近年来，随着食品行业发展和科学技术不断进步，人们对食品卫生质量、营养的要求越来越高。食品作为人们能量与营养的来源，在提供多种人体必需元素的同时，也会有部分有害元素侵入体内，引发多种疾病，甚至危及生命。为此，许多分析工作者就各种元素与人体健康和疾病的关系进行多方面的研究，其中最主要的数据就来源于对食品的分析。元素分析是食品分析的重要内容，元素分析方法有分光光度法、原子吸收法、原子荧光光谱法、等离子发射光谱法、等离子体质谱法等，这些方法各有优点也存在各自的局限性。电感耦合等离子发射光谱法是近年来备受青睐的元素测定方法，具有样品制备简单，能同时快速检测多个元素特点，极大地促进对食品元素的研究。
1原理及特点
电感耦合等离子体发射光谱仪(简称ICP)的工作原理是，分析试料(溶液)由雾化器雾化成雾状，然后再引导至高频等离子体火焰中去，于此激发后发光，由试料发出的光进入分光器，分光成光谱，从中得出所分析元素的光谱线。ICP光谱法是上世纪60年代提出，70年代迅速发展起来的一种分析方法，它可以进行定性分析、半定量分析和定量分析，与经典光谱法相比它具有多元素同时检出能力、分析速度快、选择性好、检出限低、样品消耗少的优点。因为ICP光源具有良好的原子化、激发和电离能力，所以它具有很好的检出限。对于多数元素，其检出限一般为0.1～100ng/mL。由于ICP光源具有良好的稳定性，所以它具有很好的精密度，当分析物含量不是很低即明显高于检出限时，其RSD一般可在1%以下，好时可在0.5%以下。
ICP发射光谱法的局限性是对于固体样品一般需预先转化为溶液，而这一过程往往使检出限变坏;在经典分析中，影响谱线强度的因素较多，尤其是试样组分的影响较为显著，所以对标准参比的组分要求较高;含量(浓度)较大时，准确度较差;只能用于元素分析，不能进行结构、形态的测定;大多数非金属元素如氧、硫、氮、卤素等难以得到灵敏的光谱线。
ICP发射光谱法的应用领域广泛，现在已普遍用于水质、环境、冶金、地质、化学制剂、石油化工、食品以及实验室服务等的样品分析中。截止到上世纪80年代初，用ICP发射光谱法就已测定过多达78种元素，目前除惰性气体不能进行检测和元素周期表的右上方的那些难激发的非金属元素如C、N、O、F、Cl及元素周期表中碱金属族的H、Rb、Cs的测定结果不好外，它可以分析元素周期表中的绝大多数元素。
2在食品分析中的应用
2.1样品制备
ICP法样品制备简单。液体、半流体饮食品，如植物油、鲜乳、酒或其它饮料，可直接浓缩，也可采用湿法消化或灰化处理后酸浸而制成样液。查立新等采用ICP测定矿泉水中SO42-时，将水样酸化后澄清直接进样测定。苗延林等采用ICP测定啤酒中的微量元素时，直接将啤酒注入锥形瓶中摇瓶除气或用滤纸过滤除气，用去离子水稀释1倍，混匀即可直接进行测定。粮食、肉类等固体食品。首选通过粉碎或剪切制成很小的粒状或粉末，再进行湿法消化或灰化处理,制成样液。
2.2营养元素分析
食品分析包括一般成分分析、多种元素的测定、添加剂的测定、有害物质的测定等。为了解食品中多种元素的含量，多年来，通过常规分析与等离子发射光谱分析的比较，虽然分析方法不同，但检测数据却能互相吻合。这为采用等离子发射光谱分析提供有力的依据。
应用等离子发射光谱法，样品的检测时间大为缩短，使得人们可以宏观地了解各类食物的营养元素水平。近年来，这方面的研究已成为热点。余碧钰等人采用干法消化样品，等离子发射光谱直接测定鸡蛋中Ca、Fe、Mg、Mn、Zn、Cu、P、I等营养元素。发现该法与原子吸收法和分光光度法比较，简便、快速、灵敏、准确度高。王莹等采用ICP法测定豆类食品中的微量元素时，采用高压硝化罐，以ICP法测定各豆类食品中Ca、Mg、Mn、Sr、Fe、Co、Ni、Se、Ba等多种微量元素的含量，并比较传统的湿法消化的结果，2种方法无显著性差异，结果吻合较好。该方法简单、快速、灵敏度高、准确性好，且多元素同时测定，另外环境污染小。该方法回收率在96.8%～102%之间，相对标准偏差均小于3.35%。苗延林等在使用等离子发射光谱法测定大麦芽中多种微量元素时，麦芽样品的消解尽量采用湿法，因干法消解不仅耗时长，且一些元素损失很大(如P、Se等)。如有微波消解炉效果会更好。实验证明，ICP法分析样品的元素组成，工作效率高，扣除背景容易，分析快速准确，实为同时分析各种样品中多种微量元素的极佳方法。EDder等人采用ICP-AES测定21种巴西可溶性咖啡中矿物元素和有害元素包括Na、K、Mg、Al、P、S、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Cd、Sb、Pb、Cr和Sn。样品处理采用HNO3和H2O2微波消解。测定结果表明，除一个样品中Cr的含量超过巴西食品法规的规定，其他样品中的矿物元素和有毒元素均符合食用要求。陈美春等在采用电感藕合等离子发射光谱法测定面制食品中铝的含量时，发现在样品前处理时运用通常的湿法消化很难达到满意的样品回收率，特别是对蛋白和脂肪含量较为丰富的食品样品，需要在前处理过程中加入少量的高沸点酸-硫酸来提高样品消解率。而样品采用微波消解技术前处理后，用电感藕合等离子发射光谱仪(ICP)测定其中铝的含量，回收率在91.4%~101.6%间。与传统的湿法消解-分光光度比色法比较，本方法具有测定所需试剂少、分析速度快、环境污染少、重现性好、样品损失小、回收率高等优点。该方法更适合大批量样品的连续检测。郭岚等采用ICP进行植物油多元素(Fe、Cu、Co、Ni、Pb、Al、Zn、Cd、Cr、Mn、Mg)同步测定研究时，比较5种样品处理的消化方法，硫酸炭化灰化法、硝酸炭化灰化法、活性碳炭化灰化法、燃烧炭化灰化法和微波消解。结果表明，ICP-AES法操作简单、准确度、灵敏度高，样品用硫酸炭化灰化法的回收率和相对标准偏差虽然没有微波的好，但基本能满足测定的要求，而且它取样量大，测定铅方法检出限0.0036mg/kg，比微波的检出限0.072mg/kg更灵敏，11种元素在0.1mg/kg和0.5mg/kg两个水平加标的平均回收率在70.4%~113%之间。相对标准偏差1.01%~10.6%，11种元素的方法检出限在0.1~3.6μg/kg之间。方法应用于豆油、花生油、芝麻油、菜籽油、茶油、精炼油、调和油等植物油样品中11种金属元素的测定，结果令人满意。
矿物元素在食品中的作用不仅限于营养价值，对食品的加工质量如饮料的口感和稳定性等有影响。对元素的监测可指导生产，保证产品质量。啤酒组成复杂。近年来人们对于直接影响口味和质量的风味物质如醇、酯、醛、酮、酸等研究较多，而对多种矿物质元素的影响研究较少，它们对啤酒的发酵过程和啤酒质量也有着重要的影响。苗延林等采用ICP测定啤酒中的P、S、Al、Mg、Ka、Fe、Na、Cu、Zn、Mo和Co等15种元素，发现不少元素(如Al、Cu等)的背景较高。ICP法步骤简单，扣除背景容易，分析快速准确，为分析啤酒中多种微量元素的极佳方法。SO42-是决定水质类型的重用组分之一，是天然矿泉水中的必测项目。查立新等采用全谱直读等离子发射光谱法直接测定天然矿泉水中SO42-的方法，在优化工作条件下SO42-的测定下限0.09mg/L。相比重量法、EDTA容量法、BaSO4比浊法及离子色谱法方法简便，快速，已用于实际的批量生产。陈煦等在采用微波消解ICP-AES法测定苣荬菜叶中常量及微量元素时发现，微波消解对于处理植物是比较理想的方法，可以使溶样周期缩短，从而减少样品损失，特别是易挥发的微量元素。实验结果表明，其相对标准偏差0.07%~3.49%，回收率94.2%~105%，此法稳定、可靠，且Ca、K、Mg、P含量较高，Fe、Sr、Zn、Mn次之，Cu、Ba含量较低。测定结果为苣荬菜变废为宝、综合利用提供可靠的实验数据。谢继锋等在利用等离子发射光谱法测定苜蓿中金属元素时，采用的是硝酸和高氯酸(V/V：5/1)的混合酸消解样品，实验结果表明，苜蓿中金属离子含量与人体需要相适宜，所含丰富的钙、镁，对于维持人体的骨骼和神经组织功能所需Ca/Mg平衡有重要意义，有广泛的利用前景。
2.3食品中有害元素的监控
随着经济和科技的发展，人们越来越认识到食品中多种元素与人体健康有着密切的关系。它们有的对人体健康有益(如钙、磷、钾、钠、铁等)，而有的虽属微量元素，但却对人体有相应毒性(如铜、锡、锌等)或很强的毒性(如铅、镉、铬、砷等)。这些元素有的作为天然组分而存在，有的由于食品制造、加工、运输等过程中的污染而被引入，还有的是来自环境、工业“三废”的污染;食品加工中添加剂的应用，也是食品被这些元素污染的原因之一。一些元素尤其是重金属元素，通过膳食进入人体，有毒性。对这些元素的监测和清除，在环境日益恶化的今天，对保证食品安全十分重要。
ICP-AES法同时测定样品中微量金属元素的报道较多，陈明玉在微波消解/等离子发射光谱法测定中成药紫雪散中的微量元素中，采用HNO3–H2O2消解体系对中成药紫雪散样品进行微波消解制样。结果表明，中药紫雪散中对人体有益的元素Ca、Mg、Mn、Zn等含量较为丰富，对人体有害的元素As、Pb等存在超标现象，As元素超标2倍(国标中As≤5ppm)，Pb元素超标6倍(国标中Pb≤20ppm)。Cd元素的含量也达到9ppm。Se元素的含量高达168ppm。王青晓等采用ICP-AES法测定禹白芷中重金属及微量元素的含量。结果表明，ICP-AES法可一次测定样品中的多种元素，且除Sr外，As、Cd、Cu、Fe、Mn、Pb、Zn7种元素有很好的线性，仪器的灵敏度较高。因此，本方法可用于对白芷药材重金属的限量检查，也可用于对白芷药材所含微量元素的检查。三价铬是人体必需的微量元素，六价铬有毒。王静等人研究表明，采用等离子发射光谱法测定铬含量时，样品用硝酸消化处理后，溶液中铬以三价和六价形态存在，因此此法只能测定总铬含量，且灵敏度低;但其独特的优势，使样品处理简单、省时，仪器线性范围较宽。对降糖奶粉总铬含量的测定，采用此法较为理想。建立快速测定食品中钛含量的方法，对于我国食品安全检测具有重要意义。用HNO3+H2SO4+H2O(3∶2∶3，V/V/V)作为酸消解体系，使用ICP进行检测食品中钛含量，结果表明，本方法最低检出限0.2mg/kg，相对标准偏差1.4%~5.2%，回收率95.6%~104.9%，具有操作简单、快速、灵敏度高、抗离子干扰能力强的优点，对于测定各种食品中钛的含量具有较高的实用价值。为研究日常饮食对人体摄入Al的影响，J.scancar等人测定包括21种蔬菜、蛋、鱼、贝、大麦和20种膳食样品中的Al。结果表明日常饮食中Al的浓度一般低于30mg/kg，在总膳食中的水平是3~6mg/kg。一些食物的Al含量较高如贝类(约300mg/kg)、芹菜和生菜。刘磊等采用ICP-AES法同时测定食品玻璃容器中铅、镉、砷、锑的溶出量，回收率87.9%~121.1%，精密度0.43%~1.99%，检出限Pb0.007μg/mL、Cd0.0004μg/mL、As0.02μg/mL、Sb0.02μg/mL，方法简便快速，适合于食品玻璃容器中铅、镉、砷、锑溶出量的检测分析。李新丽等利用ICP-AES法测定面制食品中的铝，仪器检出限0.02mg/L，回收率91.7%～102.5%，测定的相对偏差均小于4%。结果表明ICP-AES法操作简便、快速、准确。
3结论
电感耦合等离子体发射光谱仪具有连续单元素操作、连续多元素操作和定性、定量操作模式，定性可方便、快捷地进行未知样品剖析，定量可同时检测几十种无机元素，这种很宽的测量动态范围可大大减少样品制备步骤。在分析元素种类繁多，含量变化较大的情况下，采用常规分析，操作程序复杂，干扰难以控制，用等离子发射光谱法进行分析，它具有灵敏度高，线性范围宽，光谱干扰少，分析速度快等优点。在多种样品的分析过程中起着举足轻重的作用。尤其是食品分析，不仅能够指导人们对食品中营养元素的添加量,而且对食品的污染可进行全程检测，使等离子发射光谱法这一快速、便捷的检测手段更深入地运用于食品分析领域，指导人们生产更多高营养、低污染的食品,为人类的健康保驾护航。
来源：《现代仪器》，转载请注明出处-仪器信息网(www.cncal.com）