首頁 > 食品安全的捍衛者:質譜儀器偵測原理與方法的簡介
:::
食品安全的捍衛者:質譜儀器偵測原理與方法的簡介
自2011年起,食品安全連續出現危機,塑化劑、毒澱粉、油品及保健食品摻偽等問題,大大地影響民眾的生活。社會大眾不太曉得如何判斷食品真偽,甚至對食品安全產生了信任危機;然而,科學儀器的檢驗是最後一道防線,提供大家判斷真偽的依據,特別是高精度的「質譜儀」,可以用來定量檢測問題食品的微量化學物質,杜絕黑心食品流入市面。本文將簡介質譜儀器的測量原理與方法,及其在食品檢測上的應用和未來的發展
 
 
 
2013年媒體陸續報導混油、毒澱粉及塑化劑事件,廠商在食品中摻偽的行為造成大眾心理的恐懼。不過,魔高一尺、道高一丈,在科學儀器的幫助,判斷食品摻偽與否已經不是難事。

食品偵測方式須將樣品做液相或固相萃取等前處理,再經過液相層析(liquid chromatography, LC)、氣相層析(gas chromatography, GC)和毛細電泳(capillary electrophoresis, CE)三種方法分離樣品,之後將分離的物質游離化,送到偵測器來分析檢測。

偵測器常見的是質譜儀(mass spectrometer, MS)、紫外/可見光譜儀(UV/VIS spectroscopy)、核磁共振儀(nuclear magnetic resonance, NMR)與近紅外光譜法(near infrared spectrometry, NIR)等,其中質譜儀器的定量精密測量,扮演關鍵的角色,它能精確地量測食品中的微量化學物質,定量分析食品的摻偽,讓黑心廠商難以遁逃。

「質譜儀」是由物理學家及化學家J. J. Thomson和F. W. Aston設計研發出來,在1912年用來量測氖(Neon)的同位素,開啟了質譜儀的新紀元。質譜儀是由游離源、質量分析器和偵測器組成,並藉由儀控介面整合所有訊號,最後以軟體分析質譜圖,獲取分子的資訊。

質譜圖可以告知質荷比(mass-to-charge ratio),藉由分析分子的質荷比及將分子解離而得到碎片(二次質譜;MS/MS),便能知道分子的身分,由於質荷比與碎片的獨特性,質譜儀比較不會產生誤判。

樣品進入質譜儀之前,經由液相或氣相的層析分離,它的背景干擾已大幅下降,二次質譜的技術更能有效降低其他化學分子所造成的雜訊干擾,大幅提升偵測的靈敏度,所以,藉由準確的分子訊息及高靈敏度,質譜儀能有效地偵測食品中的微量化學物質。

不過,目前食品安全分析的方法,已逐漸從液相層析法轉變到液相層析串聯質譜儀技術(LC MS/MS),文獻指出液相層析串聯質譜法能偵測到更多的訊號。液相層析是以管柱將分子分離,例如不同極性的抗生素在管柱內的分離效果不同,因此,可以在液相中分開,並經過離子化後,再導入質譜儀,從事質量、結構及定量分析。

至於液相層析串聯質譜儀,其分析器通常是採用三重四極柱式質譜儀(triple quadrupole mass spectrometer, QqQ)或離子阱質譜儀(ion trap mass spectrometer)等,質譜儀是以電場掃描來分離帶電離子,同時選擇特定質量的離子後,與惰性氣體做碰撞解離,再經過電場掃描得到二次質譜,這就是所謂的串聯質譜法,經過軟體運算後,得到分子的結構,之後再利用選擇性反應偵測法(selected reaction monitoring, SRM)來做定量分析,決定分析物在待測樣品中的含量,其原理是將樣品中微量化合物的濃度,與所量測的質譜訊號強度做關聯(correlation)。

例如,為了測出食品中是否含有鄰苯二甲酸酯類塑化劑(phthalate plasticizers),可以運用液相層析串聯質譜儀來做定量偵測。首先,以塑化劑標準溶液的濃度中的對波峰面積製作檢量曲線,並將乳汁、奶粉及油脂等檢體經過萃取、淨化處理,透過液相層析分離,用電灑法(electrospray ionization)游離得到正離子,再經過串聯質譜法分析,以檢液的波峰所滯留時間及多重反應,偵測(一種選擇性反應偵測法)離子強度加以鑑別,根據檢量曲線求出檢體中塑化劑之含量(ppm, 1μg/g=1ppm),飲料類、嬰幼兒食品、膠囊錠狀食品、乳汁及奶粉類的偵測極限為0.05 ppm,油脂類的偵測極限均為則在0.1 ppm,大於偵測極限即為檢出,低於偵測極限即為未檢出。

食品安全的問題,科學儀器的檢視是最重要的手段,可以直接保護民眾的生命及財產的安全,目前利用質譜儀進行的微量化學物質分析已有相當的結果與成效,更重要的是提升線上操作人員的檢驗技術能力,期使科學儀器成為偵防犯罪的最佳工具。(本文由科技部補助「犯罪問題新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿/2014/07)

責任編輯:王曉玲|青少年團契輔導
                   呂昕禹|國立台灣大學生命科學系
審校:李大興|國立東華大學物理學系
推薦文章

TOP