基于质谱分析的食品污染物检测方法研究

摘 要：食品污染物的检测对于保障食品安全至关重要。质谱分析技术凭借其高灵敏度、高选择性和强大的定性定量能力，在食品污染物检测领域展现出显著优势。本文探讨基于质谱分析的食品污染物检测方法及其优势和未来发展方向，为提升食品污染物检测水平，保障食品安全提供有力的技术支持和理论依据。

关键词：质谱分析；食品污染物；检测方法；食品安全

Study on Food Pollutant Detection Method Based on Mass Spectrometry Analysis

ZHANG Pengfei， ZHAO Zengcai， FU Jianrui， CUI Yanfang

（Weifang HR-HC Testing Technology Co.， Ltd.， Weifang 261000， China）

Abstract： The detection of food contaminants is very important to ensure food safety. With its high sensitivity， high selectivity and strong qualitative and quantitative ability， mass spectrometry has shown significant advantages in the field of food contaminant detection. This paper discusses the detection methods of food pollutants based on mass spectrometry and their advantages and future development direction， aiming to provide strong technical support and theoretical basis for improving the level of food contaminant detection and ensuring food safety.

Keywords： mass spectrometry analysis; food contaminants; detection method; food safety

食品安全是关系到公众健康和社会稳定的重要问题，食品污染物的存在严重威胁着人们的健康。例如，重金属、农药残留、兽药残留、生物毒素和食品添加剂滥用等均可能导致人体中毒、过敏等多种健康问题。因此，准确、快速、高效地检测食品中的污染物具有重要的现实意义。质谱分析技术作为一种先进的分析手段，能对食品中的痕量污染物进行精确的检测和分析，为食品安全监管提供关键的技术支撑。

1 质谱分析技术的原理

质谱分析技术的核心是使样品分子离子化，然后通过质量分析器按质荷比对离子进行分离和检测。样品在离子源中被转化为气态离子。离子源的种类多样，如电子轰击离子源，使用高能电子束撞击样品分子，使其失去电子形成正离子；化学离子源则是通过试剂离子与样品分子发生化学反应以实现离子化。离子化后的样品离子进入质量分析器，在电场和磁场的作用下，离子因质荷比不同而具有不同的运动轨迹，质量小的离子偏转程度大，质量大的离子偏转程度小，从而实现分离。最后，分离后的离子到达检测器，产生电信号，经放大和数据处理，得到以质荷比为横坐标、离子丰度为纵坐标的质谱图。通过对质谱图的解析，可获取样品分子的相对分子质量、结构信息等。质谱分析技术已被广泛应用于化学、生物、环境监测等众多领域[1]。

2 基于质谱分析的食品污染物检测方法

2.1 电感耦合等离子体质谱技术

电感耦合等离子体质谱（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）技术是检测食品中重金属污染物的常用方法。其利用电感耦合等离子体将样品中的金属元素离子化，然后通过质谱仪进行检测。ICP-MS技术具有极高的灵敏度和极低的检测限，能够检测出食品中痕量的重金属元素，如铅、镉、汞和砷等。同时，ICP-MS技术可以同时测定多种金属元素，并且准确测定元素的同位素组成，为研究重金属在食品中的来源和迁移转化提供有力的手段。例如，在检测食品中的铅含量时，将食品样品进行消解处理，使铅元素转化为离子状态。再将消解后的样品溶液引入ICP-MS仪器中，铅离子在等离子体中被离子化，并在质谱仪中按照质荷比进行分离和检测。与标准铅溶液的质谱图进行比对和标准曲线的建立，可准确测定食品中铅的含量[2]。

2.2 飞行时间二次离子质谱技术

飞行时间二次离子质谱（Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry，TOF-SIMS）技术是一种表面分析技术，对食品表面的重金属污染物进行检测。该技术通过用高能离子束轰击食品样品表面，使表面的原子或分子离子化并溅射出来，然后利用飞行时间质谱仪对溅射出来的离子进行检测。TOF-SIMS技术具有高空间分辨率和高灵敏度的特点，可对食品表面的微观细节进行分析，了解重金属在食品表面的分布情况[3]。在检测水果表面的重金属污染时，TOF-SIMS技术可以准确检测出水果表皮上重金属元素的种类和含量，并且能够分析重金属在表皮不同部位的分布差异，为研究水果的污染途径和控制措施提供重要信息。

2.3 质谱联用技术

2.3.1 气相色谱-质谱联用技术

气相色谱-质谱联用技术是检测食品中农药残留的经典方法之一，其结合了气相色谱的高效分离能力和质谱的高灵敏度、高选择性检测能力。在检测食品中的有机氯农药残留时，将食品样品用有机溶剂提取，再经过净化处理后，将提取液注入气相色谱-质谱联用仪器中。有机氯农药在气相色谱柱中按照沸点和极性的不同进行分离，分离后的农药组分依次进入质谱仪进行离子化和检测。选择离子监测模式，可提高检测的灵敏度和选择性，准确测定食品中有机氯农药的残留量[4]。对于一些挥发性较好的兽药，如某些有机磷类兽药，气相色谱-质谱联用技术也可用于其残留检测。气相色谱-质谱联用技术可进一步提高检测的灵敏度和选择性，有效排除基质干扰，准确测定食品中的兽药残留量。

2.3.2 液相色谱-质谱联用技术

液相色谱-质谱联用技术适用于检测挥发性差、热不稳定的农药残留。其利用液相色谱对样品进行分离，然后通过质谱仪进行检测。液相色谱-质谱联用技术具有分析速度快、灵敏度高、选择性好等优点，能检测出食品中多种新型农药和极性农药的残留。在检测食品中的氨基甲酸酯类农药残留时，由于这类农药热稳定性较差，不适合用气相色谱-质谱联用技术进行检测，而液相色谱-质谱联用则可对其进行分析[5]。

液相色谱-质谱联用技术是检测食品中兽药残留的重要方法，在液相色谱-质谱联用的基础上，增加一级质谱与二级质谱之间的碰撞诱导解离过程，能获得更多的化合物结构信息，进一步提高检测的准确性和选择性。在检测食品中的抗生素残留时，液相色谱-质谱联用技术可对多种抗生素进行同时检测，如四环素类、磺胺类、喹诺酮类等。选择合适的离子源和检测模式，能准确测定食品中抗生素的残留量，并且可以区分不同抗生素的异构体和代谢产物。液相色谱-质谱联用技术在生物毒素检测中应用广泛，能检测多种类型的生物毒素，如霉菌毒素、藻类毒素等。

2.4 基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术

基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术是一种快速、高通量的生物毒素检测技术。其利用基质辅助激光解吸电离技术将生物毒素离子化，然后结合飞行时间质谱仪进行检测。基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术具有分析速度快、灵敏度高、样品前处理简单等优点，同时可检测多种生物毒素。在检测食品中的藻类毒素时，基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术可快速对藻类毒素进行定性和定量分析，为食品安全监测提供一种高效的检测方法。

3 基于质谱分析的食品污染物检测方法的优势

3.1 高准确性和可靠性

基于质谱分析的食品污染物检测方法，具有无可比拟的高准确性和可靠性。在检测过程中，质谱仪通过将样品离子化，根据离子的质荷比进行分离和检测。凭借这一原理，能精准确定食品污染物的种类和含量。在定性方面，其独特的离子碎片特征如同污染物的“指纹”，能够准确鉴别不同的污染物，避免误判。定量时，质谱分析的线性范围宽，能够精确测量痕量到常量水平的污染物，灵敏度极高，检测限可低至微克甚至纳克级别。这种高准确性和可靠性，使检测结果更加稳定且可信。无论是监管部门把控食品安全标准，还是食品企业自查自纠，通过质谱分析均可提供坚实的数据支撑，有效保障食品安全。

3.2 检测范围广

基于质谱分析的食品污染物检测方法，拥有极为广泛的检测范围。从污染物种类来看，它不仅能检测常见的农药残留，如有机磷、有机氯等各类农药，还能精准检测兽药残留，如抗生素、激素等。同时可以检测重金属污染物，如铅、汞、镉等，以及食品加工过程中产生的有害物，如多环芳烃、亚硝胺等。在食品类型上，无论是各类农产品、肉制品、乳制品，还是水产品、加工食品等，都能运用该方法进行污染物检测。在食品安全监测领域，质谱分析可以全方位覆盖各类食品及其中可能存在的污染物，为保障食品安全提供全面的检测支持，有效弥补了其他检测方法在检测范围上的局限性。

3.3 快速高效

基于质谱分析的食品污染物检测方法，在检测效率方面表现卓越。传统检测方法往往需要烦琐的样品前处理步骤，而质谱分析能大幅简化这一过程。在样本处理阶段，通过快速萃取、净化将目标污染物从复杂食品基质中分离，为后续检测节省了大量时间。在检测环节，高分辨率质谱仪可在极短时间内完成对多种污染物的扫描分析，借助强大的数据采集系统，一次进样就能同时获取多种污染物的信息，避免了多次检测的烦琐操作过程。在数据处理方面，专业软件能快速对采集到的数据进行解析、比对和定量分析，进而得出准确的检测结果。

4 基于质谱分析的食品污染物检测方法的未来发展方向

4.1 开发高效的样品前处理技术

为简化样品前处理过程，提高检测效率和准确性，需要开发更加高效、简便、快速的样品前处理技术。采用固相微萃取、分散固相萃取、免疫亲和固相萃取等新型萃取技术，能够实现对食品样品中污染物的快速提取和净化。同时，结合微流控芯片技术，将样品前处理过程集成在芯片上，可实现样品前处理的自动化和微型化。

4.2 研发新型质谱仪器和技术

随着科技的不断发展，需研发更加先进的质谱仪器和技术，以提高食品污染物检测的灵敏度、选择性和分析速度。例如，开发高分辨率质谱仪，能够提供更准确的分子量和结构信息，进一步提高检测的准确性。同时，探索新的离子化技术和检测模式，如实时直接分析质谱、纸喷雾质谱等，能够实现对食品样品的快速、原位检测。

4.3 发展智能化的数据处理和分析方法

①结合人工智能、机器学习等技术，发展智能化的数据处理和分析方法。②建立数学模型，对质谱数据进行自动分析和解读，提高数据处理的准确性和效率。③利用深度学习算法对大量的质谱数据进行学习和训练，建立自动识别食品污染物的智能模型，实现对食品污染物的快速定性和定量分析。

4.4 建立统一的标准和规范

加强基于质谱分析的食品污染物检测方法的标准化研究，建立统一的标准和规范，包括制订统一的样品前处理方法、仪器操作条件、数据采集和处理方法等，提高检测结果的可比性和重复性。同时，建立权威的食品污染物质谱数据库，为食品污染物检测提供可靠的参考依据。

5 结语

基于质谱分析的食品污染物检测方法具有高灵敏度、高选择性、强大的定性定量能力和多组分同时检测等优势，在食品污染物检测中发挥着重要作用。未来，随着科技的不断进步，通过开发高效的样品前处理技术、研发新型质谱仪器和技术、发展智能化的数据处理和分析方法、建立统一的标准和规范以及拓展应用领域等措施，基于质谱分析的食品污染物检测方法将不断完善和发展，为保障食品安全提供更加有力的技术支撑。

参考文献

[1]劳丹.食品中重金属污染物的多元分析和定量检测研究[J].现代食品，2024（4）：169-171.

[2]肖洁.凝胶渗透色谱净化-气相色谱质谱法在两类食品污染物检测中的应用研究[D].重庆：西南大学，2013.

[3]宋天祎，郭亚辉，姚卫蓉.实时直接分析技术在食品污染检测中的应用[J].食品研究与开发，2023，44（10）：201-207.

[4]阎安婷.基于气相色谱-质谱联用法的食品检测技术研究[J].现代食品，2024（12）：182-184.

[5]田鑫.可再生SERS基底的构建及其在食品添加剂分析检测中的应用[D].上海：上海师范大学，2024.

作者简介：张鹏飞（1986—），女，山东潍坊人，本科，工程师。研究方向：检验检测。