ICP-MS法測定食品及其包裝材料中重金屬元素的研究進(jìn)展

袁 磊

（連云港市贛榆區(qū)綜合檢驗(yàn)檢測中心，江蘇連云港 222100）

近年來，隨著工業(yè)發(fā)展進(jìn)程的加快，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。雖然人們的生活水平不斷提升，但由于環(huán)境污染導(dǎo)致的食品安全事件也隨之增多，其中由于重金屬污染導(dǎo)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(guān)產(chǎn)品進(jìn)行重金屬檢測對于維護(hù)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(zhì)譜法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICPMS）被公認(rèn)為是發(fā)展較快的重金屬檢測的新型方法之一，在復(fù)雜基質(zhì)重金屬檢測的應(yīng)用較多?；诖耍疚膶CP-MS在食品及其包裝材料中的重金屬檢測應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為ICP-MS技術(shù)在食品領(lǐng)域的發(fā)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(jìn)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(gè)途徑進(jìn)入人體：①由于工業(yè)廢水、廢氣的大量排放，部分毒重金屬進(jìn)入食物鏈中，通過富集作用進(jìn)入人體；②在食品生產(chǎn)、加工和運(yùn)輸過程中，受到諸如包裝材料中毒重金屬的污染，從而進(jìn)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(zhì)、玻璃、陶瓷和金屬這五大類[2]。研究發(fā)現(xiàn)，包裝材料中的可遷移物質(zhì)主要有重金屬、增塑劑、雙酚類物質(zhì)、油熒光物質(zhì)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(xué)者高度關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。食品及其包裝材料中的重金屬元素檢測技術(shù)，也因此得到了很大發(fā)展，目前常用的檢測技術(shù)有原子熒光法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法以及原子吸收光譜法等[3]。

2 ICP-MS技術(shù)概述

ICP-MS是于20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的無機(jī)元素和同位素分析測試技術(shù)，被譽(yù)為分析化學(xué)領(lǐng)域的突破性創(chuàng)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(zhì)譜儀的優(yōu)點(diǎn)。該儀器主要由等離子體發(fā)生器、接口、離子聚焦系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、四極桿質(zhì)量分析器和離子檢測系統(tǒng)等部分組成。

圖1 ICP-MS儀器的結(jié)構(gòu)組成

ICP-MS通過將電感耦合等離子體電離特性與質(zhì)譜技術(shù)用獨(dú)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(qiáng)大功率的射頻信號形成高溫等離子體，其溫度通常高達(dá)79726.85 ℃，能夠完成樣品的蒸發(fā)和分子解析，并利用氣體推動形成持續(xù)電離。質(zhì)譜作為質(zhì)量篩選器，被測元素進(jìn)入高頻等離子體后，形成離子并與光子和中性粒子分析，進(jìn)入質(zhì)量分析器。質(zhì)譜對進(jìn)入其中的離子進(jìn)行選擇，將不同質(zhì)荷比的離子進(jìn)行分離，并根據(jù)元素的分子離子峰計(jì)算不同離子的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)對被測元素的濃度分析。

3 ICP-MS技術(shù)在檢測食品及其包裝材料中重金屬元素的應(yīng)用

3.1 ICP-MS檢測食品中重金屬的應(yīng)用

海洋中的蝦、貝類、魚類和藻類等生物容易富集工業(yè)廢水中的重金屬元素，這些海產(chǎn)品進(jìn)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(chǎn)品中的重金屬，包括鉛元素等12種重金屬的含量，驗(yàn)證了這一檢測法的優(yōu)越性。該法具有操作簡單、靈敏度強(qiáng)、消解徹底和準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上改善了傳統(tǒng)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(yè)三廢”污染，導(dǎo)致重金屬在果蔬根系中不斷累積，進(jìn)入人體造成危害。張揚(yáng)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(lán)、豆制品、慈菇和堅(jiān)果等，并與其他檢測方法做了對比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ICP-MS無論在精確度、準(zhǔn)確度，還是在效率上，都優(yōu)于原子吸收光譜法等其他方法，適合同時(shí)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(shù)在果蔬中的應(yīng)用還會進(jìn)一步普及和發(fā)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(dǎo)致重金屬富集，最終進(jìn)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(xué)者對此進(jìn)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(jìn)行了對比。結(jié)果表明，ICP-MS的靈敏度和回收率高、準(zhǔn)確性好，在操作便利性、檢測效率和檢出限等方面更具優(yōu)勢。

禽畜養(yǎng)殖過程中，由于動物飼料中存在一些添加劑以及環(huán)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(lián)合應(yīng)用，先利用石墨消解法進(jìn)行樣品前處理，再使用ICP-MS分析重金屬元素。研究發(fā)現(xiàn)，該檢測法操作簡便，測定結(jié)果誤差小，能避免基質(zhì)效應(yīng)的干擾，可重復(fù)使用且具有很高的準(zhǔn)確性，值得進(jìn)一步加大應(yīng)用。

3.2 ICP-MS在檢測食品包裝材料中重金屬的應(yīng)用

食品在生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸過程中也可能帶來重金屬污染。隨著食品工業(yè)的快速發(fā)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(huán)境下，有可能產(chǎn)生鉛、鎘、鉻等重金屬元素向食品中遷移的現(xiàn)象。這一點(diǎn)也得到了國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注。ICP-MS在檢測食品包裝材料中重金屬的應(yīng)用也日益增多。

喬兆華等[9]對應(yīng)用于食品包裝的鋁塑復(fù)合材料中的重金屬進(jìn)行檢測，先對樣品進(jìn)行微波消解處理和電熱消解處理，在3個(gè)水平進(jìn)行添加實(shí)驗(yàn)，通過ICP-MS法同時(shí)檢測9種重金屬的檢出限、定量限，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)，并統(tǒng)計(jì)了加標(biāo)回收率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過微波消解處理，采用ICP-MS技術(shù)對鋁塑復(fù)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(jìn)行ICP-MS檢測，總結(jié)出一套更穩(wěn)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(jìn)行樣品前處理，并對儀器參數(shù)進(jìn)行調(diào)諧與測定，擬合線性回歸，判定該檢測方法的精準(zhǔn)度。研究結(jié)果證實(shí)，ICP-MS技術(shù)用于測定玻璃和陶瓷容器中的鎘、鉛金屬元素時(shí)具有穩(wěn)定、精準(zhǔn)的特點(diǎn)，能夠滿足檢測的要求。

綜上所述，諸多的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明ICP-MS能靈敏、準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中的檢測要求，能為食品安全管理提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，ICP-MS在食品安全領(lǐng)域發(fā)揮出越來越重要的作用。在眾多學(xué)者的共同探索下，ICP-MS技術(shù)與其他色譜與光譜儀器的聯(lián)用技術(shù)也不斷突破，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展，如毛細(xì)管電泳-ICP-MS、流動注射電熱蒸發(fā)-ICP-MS、超臨界流體色譜-ICPMS等。這些技術(shù)的出現(xiàn)更好地拓展了檢測儀器的功能，充分發(fā)揮出不同技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢，進(jìn)一步擴(kuò)大了ICP-MS的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，ICP-MS儀器造價(jià)較高，操作維護(hù)所需的人力成本和資金成本也較高，制約了該技術(shù)的普及。相信未來隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，ICP-MS技術(shù)將會越來越普及，在食品中重金屬檢測領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。