ICP-MS法测定食品及其包装材料中重金属元素的研究进展

摘 要：电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS）是目前发展较快且应用广泛的检测重金属元素的技术之一，在痕量和超痕量重金属检测中表现优异，具备多元素分析快、检出限低、灵敏度高以及线性范围广等优点。基于此，本文对ICP-MS测定食品及其包装材料中重金属元素的相关文献进行梳理，探讨ICP-MS法的检测原理以及其在食品包装材料重金属元素测定中的应用现状，旨在总结ICP-MS技术在食品包装材料重金属检测领域的应用价值，为保障食品安全、加强检测技术应用提供一些参考。

关键词：电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）;食品;食品包装材料;重金属检测

Research Progress on the Determination of Heavy Metal Elements in Food and Its Packaging Materials by ICP-MS

YUAN Lei

（Comprehensive Inspection and Testing Center， Ganyu District， Lianyungang City， Lianyungang 222100， China）

Abstract： Inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS） is one of the technologies for detecting heavy metals with rapid technical development and wide application at present. It performs well in the detection of trace and ultra-trace heavy metals， and has the advantages of fast multi-element analysis， low detection limit， high sensitivity and wide linear range. Based on this， this paper sorts out the related literatures of ICP-MS determination of heavy metals in food and its packaging materials， and discusses the detection principle and application status of ICP-MS in the determination of heavy metals in food packaging materials， aiming at summarizing the application value of ICP-MS in the field of heavy metals detection in food packaging materials， and providing some references for ensuring food safety and strengthening the application of detection technology.

Keywords： Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry （ICP-MS）; food; food packaging materials; detection of heavy metals

近年来，随着工业发展进程的加快，环境污染问题日益严重。虽然人们的生活水平不断提升，但由于环境污染导致的食品安全事件也随之增多，其中由于重金属污染导致的食品安全事故占比较高。毒重金属对人体的伤害潜伏期长，损伤性大且损伤几乎是不可逆的，因此对食品及其相关产品进行重金属检测对于维护食品安全具有重要意义。目前，重金属的检测方法众多，电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS）被公认为是发展较快的重金属检测的新型方法之一，在复杂基质重金属检测的应用较多。基于此，本文对ICP-MS在食品及其包装材料中的重金属检测应用进展进行综述，以期为ICP-MS技术在食品领域的发展提供一些参考与建议。

1 食品及其包装材料中的重金属元素

重金属是指密度较高（大于4.5 g/cm3）的金属。部分重金属进入人体，会对人们的身体健康造成直接或间接的危害，这部分重金属被称为毒重金属，主要包括汞（Hg）、镉（Cd）、砷（As）、铅（Pb）、铬（Cr）和锡（Sn）等。毒重金属主要由两个途径进入人体：①由于工业废水、废气的大量排放，部分毒重金属进入食物链中，通过富集作用进入人体;②在食品生产、加工和运输过程中，受到诸如包装材料中毒重金属的污染，从而进入人体[1]。

按照《食品包装容器及材料 分类》（GB/T 23509—2009），目前食品包装材料包括塑料、纸质、玻璃、陶瓷和金属这五大类[2]。研究发现，包装材料中的可迁移物质主要有重金属、增塑剂、双酚类物质、油荧光物质和溶剂残留等。其中，重金属元素因其高毒性和高危害性，成为众多学者高度关注的重点领域。食品及其包装材料中的重金属元素检测技术，也因此得到了很大发展，目前常用的检测技术有原子荧光法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法以及原子吸收光谱法等[3]。

2 ICP-MS技术概述

ICP-MS是于20世纪80年代发展起来的无机元素和同位素分析测试技术，被誉为分析化学领域的突破性创举之一。如图1所示，ICP-MS分析仪器兼具电感耦合等离子体和四极杆质谱仪的优点。该仪器主要由等离子体发生器、接口、离子聚焦系统、真空系统、四极杆质量分析器和离子检测系统等部分组成。

ICP-MS通过将电感耦合等离子体电离特性与质谱技术用独特的接口连接，从而形成对金属元素的高灵敏分析和快速扫描检测[4]。其中，等离子体起到离子源的作用，利用强大功率的射频信号形成高温等离子体，其温度通常高达79 726.85 ℃，能够完成样品的蒸发和分子解析，并利用气体推动形成持续电离。质谱作为质量筛选器，被测元素进入高频等离子体后，形成离子并与光子和中性粒子分析，进入质量分析器。质谱对进入其中的离子进行选择，将不同质荷比的离子进行分离，并根据元素的分子离子峰计算不同离子的强度，从而实现对被测元素的浓度分析。

3 ICP-MS技术在检测食品及其包装材料中重金属元素的应用

3.1 ICP-MS检测食品中重金属的应用

海洋中的虾、贝类、鱼类和藻类等生物容易富集工业废水中的重金属元素，这些海产品进入餐桌后会危害人体健康。张宏康等[5]用ICP-MS检测海藻、虾酱、深海鱼等海产品中的重金属，包括铅元素等12种重金属的含量，验证了这一检测法的优越性。该法具有操作简单、灵敏度强、消解彻底和准确度高的优点，在一定程度上改善了传统检测方法中基体干扰过大的问题。

水果蔬菜由于其生长的土壤被“工业三废”污染，导致重金属在果蔬根系中不断累积，进入人体造成危害。张扬等[6]利用ICP-MS方法检测了多种水果蔬菜的重金属含量，如紫甘蓝、豆制品、慈菇和坚果等，并与其他检测方法做了对比。结果发现，ICP-MS无论在精确度、准确度，还是在效率上，都优于原子吸收光谱法等其他方法，适合同时检测果蔬中的多种重金属。由于我国果蔬食品的消耗量很大，因此ICP-MS技术在果蔬中的应用还会进一步普及和发展。

粮油食品的原料如稻谷、小麦等生长的土壤或加工过程受到重金属污染，会导致重金属富集，最终进入人体造成危害。因此，对这类食品的重金属检测也很重要，众多学者对此进行了大量研究。史潜玉等[7]利用ICP-MS检测面粉、食用油、大米和饼干等食品中镉、钛、铁等15种重金属的含量，并与其他检测方法（如石墨炉原子吸收光谱法等）进行了对比。结果表明，ICP-MS的灵敏度和回收率高、准确性好，在操作便利性、检测效率和检出限等方面更具优势。

禽畜养殖过程中，由于动物饲料中存在一些添加剂以及环境污染因素，造成禽畜肉中重金属元素残留。欧爱芬等[8]针对禽畜肉中的重金属，采用石墨消解法与ICP-MS法的联合应用，先利用石墨消解法进行样品前处理，再使用ICP-MS分析重金属元素。研究发现，该检测法操作简便，测定结果误差小，能避免基质效应的干扰，可重复使用且具有很高的准确性，值得进一步加大应用。

3.2 ICP-MS在检测食品包装材料中重金属的应用

食品在生产、加工、运输过程中也可能带来重金属污染。随着食品工业的快速发展，食品包装的材料种类越来越多，包括塑料、金属、锡箔材料等，这些材料在特定的环境下，有可能产生铅、镉、铬等重金属元素向食品中迁移的现象。这一点也得到了国内外学者的高度关注。ICP-MS在检测食品包装材料中重金属的应用也日益增多。

乔兆华等[9]对应用于食品包装的铝塑复合材料中的重金属进行检测，先对样品进行微波消解处理和电热消解处理，在3个水平进行添加实验，通过ICP-MS法同时检测9种重金属的检出限、定量限，建立标准曲线相关系数，并统计了加标回收率。结果发现，经过微波消解处理，采用ICP-MS技术对铝塑复合包装中多种重金属元素的测定精确性高，且操作简单快捷。

汪家胜等[10]对玻璃和陶瓷容器中的镉、铅金属元素的迁移量进行ICP-MS检测，总结出一套更稳定、灵敏的重金属元素迁移量检测方法。采用4%乙酸浸泡液和5%硝酸超声提取进行样品前处理，并对仪器参数进行调谐与测定，拟合线性回归，判定该检测方法的精准度。研究结果证实，ICP-MS技术用于测定玻璃和陶瓷容器中的镉、铅金属元素时具有稳定、精准的特点，能够满足检测的要求。

综上所述，诸多的实验结果证明ICP-MS能灵敏、准确地测定食品包装材料中的重金属含量，可满足食品安全国家标准中的检测要求，能为食品安全管理提供强大的技术支持。

4 结语

随着科学技术的发展，ICP-MS在食品安全领域发挥出越来越重要的作用。在众多学者的共同探索下，ICP-MS技术与其他色谱与光谱仪器的联用技术也不断突破，实现创新发展，如毛细管电泳-ICP-MS、流动注射电热蒸发-ICP-MS、超临界流体色谱-ICP-MS等。这些技术的出现更好地拓展了检测仪器的功能，充分发挥出不同技术的特点与优势，进一步扩大了ICP-MS的应用领域。目前，ICP-MS仪器造价较高，操作维护所需的人力成本和资金成本也较高，制约了该技术的普及。相信未来随着科学技术的进步，ICP-MS技术将会越来越普及，在食品中重金属检测领域发挥更大的作用。

参考文献

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[4]张更宇，吴超，邓宇杰.电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）联用技术的应用及展望[J].中国无机分析化学，2016，6（3）：19-26.

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[6]张扬，吕建菁.ICP-MS法测定食品，食品添加剂及食品包装材料中重金属元素的研究进展[J].中国酿造，2020，39（8）：22-25.

[7]史潜玉，刘立，林杰，等.微波消解-ICP-MS法测定富硒大米中5种元素的含量[J].食品研究与开发，2016，37（10）：144-146.

[8]欧爱芬，张挺，梁兰兰，等.电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定畜禽肉中9种重金属元素含量[J].食品工业科技，2021，42（7）：282-288.

[9]乔兆华，林勤保，郭捷，等.ICP-MS法测定铝塑复合食品包装中的9种重金属[J].食品科学，2015，36（18）：186-189.

[10]汪家胜，张温情，司冠儒，等.应用ICP-MS技术检测白酒容器中重金属元素迁移量的方法研究[J].酿酒科技，2020（5）：91-94.