基于質譜技術的食品中污染物檢測方法研究

摘 要：隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，食品安全問題受到廣泛關注。食品中的有害污染物會對人體健康造成嚴重威脅，及時準確檢測食品中的污染物至關重要。本文重點介紹了基于質譜的食品污染物檢測流程，包括樣品采集、樣品處理、質譜分析和數據處理解析等關鍵環節，探討了其在食品安全檢測領域的應用前景，旨在為食品安全檢測提供新思路和新方法。

關鍵詞：質譜技術；食品安全；污染物檢測

Research on the Detection Method of Contaminants in Food Based on Mass Spectrometry

HUANG Qixiang， MAI Shanjian

（Guangdong Consumer Testing Technology Co.， Ltd.， Dongguan 523808， China）

Abstract： With the development of social economy and the improvement of people’s living standards， food safety has received extensive attention. Harmful contaminants in food can pose a serious threat to human health， and timely and accurate detection of contaminants in food is crucial. In this paper， we focus on the mass spectrometry-based food contaminant detection process， including sample collection， sample processing， mass spectrometry analysis and data processing and analysis， and discuss its application prospect in the field of food safety testing， aiming to provide new ideas and methods for food safety testing.

Keywords： mass spectrometry; food safety; contaminant detection

隨著社會經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，食品安全問題日益受到廣泛關注。食品中的有害污染物如重金屬、農藥殘留、獸藥殘留等，不僅影響食品的品質和口感，還會對人體健康構成嚴重威脅[1]。為保障食品安全，及時準確地檢測食品中的污染物至關重要。質譜技術以其高靈敏度、高選擇性、高準確度等優勢，在食品安全檢測領域展現出廣闊的應用前景。將質譜技術與先進的樣品前處理方法相結合，可實現食品中痕量污染物的定量分析。本文介紹了質譜技術的基本原理與特點，分析了食品污染物檢測面臨的技術難題，在此基礎上重點探討了以質譜檢測技術為核心的食品污染物檢測基本流程，旨在為食品安全檢測提供新思路和新方法。

1 質譜技術概述

質譜技術是一種基于分子離子或原子離子的質荷比進行分離和檢測的現代分析技術。它通過將待測物質電離產生帶電粒子，再根據其質荷比的差異在電場或磁場中實現分離，最終由檢測器接收并轉換為相應的質譜信號[2]。質譜技術具有高靈敏度和高選擇性的特點，能夠對復雜基質中的目標物質進行定性定量分析，在食品安全檢測領域有著廣泛的應用。根據電離方式的不同，質譜技術可分為電子轟擊電離、化學電離、電噴霧電離、大氣壓化學電離以及基質輔助激光解吸電離等多種類型。這些電離技術各有優勢，可根據分析物的理化性質和實際需求進行選擇。

近年來，隨著儀器性能的不斷提升和新型電離技術的涌現，質譜技術迎來了新的發展機遇。高分辨質譜如飛行時間質譜（Time-of-Flight Mass Spectrometry，TOF-MS）、傅里葉變換離子回旋共振質譜（Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry，FT-ICR-MS）和靜電場軌道阱質譜（Orbitrap-MS）等，憑借其超高的質量分辨率和質量測量精度，使得同位素分布解析、基于精確質量的化合物鑒定以及非目標篩查分析成為可能[3]。此外，代謝組學、蛋白組學等新興學科的發展也為質譜技術注入了新的活力，推動了其在生物樣品分析中的應用。

2 食品中污染物檢測難點

食品基質的復雜性和多樣性是食品污染物檢測面臨的主要難題之一。食品基質中含有大量的蛋白質、脂肪、糖類和維生素等營養成分，以及色素、香料等添加劑，這些組分不僅會對目標污染物產生干擾，影響檢測的準確性和靈敏度，還可能導致基質效應，引起信號抑制或增強等問題[4]。此外，食品加工過程中可能引入各種外源性污染物，如塑化劑、油墨、重金屬等，進一步增加了基質的復雜程度。食品污染物種類繁多，包括重金屬、農藥殘留、獸藥殘留、霉菌毒素和持久性有機污染物等，不同類型污染物的理化性質差異很大，給檢測方法的建立帶來了挑戰。部分污染物在食品中的殘留水平極低，如何實現痕量污染物的高靈敏檢測也是一大難題。

質譜技術憑借其獨特的優勢，在食品污染物檢測中展現出巨大的應用潛力。質譜技術的高靈敏度使其能夠檢測到食品中痕量水平的污染物，滿足日益嚴格的食品安全標準和法規要求。高選擇性是質譜技術的另一顯著優勢，通過對特征離子的選擇性檢測，可以有效區分目標污染物和基質干擾，提高檢測的特異性[5]。質譜技術提供的豐富結構信息有助于污染物的定性鑒定，尤其是高分辨質譜和串聯質譜技術的應用，極大地提高了定性分析的可靠性。

3 基于質譜技術的食品中污染物檢測方法流程

3.1 樣品采集

樣品采集是食品污染物檢測的首要環節，其目的是獲取具有代表性的樣品，為后續的分析測試做好準備。針對不同類型的食品基質，應采用相應的采樣策略和技術。對于固體食品樣品，如谷物、水果、蔬菜等，可采用鉆孔取樣、切割取樣、四分法等方式，根據樣品的性質和污染物分布的均勻性，選擇合適的采樣點和采樣量，確保樣品的代表性[6]。對于液體食品樣品，如牛奶、飲料、油脂等，可采用混合采樣、分層采樣、連續采樣等方法，充分混勻后再進行取樣，避免樣品的不均一性對檢測結果造成影響。在采樣過程中，應嚴格遵循無菌操作規程，防止樣品受到二次污染。采樣器具應選用惰性材料制成，如不銹鋼、玻璃等，避免其與樣品發生化學反應或吸附作用。采樣環境應保持清潔，避免外源性污染物的引入。采集的樣品應及時密封包裝，標記清楚樣品的編號、來源、采集時間等必要信息，并在規定的時間內送至實驗室進行分析。

3.2 樣品處理

樣品處理是食品污染物檢測中的關鍵環節，其目的是從復雜的食品基質中提取和富集目標污染物，去除干擾成分，為后續的質譜分析做好準備。樣品處理方法的選擇取決于食品基質的性質和目標污染物的理化特性，通常包括萃取、凈化、濃縮等步驟。對于固體食品樣品，如肉類、魚類、蔬菜等，常采用均質、破碎等預處理方式，使樣品形成均一的粉末或漿液，有利于后續的萃取操作。萃取是樣品處理的核心步驟，其原理是利用目標污染物與萃取劑之間的親和力差異，將目標物質從食品基質中轉移到萃取劑中。常用的萃取技術包括液液萃取、固相萃取、固相微萃取和加速溶劑萃取等。以農藥殘留檢測為例，可采用乙酸乙酯作為萃取劑，通過液液萃取的方式將農藥殘留從蔬菜、水果等樣品中提取出來。萃取得到的溶液通常還含有大量的基質共萃取物，需要進一步凈化和純化。常用的凈化技術包括固相萃取、凝膠滲透色譜、液液分配等。例如，在霉菌毒素的檢測中，可采用免疫親和柱凈化技術，利用抗原抗體的特異性結合，去除大部分的基質干擾。凈化后的樣品溶液通常需要濃縮，以提高目標污染物的濃度，滿足質譜檢測的靈敏度要求。常用的濃縮方法包括氮吹濃縮、旋轉蒸發濃縮等。濃縮過程中應注意控制溫度和壓力，避免目標物質的損失或降解。

3.3 質譜分析

在樣品處理的基礎上，質譜分析是食品污染物檢測方法中最為關鍵的環節。經過樣品處理，目標污染物被有效地提取和富集，干擾成分被最大限度地去除，為質譜分析創造了良好的條件。質譜分析的原理是基于待測物質在電離源中電離產生帶電粒子，再根據其質荷比的差異在質量分析器中實現分離，最終由檢測器接收并轉換為相應的質譜信號。質譜分析的優勢在于其高靈敏度、高選擇性和高準確度，能夠對復雜食品基質中的目標污染物進行定性定量分析。

在質譜分析中，電離源的選擇至關重要，不同類型的電離源適用于不同性質的污染物。例如，對于極性較大的農藥殘留物，如除草劑草甘膦，常采用電噴霧電離（Electrospray Ionization，ESI）進行分析。ESI屬于軟電離技術，能夠有效保留分子離子信息，提高檢測的靈敏度和選擇性。而對于極性較小的污染物，如多環芳烴類化合物，則常采用大氣壓化學電離（Atmospheric Pressure Chemical Ionization，APCI）或者電子轟擊電離（Electron ionization，EI）等方式，獲得豐富的特征性碎片離子，有利于物質的結構解析和定性鑒定。

質量分析器是質譜儀的核心組件，其性能直接影響分析結果的準確性。針對不同類型的食品污染物，應選擇合適的質量分析器。例如，在重金屬元素分析中，電感耦合等離子體質譜（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）憑借其高靈敏度和寬線性動態范圍的特點，成為首選的分析技術。ICP-MS能夠同時測定多種重金屬元素，快速篩查食品中的潛在危害物質；對于痕量級別的污染物，如某些獸藥殘留，可采用三重四極桿質譜（QqQ）進行分析，通過選擇反應監測（Selected Reaction Monitoring，SRM）模式，對特征性母離子和子離子進行選擇性檢測，可大大提高檢測的靈敏度和特異性，實現目標物質的精確定量。

3.4 數據處理解析

在完成質譜分析后，數據處理和解析是食品污染物檢測中不可或缺的環節。質譜分析產生的原始數據通常包含大量的質譜信號，需要經過一系列的數據處理步驟，才能轉化為有意義的定性定量結果。對質譜數據進行背景扣除和基線校正，可以去除儀器噪音和基質干擾的影響，提高信號的信噪比。通過質量校正和同位素分布模式識別，可以確定目標化合物的分子離子或特征性碎片離子，為后續的定性分析奠定基礎。

在定性分析中，通過與標準品質譜圖或質譜數據庫的比對，同時結合保留時間、同位素豐度比等信息，可以對目標物質進行結構鑒定。對于未知化合物的鑒定，則需要借助高分辨質譜技術，如四極桿-飛行時間串聯質譜或傅里葉變換離子回旋共振質譜等，通過精確的質量測量和元素組成分析，推斷出化合物的分子式和可能的結構。

在定量分析中，需要建立合適的定量方法，選擇合適的定量離子，優化質譜參數，確保檢測的選擇性和靈敏度。例如，通過繪制標準曲線，考察方法的線性關系、精密度和準確度，并評估基質效應對定量結果的影響，可實現對目標物質的準確檢測。針對復雜基質樣品，可采用基質匹配標準曲線、同位素內標法等策略，有效減少基質干擾，提高定量結果的準確性。

數據質量控制是數據處理和解析中不可忽視的環節。通過分析空白樣品、基質加標樣品、質控樣品等，評估分析過程中是否存在污染、干擾或系統誤差。定期進行儀器性能檢查和校準，確保質譜系統的穩定性和可靠性。在數據解析過程中，應嚴格遵循相關的技術標準和指南，如食品安全國家標準、國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）標準等，規范數據處理和質量控制流程，確保結果的準確性和可比性。

4 結語

質譜技術憑借其高靈敏度、高選擇性和高準確度，在食品污染物檢測領域展現出巨大的潛力。本文綜述了質譜技術的基本原理，分析了食品污染物檢測面臨的技術難題，并詳細探討了基于質譜的食品污染物檢測流程，包括樣品采集、樣品處理、質譜分析和數據處理解析等關鍵環節。未來，隨著質譜儀性能的不斷提升和新型電離技術的涌現，再加上人工智能、大數據等新興技術的結合使用，質譜技術在食品安全領域的應用將更加廣泛。建立標準化的檢測方法、完善質譜數據庫、開發智能化數據處理系統等，將是推動質譜技術在食品污染物檢測中深入應用的重要方向，將為保障食品安全提供更加可靠的技術支撐。

參考文獻

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