電感耦合等離子體質譜法在保健食品重金屬元素檢測中的應用與優化

摘 要：目的：優化電感耦合等離子體質譜法（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS），以提高檢測保健食品中重金屬元素的靈敏度和準確性。方法：通過采用碰撞反應池技術以及選用銠（Rh）作為內標元素，對ICP-MS方法進行優化。結果：各元素的方法檢出限為0.005 μg·L-1，定量限為

0.015 μg·L-1，加標回收率在96.7%～98.5%，相對標準偏差小于5%，在保健食品中重金屬元素檢測方面表現出了較高的靈敏度和準確性。結論：優化后的ICP-MS方法提高了信號強度和穩定性，質譜干擾得到有效消除。內標元素的引入提高了信號的穩定性和檢測結果的準確性，為保健食品中重金屬元素檢測提供了科學的技術支持。

關鍵詞：保健食品；電感耦合等離子體質譜法；重金屬元素檢測

Application and Optimization of Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry in the Detection of Heavy Metal Elements in Health Foods

YU Yue ， ZHANG Lei ， ZHOU Dongtao

（Qingdao Institute of Food and Drug Control， Key Laboratory of Quality Research and Evaluation of Marine Traditional Chinese Medicine， State Drug Administration， Qingdao 266071， China）

Abstract： Objective： To optimize inductively coupled plasma-mass spectrometry to improve the sensitivity and accuracy of detecting heavy metal elements in dietary supplements. Method： The ICP-MS method was optimized by using the collision reaction cell technique and selecting rhodium as the internal standard element. Result： The detection limit of each element method is 0.005 μg·L-1， the quantification limit is 0.015 μg·L-1， the spiked recovery rate is between 96.7% and 98.5%， and the relative standard deviation is less than 5%. It has shown high sensitivity and accuracy in the detection of heavy metal elements in health food. Conclusion： The optimized inductively coupled plasma-mass spectrometry method improved the signal intensity and stability， and the mass spectral interference was effectively eliminated. The introduction of the internal standard element improved the stability of the signal and the accuracy of the detection results， provided scientific technical support for the detection of heavy metal elements in dietary supplements.

Keywords： health food; inductively coupled plasma-mass spectrometry; heavy metal element detection

保健食品是一種聲稱并具有特定保健功能或者以補充維生素、礦物質為目的的食品，其安全性備受關注。重金屬元素的攝入對人體健康具有潛在的危害，甚至在低濃度下也可能對器官功能產生不良影響。因此，確保保健食品中重金屬元素的含量在安全范圍內，對保障人們的身體健康具有重要意義。在重金屬檢測領域，電感耦合等離子體質譜法（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）因其具有多元素同時分析的能力，成為一種重要的檢測手段[1]。然而，保健食品的復雜基質和多變的化學組成嚴重影響ICP-MS的檢測精確度。樣品中的有機物質可能會使質譜信號受到干擾，影響分析結果的準確性。通過優化ICP-MS的操作參數及引入內標校正技術，可以有效提高方法的可靠性和穩定性。本研究通過碰撞反應池技術，并選用銠（Rh）作為內標元素，對現有的ICP-MS方法進行優化，并有效克服復雜基質的干擾，提高重金屬元素的檢測準確性。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

保健食品樣品，市售；混合標準元素儲備溶液，上海麥克林生化技術有限公司；銠（Rh）單元素標準溶液（濃度1.0 μg·mL-1），上海麥克林生化技術有限公司；正丙醇，廣州市化學試劑廠；二甲苯，西隴科學股份有限公司；Milli-Q超純水，MilliporeSigma。

Agilent 7500cx型ICP-MS儀器，美國Agilent公司；Milli-Q超純水機，美國Millipore公司；MARS 6微波消解儀，美國CEM Corporation公司；XS205 DualRange電子天平，瑞士Mettler Toledo公司。

1.2 內標溶液的使用

將銠（Rh）單元素內標溶液（1.0 μg·mL-1）在線加入待測樣品中，以消除因樣品基體差異引起的測定誤差[2]。

1.3 樣品的測定

精確稱取0.5 g保健食品樣品置于50 mL容量瓶中，加入1 mL 2%的硝酸和49 mL丙醇-二甲苯（其中丙醇與二甲苯的體積比為7∶3）的混合溶液進行稀釋，并定容至刻度線。此過程確保樣品中的重金屬元素完全溶解，形成均勻的待測溶液。將上述待測溶液通過進樣系統引入ICP-MS儀器，使用八極桿碰撞反應池技術，以氦氣為碰撞氣體，消除多原子離子對待測元素的質譜干擾。在線加入內標元素銠（Rh），確保分析信號的穩定性，并使用內標校正方法計算樣品中重金屬元素的實際含量[3]。

1.4 儀器條件

使用Agilent 7500cx型ICP-MS儀器進行分析。該儀器的主要參數設置如表1所示。

2 結果與分析

2.1 應用優化路徑

2.1.1 碰撞反應池技術

在ICP-MS中，質譜干擾是影響分析準確性的主要因素之一。為消除多原子離子對待測元素的干擾，本研究引入了碰撞反應池技術[4]。該技術通過引入碰撞氣體來消除干擾離子，從而提高分析的準確性和靈敏度。在本研究中，選擇氦氣作為碰撞氣體，因為氦氣不會與樣品基質元素發生反應形成新的干擾離子。由于其他元素在ICP-MS檢測中所受的質譜干擾相對較小，且在保健食品中的含量處于不太容易受到質譜干擾影響的濃度范圍，因此本次實驗選擇了對干擾較為顯著的Cr、Ni、As進行重點研究。通過實驗確定了氦氣的最佳流量為5.0 mL·min-1。在該流量下，各待測元素的檢出限（Limit of Detection，LOD）達到最小值，如Cr、Ni、As的LOD值分別為41.2 ng·L-1、30.5 ng·L-1和22.3 ng·L-1。在不同的質譜模式下，分別測定待測元素的背景等效濃度（Background Equivalent Concentration，BEC）。由表2可知，采用He碰撞模式時，Cr、Ni、As的BEC值明顯降低，證明了碰撞反應池技術在消除質譜干擾方面的有效性，能夠有效地消除ICP-MS檢測保健食品中重金屬元素的質譜干擾，提高方法的靈敏度和準確性。

2.1.2 內標元素的選擇與應用

在ICP-MS中，內標元素的選擇和應用對于提高分析的準確性和穩定性至關重要。本研究選擇銠（Rh）作為內標元素，原因是其與待測元素的物理化學性質相近，且在樣品基質中不存在天然的銠，能夠有效避免內標信號的干擾。通過在樣品溶液中加入

1.0 μg·mL-1的Rh內標元素，考察了各待測元素在120 min內的歸一化計數值，結果如表3所示。內標加入前各元素的歸一化計數值為1.01～1.04，顯示出一定程度的信號波動。通過比較內標加入前后的數值，可觀察到內標加入后各元素的歸一化計數值更接近1.00，且變化范圍為1.00±0.01，表明內標元素的加入穩定了待測元素的質譜信號，有效提高了ICP-MS法在檢測保健食品中重金屬元素時的靈敏度和準確性[5]。內標元素Rh的引入有效消除了基體效應和信號漂移，確保了多元素分析的可靠性和長時間運行的穩定性。

2.2 方法的建立

2.2.1 標準曲線、檢出限和定量限

在完成儀器參數優化和內標元素選擇后，研究進行了全面的方法學驗證實驗，以確保優化后的ICP-MS方法檢測保健食品中重金屬元素的可靠性和準確性。通過配制不同濃度的標準溶液，建立各待測元素的標準曲線。實驗結果顯示，在0.1～

100.0 μg·L-1的濃度范圍內，所有待測元素均呈現良好的線性關系，且相關系數（R2）均≥0.999 5。檢出限和定量限（Limit of Quantitation，LOQ）的測定分別采用3倍信噪比和10倍信噪比方法，結果顯示各元素的LOD為0.005 μg·L-1，LOQ為0.015 μg·L-1，滿足保健食品中重金屬元素檢測的要求。具體實驗數據見表4。

2.2.2 精密度與準確度

為評估方法的精密度，研究對同一批次樣品進行了6次平行測定，并計算相對標準偏差（Relative Standard Deviation，RSD）。結果顯示，各元素的RSD均小于5%，表明該方法具有良好的重復性。準確度試驗采用標準加入法進行，在實際樣品中添加10 μg·L-1的標準溶液，測定回收率。結果顯示，各元素的加標回收率在96.7%～98.5%，符合分析方法驗證的要求，具體數據見表5。

2.2.3 穩定性試驗

對同一批次樣品在不同時間點（0 h、4 h、8 h、24 h）進行測定來評估方法穩定性，得出具體實驗數據如表6所示。24 h內各元素的測定值RSD均小于3%，表明該方法具有良好的穩定性。

2.3 樣品測定

利用優化后的電感耦合等離子體質譜法測定保健食品中的重金屬元素，實驗數據如表7所示。優化后的ICP-MS方法能夠檢測出極低濃度的重金屬元素。樣品F中的Cd（鎘）和Hg（汞）含量均為0.062 μg·g-1，表明該方法具有很高的靈敏度，能夠準確檢測出含量較低的重金屬，為保障人們的健康提供了科學的技術手段。

3 結論

綜上所述，本研究通過碰撞反應池技術及銠（Rh）內標元素，優化了電感耦合等離子體質譜法，提高了檢測保健食品中重金屬元素的準確性。在0.1～100.0 μg·L-1的濃度范圍內，所有待測元素均呈現良好的線性關系，且相關系數（R2）均≥0.999 5，各元素的加標回收率在96.7%～98.5%，各元素的RSD均小于5%，說明方法具有良好的重復性；24 h內各元素的測定值RSD均小于3%，說明該方法有良好的穩定性，為保健食品質量控制和消費者健康保障提供了重要的技術支持。

參考文獻

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