电感耦合等离子体质谱法在保健食品重金属元素检测中的应用与优化

摘 要：目的：优化电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS），以提高检测保健食品中重金属元素的灵敏度和准确性。方法：通过采用碰撞反应池技术以及选用铑（Rh）作为内标元素，对ICP-MS方法进行优化。结果：各元素的方法检出限为0.005 μg·L-1，定量限为

0.015 μg·L-1，加标回收率在96.7%～98.5%，相对标准偏差小于5%，在保健食品中重金属元素检测方面表现出了较高的灵敏度和准确性。结论：优化后的ICP-MS方法提高了信号强度和稳定性，质谱干扰得到有效消除。内标元素的引入提高了信号的稳定性和检测结果的准确性，为保健食品中重金属元素检测提供了科学的技术支持。

关键词：保健食品；电感耦合等离子体质谱法；重金属元素检测

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

保健食品是一种声称并具有特定保健功能或者以补充维生素、矿物质为目的的食品，其安全性备受关注。重金属元素的摄入对人体健康具有潜在的危害，甚至在低浓度下也可能对器官功能产生不良影响。因此，确保保健食品中重金属元素的含量在安全范围内，对保障人们的身体健康具有重要意义。在重金属检测领域，电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）因其具有多元素同时分析的能力，成为一种重要的检测手段[1]。然而，保健食品的复杂基质和多变的化学组成严重影响ICP-MS的检测精确度。样品中的有机物质可能会使质谱信号受到干扰，影响分析结果的准确性。通过优化ICP-MS的操作参数及引入内标校正技术，可以有效提高方法的可靠性和稳定性。本研究通过碰撞反应池技术，并选用铑（Rh）作为内标元素，对现有的ICP-MS方法进行优化，并有效克服复杂基质的干扰，提高重金属元素的检测准确性。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

保健食品样品，市售；混合标准元素储备溶液，上海麦克林生化技术有限公司；铑（Rh）单元素标准溶液（浓度1.0 μg·mL-1），上海麦克林生化技术有限公司；正丙醇，广州市化学试剂厂；二甲苯，西陇科学股份有限公司；Milli-Q超纯水，MilliporeSigma。

Agilent 7500cx型ICP-MS仪器，美国Agilent公司；Milli-Q超纯水机，美国Millipore公司；MARS 6微波消解仪，美国CEM Corporation公司；XS205 DualRange电子天平，瑞士Mettler Toledo公司。

1.2 内标溶液的使用

将铑（Rh）单元素内标溶液（1.0 μg·mL-1）在线加入待测样品中，以消除因样品基体差异引起的测定误差[2]。

1.3 样品的测定

精确称取0.5 g保健食品样品置于50 mL容量瓶中，加入1 mL 2%的硝酸和49 mL丙醇-二甲苯（其中丙醇与二甲苯的体积比为7∶3）的混合溶液进行稀释，并定容至刻度线。此过程确保样品中的重金属元素完全溶解，形成均匀的待测溶液。将上述待测溶液通过进样系统引入ICP-MS仪器，使用八极杆碰撞反应池技术，以氦气为碰撞气体，消除多原子离子对待测元素的质谱干扰。在线加入内标元素铑（Rh），确保分析信号的稳定性，并使用内标校正方法计算样品中重金属元素的实际含量[3]。

1.4 仪器条件

使用Agilent 7500cx型ICP-MS仪器进行分析。该仪器的主要参数设置如表1所示。

2 结果与分析

2.1 应用优化路径

2.1.1 碰撞反应池技术

在ICP-MS中，质谱干扰是影响分析准确性的主要因素之一。为消除多原子离子对待测元素的干扰，本研究引入了碰撞反应池技术[4]。该技术通过引入碰撞气体来消除干扰离子，从而提高分析的准确性和灵敏度。在本研究中，选择氦气作为碰撞气体，因为氦气不会与样品基质元素发生反应形成新的干扰离子。由于其他元素在ICP-MS检测中所受的质谱干扰相对较小，且在保健食品中的含量处于不太容易受到质谱干扰影响的浓度范围，因此本次实验选择了对干扰较为显著的Cr、Ni、As进行重点研究。通过实验确定了氦气的最佳流量为5.0 mL·min-1。在该流量下，各待测元素的检出限（Limit of Detection，LOD）达到最小值，如Cr、Ni、As的LOD值分别为41.2 ng·L-1、30.5 ng·L-1和22.3 ng·L-1。在不同的质谱模式下，分别测定待测元素的背景等效浓度（Background Equivalent Concentration，BEC）。由表2可知，采用He碰撞模式时，Cr、Ni、As的BEC值明显降低，证明了碰撞反应池技术在消除质谱干扰方面的有效性，能够有效地消除ICP-MS检测保健食品中重金属元素的质谱干扰，提高方法的灵敏度和准确性。

2.1.2 内标元素的选择与应用

在ICP-MS中，内标元素的选择和应用对于提高分析的准确性和稳定性至关重要。本研究选择铑（Rh）作为内标元素，原因是其与待测元素的物理化学性质相近，且在样品基质中不存在天然的铑，能够有效避免内标信号的干扰。通过在样品溶液中加入

1.0 μg·mL-1的Rh内标元素，考察了各待测元素在120 min内的归一化计数值，结果如表3所示。内标加入前各元素的归一化计数值为1.01～1.04，显示出一定程度的信号波动。通过比较内标加入前后的数值，可观察到内标加入后各元素的归一化计数值更接近1.00，且变化范围为1.00±0.01，表明内标元素的加入稳定了待测元素的质谱信号，有效提高了ICP-MS法在检测保健食品中重金属元素时的灵敏度和准确性[5]。内标元素Rh的引入有效消除了基体效应和信号漂移，确保了多元素分析的可靠性和长时间运行的稳定性。

2.2 方法的建立

2.2.1 标准曲线、检出限和定量限

在完成仪器参数优化和内标元素选择后，研究进行了全面的方法学验证实验，以确保优化后的ICP-MS方法检测保健食品中重金属元素的可靠性和准确性。通过配制不同浓度的标准溶液，建立各待测元素的标准曲线。实验结果显示，在0.1～

100.0 μg·L-1的浓度范围内，所有待测元素均呈现良好的线性关系，且相关系数（R2）均≥0.999 5。检出限和定量限（Limit of Quantitation，LOQ）的测定分别采用3倍信噪比和10倍信噪比方法，结果显示各元素的LOD为0.005 μg·L-1，LOQ为0.015 μg·L-1，满足保健食品中重金属元素检测的要求。具体实验数据见表4。

2.2.2 精密度与准确度

为评估方法的精密度，研究对同一批次样品进行了6次平行测定，并计算相对标准偏差（Relative Standard Deviation，RSD）。结果显示，各元素的RSD均小于5%，表明该方法具有良好的重复性。准确度试验采用标准加入法进行，在实际样品中添加10 μg·L-1的标准溶液，测定回收率。结果显示，各元素的加标回收率在96.7%～98.5%，符合分析方法验证的要求，具体数据见表5。

2.2.3 稳定性试验

对同一批次样品在不同时间点（0 h、4 h、8 h、24 h）进行测定来评估方法稳定性，得出具体实验数据如表6所示。24 h内各元素的测定值RSD均小于3%，表明该方法具有良好的稳定性。

2.3 样品测定

利用优化后的电感耦合等离子体质谱法测定保健食品中的重金属元素，实验数据如表7所示。优化后的ICP-MS方法能够检测出极低浓度的重金属元素。样品F中的Cd（镉）和Hg（汞）含量均为0.062 μg·g-1，表明该方法具有很高的灵敏度，能够准确检测出含量较低的重金属，为保障人们的健康提供了科学的技术手段。

3 结论

综上所述，本研究通过碰撞反应池技术及铑（Rh）内标元素，优化了电感耦合等离子体质谱法，提高了检测保健食品中重金属元素的准确性。在0.1～100.0 μg·L-1的浓度范围内，所有待测元素均呈现良好的线性关系，且相关系数（R2）均≥0.999 5，各元素的加标回收率在96.7%～98.5%，各元素的RSD均小于5%，说明方法具有良好的重复性；24 h内各元素的测定值RSD均小于3%，说明该方法有良好的稳定性，为保健食品质量控制和消费者健康保障提供了重要的技术支持。

参考文献

[1]李智明，卢日刚，邓鸣，等.电感耦合等离子体质谱法检测药品中重金属及其他元素的研究进展[J].理化检验（化学分册），2022，58（12）：1477-1482.

[2]彭刚，高明，马恩耀，等.电感耦合等离子体质谱法测定板蓝根中重金属元素[J].安徽农业科学，2023，51（22）：204-207.

[3]李其森.电感耦合等离子体质谱法测定甜味剂中的重金属元素[J].大众标准化，2023（17）：166-168.

[4]宋瑞，王丁林，徐斌.微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定酪氨酸中重金属元素[J].轻工标准与质量，2023（3）：92-95.

[5]张彤，姜玲玲，钟钰，等.电感耦合等离子体质谱法测定再生胶中5种重金属元素含量方法研究[J].中国口岸科学技术，2023，5（4）：54-58.