LC-MS在食品加工過程中重金屬污染物檢測中的應用

摘 要：食品加工過程中出現的重金屬污染問題嚴重威脅食品安全和公眾健康。液相色譜-質譜聯用技術因其高靈敏度、高選擇性和多元素同時檢測能力，被廣泛應用于食品重金屬檢測。重金屬污染的主要來源有原料污染、加工過程中的污染、包裝材料和存儲過程中的污染。液相色譜-質譜聯用技術在水產品、蔬菜水果、谷物豆類檢測的實際應用中展示出了高效、準確的檢測能力。通過優化檢測方法和降低成本，該技術將在食品安全監控中發揮越來越重要的作用，從而為保障消費者健康提供技術支持。

關鍵詞：重金屬污染；食品加工；液相色譜-質譜聯用技術；食品安全

Application of LC-MS in the Detection of Heavy Metal Pollutants in Food Processing

HAN Xiaojie， XU Meiling

（Standard Sci-Tech Innovation （Qingdao）， Pharmaceutical Technology Co.， Ltd.， Qingdao 266114， China）

Abstract： The problem of heavy metal pollution during food processing poses a serious threat to food safety and public health. Liquid chromatography-mass spectrometry technology is widely used in the detection of heavy metals in food due to its high sensitivity， selectivity， and ability to simultaneously detect multiple elements. The main sources of heavy metal pollution include raw material pollution， pollution during processing， packaging materials， and pollution during storage. The practical application of liquid chromatography-mass spectrometry technology in the detection of aquatic products， vegetables， fruits， grains， and legumes has demonstrated its efficient and accurate detection ability. By optimizing detection methods and reducing costs， this technology will play an increasingly important role in food safety monitoring， thereby providing technical support for ensuring consumer health.

Keywords： heavy metal contamination; food processing; liquid chromatography-mass spectrometry; food safety

重金屬污染不僅直接影響食品的質量和安全，還可能通過食物鏈的累積效應對人體健康造成嚴重危害，如導致神經系統、免疫系統及腎臟功能受損。為保障食品安全、維護公眾健康，迫切需要有效、快速、靈敏的重金屬檢測方法。液相色譜-質譜聯用技術（Liquid Chromatograph-Mass Spectrometer，LC-MS）作為一種高效的分析檢測方法，憑借其高靈敏度、高選擇性和多元素同時檢測的優勢，已廣泛應用于食品中重金屬檢測。本文探討食品加工過程中液質聯用技術在重金屬檢測中的應用，以供參考。

1 食品加工過程中重金屬污染的來源

1.1 原料污染

原料中重金屬污染主要來源于農田和水源污染。農業生產過程中，施用含有重金屬的化肥和農藥，以及工業廢水和廢氣的排放，都會導致土壤和水源中的重金屬積累。當這些受污染的土壤和水源用于種植農作物或養殖水產品時，重金屬會被植物和動物吸收并積累，從而進入食品原料中。例如，稻米和蔬菜可能含有鎘，海產品則容易受到汞污染。原料污染不僅影響食品的安全性，還可能會對食品加工的后續步驟產生潛在影響。

1.2 加工過程中的污染

在食品加工過程中，重金屬污染的來源主要有以下幾方面。①加工設備材質中的鉛、鎘和鉻等重金屬可能會遷移到食品中。②加工場所中的空氣以及水源污染等可能導致食品受到重金屬污染。例如，在食品清洗、切割、煮沸過程中，受污染的水源和環境空氣中的重金屬顆粒可能附著到食品上。

1.3 包裝材料和存儲過程中的污染

某些包裝材料如塑料、金屬罐和鋁箔紙，可能含有鉛、鎘等重金屬，這些重金屬在特定條件下（如高溫、酸性環境）可能遷移到食品中。食品運輸和存儲過程中，如果存儲環境不當，如使用含有重金屬的倉庫設備或容器，或者在受污染的環境中存儲，食品則可能會受到重金屬污染。例如，使用鍍鋅容器存儲酸性食品時，可能導致食品中鋅含量超標。包裝材料和存儲環境中的重金屬污染不僅影響食品的質量，還可能對消費者的健康造成威脅。

2 液質聯用法概述

2.1 原理

液相色譜-質譜聯用技術是現代分析化學中重要的檢測方法，廣泛應用于食品中重金屬污染檢測。該技術將液相色譜和質譜法兩者的優勢有機融合，實現了對復雜樣品中重金屬的高效分離和精確檢測[1]。

液相色譜技術利用樣品中不同組分在固定相和流動相間的分配系數差異進行分離。在檢測過程中，樣品溶液通過注射器或泵送入色譜柱，不同組分在固定相和流動相中的分配系數不同，導致其在色譜柱中的遷移速率不同，從而實現分離。對于重金屬檢測，常用反相高效液相色譜（Reverse-Phase-High Performance Liquid Chromatography，RP-HPLC）和離子交換色譜（Ion Exchange Chromatography，IEC），它們分別適用于不同類型的重金屬離子分離。

質譜技術通過離子源將樣品分子電離，然后根據質荷比（m/z）對離子進行分離和檢測。常用的食品中重金屬元素的檢測方法有電感耦合等離子體質譜（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）和電噴霧電離質譜（Electrospray Mass Spectrometry，ESI-MS）。ICP-MS具有高靈敏度和多元素同時檢測的能力，適用于痕量重金屬的檢測；ESI-MS則適用于有機金屬化合物和配合物的分析。

液質聯用技術結合了液相色譜的分離能力和質譜的檢測能力。樣品經過液相色譜分離后，直接進入質譜檢測系統，避免了傳統方法中煩瑣的樣品前處理步驟，提高了檢測效率和檢測結果的準確性。在重金屬檢測中，LC-MS能夠有效地分離和檢測復雜基質中的重金屬元素，實現對痕量重金屬的高靈敏度檢測。

2.2 優勢

2.2.1 高靈敏度和高選擇性

LC-MS結合了液相色譜的分離能力和質譜的檢測能力，能夠在復雜基質中對目標化合物進行高效分離和檢測。液相色譜能夠有效分離樣品中的各種成分，質譜則通過質荷比（m/z）的測定，實現對目標化合物的準確檢測。質譜檢測技術的靈敏度極高，能夠檢測痕量級別的重金屬污染物[2]，對于確保食品安全至關重要。高選擇性則使LC-MS能夠在存在多種干擾物的情況下，準確識別和定量目標重金屬元素，為食品安全監控提供可靠的數據支持。

2.2.2 多元素同時檢測能力

在食品重金屬污染檢測中，往往需要同時檢測多種重金屬元素，如鉛、鎘、汞、砷等。傳統的檢測方法通常只能對單一元素進行分析，而LC-MS則可以通過一次分析過程，獲得多種重金屬元素的檢測結果。多元素同時檢測能力不僅縮短了檢測時間，降低了檢測成本，還提高了檢測數據的全面性和檢測結果的準確性[3]。通過優化質譜儀的參數，可以實現對多種重金屬元素的靈敏檢測，滿足復雜食品基質中重金屬污染檢測的需求。

2.3 局限性

2.3.1 儀器設備成本高

盡管LC-MS技術在食品重金屬檢測中表現出色，但其高昂的儀器設備成本限制了其廣泛應用。LC-MS由高效液相色譜系統和質譜檢測系統組成，設備精密復雜，價格昂貴。除此之外，LC-MS儀器的運行和維護也需要較高的費用，包括氮氣發生器、真空泵、消耗品及定期維護服務等。這些高成本限制了LC-MS技術在一些中小型實驗室或預算有限的檢測機構中的普及和應用。為了使LC-MS技術能在食品安全監管中廣泛應用，需要考慮設備采購和運行成本，以及尋求經濟高效的解決方案。

2.3.2 樣品前處理復雜

為了確保重金屬能夠被準確檢測，樣品通常需要經過一系列前處理步驟，如消解、提取、濃縮和凈化等。這些前處理步驟不僅耗時，還需要使用多種化學試劑和設備，增加了操作的復雜性和誤差帶入的可能性。尤其在處理復雜基質的食品樣品時，前處理過程需要特別謹慎，以免引入污染或造成目標重金屬損失。前處理的復雜性不僅增加了檢測過程的難度，還對操作人員的技術水平和經驗提出了較高的要求，影響了檢測的效率和準確性。

3 液質聯用技術在重金屬檢測中的應用

3.1 水產品檢測

由于水生環境易受工業廢水、農業徑流和其他污染源的影響，水產品中的重金屬污染問題日益嚴重。液相色譜-質譜聯用技術在水產品中重金屬的檢測中應用廣泛，為食品安全監管提供了重要的技術支撐。水產品加工過程中重金屬污染檢測步驟如表1所示。

在水產品重金屬檢測過程中，常用的前處理方法包括濕法消解和微波消解等，這些方法能夠有效地將水產品中的重金屬轉化為可溶性形式，以便后續的色譜和質譜分析。濕法消解通常使用濃硝酸、過氧化氫等強氧化劑，在加熱條件下將樣品中的有機質完全消解，釋放出重金屬離子。微波消解利用微波加熱的快速和均勻特性，提高消解效率和消解的完全性，適用于各種水產品樣品的處理。經過前處理后的樣品，進入液相色譜系統進行分離。根據重金屬的特性，選擇合適的色譜柱和流動相條件，實現樣品中重金屬離子的有效分離。反相高效液相色譜常用于分離親水性較低的有機金屬化合物，而離子交換色譜則適用于分離親水性較高的重金屬離子。在色譜分離過程中，通過優化流動相組成、流速和柱溫等參數，可以提高重金屬分離的分辨率和靈敏度。分離后的樣品直接進入質譜檢測系統，質譜技術的高靈敏度和高選擇性使其能夠檢測到水產品中的痕量重金屬。電感耦合等離子體質譜和電噴霧電離質譜是常用的檢測技術。ICP-MS具有多元素同時檢測的能力，適用于食品中檢測鉛、鎘、汞等重金屬的總量[4]。ESI-MS則在檢測有機金屬化合物和金屬配合物方面具有獨特的優勢。質譜檢測過程中，通過調節離子源電壓、碰撞能量和掃描模式等參數，可以進一步提高檢測的靈敏度和檢測結果的準確性[5]。

對于魚類、貝類和甲殼類水產品，采用LC-MS可以同時檢測多種重金屬污染物。例如，分析魚類中的汞污染時，通過優化色譜條件和質譜檢測參數，可以實現對甲基汞和無機汞的良好分離和定量檢測。對于貝類和甲殼類水產品中的鎘和鉛污染檢測，可聯合采用離子交換色譜和ICP-MS，以獲得高準確度的檢測結果。在實際應用中，液質聯用技術不僅能夠滿足水產品中重金屬污染的常規檢測需求，還能為污染源追溯和污染防治提供技術依據。通過對不同水產品中重金屬元素含量的監測和分析，可以識別污染源和污染途徑，從而制訂有效的污染防治措施。液質聯用技術的應用，為提高水產品安全監管水平，保障消費者健康提供了強有力的技術支持。

3.2 蔬菜和水果檢測

蔬菜和水果中重金屬污染的檢測對于保障食品安全和公眾健康至關重要。LC-MS在蔬菜和水果重金屬檢測中的應用，可以有效分離和檢測復雜基質中的重金屬，提供高靈敏度和高準確度的分析結果。例如，分析葉菜類蔬菜中的鉛和鎘污染時，通過液相色譜的有效分離和質譜的高靈敏度檢測，可以準確測定蔬菜中的鉛和鎘含量。對于水果，如蘋果和葡萄，通過優化色譜和質譜檢測條件，可以實現對水果中多種重金屬的同時檢測。

LC-MS技術不僅能夠滿足蔬菜和水果中重金屬污染的常規檢測需求，還能為污染源追溯和污染防治提供科學依據。通過對不同種類蔬菜和水果中重金屬含量的監測和分析，可以識別污染源和污染途徑，提高蔬菜和水果的安全監管水平，確保食品安全。

3.3 谷物和豆類檢測

谷物和豆類是人們日常飲食的重要組成部分，若其存在重金屬污染問題，則會直接影響公眾健康。液相色譜-質譜聯用技術在谷物和豆類重金屬檢測中的應用，為保障食品安全提供了有效手段。例如，檢測小麥、大米和玉米中的重金屬污染時，通過液相色譜的有效分離和質譜的高靈敏度檢測，可以準確測定這些谷物中的鉛、鎘和汞含量。豆類如大豆和綠豆中的重金屬檢測，也可以通過優化色譜和質譜檢測條件，實現對多種重金屬的同時檢測。

4 結語

食品加工過程中重金屬污染的檢測對于保障食品安全和公眾健康具有重要意義。液相色譜-質譜聯用技術憑借其高靈敏度、高選擇性和多元素同時檢測能力，已成為食品中重金屬檢測的主要方法之一。盡管LC-MS技術在儀器設備成本和樣品前處理方面還存在一定的局限性，但其在食品重金屬檢測中的優勢依然顯著。隨著科技的進步和檢測技術的發展，相信LC-MS技術將在食品安全監控中發揮越來越重要的作用，將進一步提高食品質量監管水平，保障消費者的健康與安全。

參考文獻

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[3]楊友聰，張旺，陸輔勤，等.電感耦合等離子體質譜法測定食品用紙制品中6種重金屬的含量[J].食品安全質量檢測學報，2019，10（22）：7616-7621.

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