LC-MS在食品加工过程中重金属污染物检测中的应用

摘 要：食品加工过程中出现的重金属污染问题严重威胁食品安全和公众健康。液相色谱-质谱联用技术因其高灵敏度、高选择性和多元素同时检测能力，被广泛应用于食品重金属检测。重金属污染的主要来源有原料污染、加工过程中的污染、包装材料和存储过程中的污染。液相色谱-质谱联用技术在水产品、蔬菜水果、谷物豆类检测的实际应用中展示出了高效、准确的检测能力。通过优化检测方法和降低成本，该技术将在食品安全监控中发挥越来越重要的作用，从而为保障消费者健康提供技术支持。

关键词：重金属污染；食品加工；液相色谱-质谱联用技术；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

重金属污染不仅直接影响食品的质量和安全，还可能通过食物链的累积效应对人体健康造成严重危害，如导致神经系统、免疫系统及肾脏功能受损。为保障食品安全、维护公众健康，迫切需要有效、快速、灵敏的重金属检测方法。液相色谱-质谱联用技术（Liquid Chromatograph-Mass Spectrometer，LC-MS）作为一种高效的分析检测方法，凭借其高灵敏度、高选择性和多元素同时检测的优势，已广泛应用于食品中重金属检测。本文探讨食品加工过程中液质联用技术在重金属检测中的应用，以供参考。

1 食品加工过程中重金属污染的来源

1.1 原料污染

原料中重金属污染主要来源于农田和水源污染。农业生产过程中，施用含有重金属的化肥和农药，以及工业废水和废气的排放，都会导致土壤和水源中的重金属积累。当这些受污染的土壤和水源用于种植农作物或养殖水产品时，重金属会被植物和动物吸收并积累，从而进入食品原料中。例如，稻米和蔬菜可能含有镉，海产品则容易受到汞污染。原料污染不仅影响食品的安全性，还可能会对食品加工的后续步骤产生潜在影响。

1.2 加工过程中的污染

在食品加工过程中，重金属污染的来源主要有以下几方面。①加工设备材质中的铅、镉和铬等重金属可能会迁移到食品中。②加工场所中的空气以及水源污染等可能导致食品受到重金属污染。例如，在食品清洗、切割、煮沸过程中，受污染的水源和环境空气中的重金属颗粒可能附着到食品上。

1.3 包装材料和存储过程中的污染

某些包装材料如塑料、金属罐和铝箔纸，可能含有铅、镉等重金属，这些重金属在特定条件下（如高温、酸性环境）可能迁移到食品中。食品运输和存储过程中，如果存储环境不当，如使用含有重金属的仓库设备或容器，或者在受污染的环境中存储，食品则可能会受到重金属污染。例如，使用镀锌容器存储酸性食品时，可能导致食品中锌含量超标。包装材料和存储环境中的重金属污染不仅影响食品的质量，还可能对消费者的健康造成威胁。

2 液质联用法概述

2.1 原理

液相色谱-质谱联用技术是现代分析化学中重要的检测方法，广泛应用于食品中重金属污染检测。该技术将液相色谱和质谱法两者的优势有机融合，实现了对复杂样品中重金属的高效分离和精确检测[1]。

液相色谱技术利用样品中不同组分在固定相和流动相间的分配系数差异进行分离。在检测过程中，样品溶液通过注射器或泵送入色谱柱，不同组分在固定相和流动相中的分配系数不同，导致其在色谱柱中的迁移速率不同，从而实现分离。对于重金属检测，常用反相高效液相色谱（Reverse-Phase-High Performance Liquid Chromatography，RP-HPLC）和离子交换色谱（Ion Exchange Chromatography，IEC），它们分别适用于不同类型的重金属离子分离。

质谱技术通过离子源将样品分子电离，然后根据质荷比（m/z）对离子进行分离和检测。常用的食品中重金属元素的检测方法有电感耦合等离子体质谱（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）和电喷雾电离质谱（Electrospray Mass Spectrometry，ESI-MS）。ICP-MS具有高灵敏度和多元素同时检测的能力，适用于痕量重金属的检测；ESI-MS则适用于有机金属化合物和配合物的分析。

液质联用技术结合了液相色谱的分离能力和质谱的检测能力。样品经过液相色谱分离后，直接进入质谱检测系统，避免了传统方法中烦琐的样品前处理步骤，提高了检测效率和检测结果的准确性。在重金属检测中，LC-MS能够有效地分离和检测复杂基质中的重金属元素，实现对痕量重金属的高灵敏度检测。

2.2 优势

2.2.1 高灵敏度和高选择性

LC-MS结合了液相色谱的分离能力和质谱的检测能力，能够在复杂基质中对目标化合物进行高效分离和检测。液相色谱能够有效分离样品中的各种成分，质谱则通过质荷比（m/z）的测定，实现对目标化合物的准确检测。质谱检测技术的灵敏度极高，能够检测痕量级别的重金属污染物[2]，对于确保食品安全至关重要。高选择性则使LC-MS能够在存在多种干扰物的情况下，准确识别和定量目标重金属元素，为食品安全监控提供可靠的数据支持。

2.2.2 多元素同时检测能力

在食品重金属污染检测中，往往需要同时检测多种重金属元素，如铅、镉、汞、砷等。传统的检测方法通常只能对单一元素进行分析，而LC-MS则可以通过一次分析过程，获得多种重金属元素的检测结果。多元素同时检测能力不仅缩短了检测时间，降低了检测成本，还提高了检测数据的全面性和检测结果的准确性[3]。通过优化质谱仪的参数，可以实现对多种重金属元素的灵敏检测，满足复杂食品基质中重金属污染检测的需求。

2.3 局限性

2.3.1 仪器设备成本高

尽管LC-MS技术在食品重金属检测中表现出色，但其高昂的仪器设备成本限制了其广泛应用。LC-MS由高效液相色谱系统和质谱检测系统组成，设备精密复杂，价格昂贵。除此之外，LC-MS仪器的运行和维护也需要较高的费用，包括氮气发生器、真空泵、消耗品及定期维护服务等。这些高成本限制了LC-MS技术在一些中小型实验室或预算有限的检测机构中的普及和应用。为了使LC-MS技术能在食品安全监管中广泛应用，需要考虑设备采购和运行成本，以及寻求经济高效的解决方案。

2.3.2 样品前处理复杂

为了确保重金属能够被准确检测，样品通常需要经过一系列前处理步骤，如消解、提取、浓缩和净化等。这些前处理步骤不仅耗时，还需要使用多种化学试剂和设备，增加了操作的复杂性和误差带入的可能性。尤其在处理复杂基质的食品样品时，前处理过程需要特别谨慎，以免引入污染或造成目标重金属损失。前处理的复杂性不仅增加了检测过程的难度，还对操作人员的技术水平和经验提出了较高的要求，影响了检测的效率和准确性。

3 液质联用技术在重金属检测中的应用

3.1 水产品检测

由于水生环境易受工业废水、农业径流和其他污染源的影响，水产品中的重金属污染问题日益严重。液相色谱-质谱联用技术在水产品中重金属的检测中应用广泛，为食品安全监管提供了重要的技术支撑。水产品加工过程中重金属污染检测步骤如表1所示。

在水产品重金属检测过程中，常用的前处理方法包括湿法消解和微波消解等，这些方法能够有效地将水产品中的重金属转化为可溶性形式，以便后续的色谱和质谱分析。湿法消解通常使用浓硝酸、过氧化氢等强氧化剂，在加热条件下将样品中的有机质完全消解，释放出重金属离子。微波消解利用微波加热的快速和均匀特性，提高消解效率和消解的完全性，适用于各种水产品样品的处理。经过前处理后的样品，进入液相色谱系统进行分离。根据重金属的特性，选择合适的色谱柱和流动相条件，实现样品中重金属离子的有效分离。反相高效液相色谱常用于分离亲水性较低的有机金属化合物，而离子交换色谱则适用于分离亲水性较高的重金属离子。在色谱分离过程中，通过优化流动相组成、流速和柱温等参数，可以提高重金属分离的分辨率和灵敏度。分离后的样品直接进入质谱检测系统，质谱技术的高灵敏度和高选择性使其能够检测到水产品中的痕量重金属。电感耦合等离子体质谱和电喷雾电离质谱是常用的检测技术。ICP-MS具有多元素同时检测的能力，适用于食品中检测铅、镉、汞等重金属的总量[4]。ESI-MS则在检测有机金属化合物和金属配合物方面具有独特的优势。质谱检测过程中，通过调节离子源电压、碰撞能量和扫描模式等参数，可以进一步提高检测的灵敏度和检测结果的准确性[5]。

对于鱼类、贝类和甲壳类水产品，采用LC-MS可以同时检测多种重金属污染物。例如，分析鱼类中的汞污染时，通过优化色谱条件和质谱检测参数，可以实现对甲基汞和无机汞的良好分离和定量检测。对于贝类和甲壳类水产品中的镉和铅污染检测，可联合采用离子交换色谱和ICP-MS，以获得高准确度的检测结果。在实际应用中，液质联用技术不仅能够满足水产品中重金属污染的常规检测需求，还能为污染源追溯和污染防治提供技术依据。通过对不同水产品中重金属元素含量的监测和分析，可以识别污染源和污染途径，从而制订有效的污染防治措施。液质联用技术的应用，为提高水产品安全监管水平，保障消费者健康提供了强有力的技术支持。