中多種重金屬元素的測定精確性高，且操作簡單快捷。

汪家勝等[10]對玻璃和陶瓷容器中的鎘、鉛金屬元素的遷移量進行ICP-MS檢測，總結出一套更穩定、靈敏的重金屬元素遷移量檢測方法。采用4%乙酸浸泡液和5%硝酸超聲提取進行樣品前處理，并對儀器參數進行調諧與測定，擬合線性回歸，判定該檢測方法的精準度。研究結果證實，ICP-MS技術用于測定玻璃和陶瓷容器中的鎘、鉛金屬元素時具有穩定、精準的特點，能夠滿足檢測的要求。

綜上所述，諸多的實驗結果證明ICP-MS能靈敏、準確地測定食品包裝材料中的重金屬含量，可滿足食品安全國家標準中的檢測要求，能為食品安全管理提供強大的技術支持。

4 結語

隨著科學技術的發展，ICP-MS在食品安全領域發揮出越來越重要的作用。在眾多學者的共同探索下，ICP-MS技術與其他色譜與光譜儀器的聯用技術也不斷突破，實現創新發展，如毛細管電泳-ICP-MS、流動注射電熱蒸發-ICP-MS、超臨界流體色譜-ICPMS等。這些技術的出現更好地拓展了檢測儀器的功能，充分發揮出不同技術的特點與優勢，進一步擴大了ICP-MS的應用領域。目前，ICP-MS儀器造價較高，操作維護所需的人力成本和資金成本也較高，制約了該技術的普及。相信未來隨著科學技術的進步，ICP-MS技術將會越來越普及，在食品中重金屬檢測領域發揮更大的作用。