仪器的创新者

“人如其食”这句话常用于食品行业。但是我们对食物的成分有多大的信心呢?午餐苹果真的像我们希望的那么有营养吗?确保粮食丰收所必需的农药已经从我们的食物中完全去除了吗?

了解任何样品的成分都依赖于准确识别关键化学物质。对于食品样品，这可能意味着量化婴儿配方奶粉中主要金属的浓度，以确保儿童的健康成长，确保饮用水的纯度，或确定可能残留在新鲜农产品中的潜在农药污染物。

了解食物成分的最佳方法来自于与任何大学实验室使用的类似的表征方法。质谱法就是这样一种方法，诺贝尔奖得主J·J·汤姆森和弗朗西斯·阿斯顿在20世纪初最早使用了这种方法。今天，创新的技术和研究已经导致质谱在许多不同的应用中被采用，横跨分析研究的各个领域。

珀金埃尔默一直致力于开发下一代创新技术，以保持世界的健康。质谱总经理Kaveh Kahen和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)投资组合总监Fadi Abou Shakra就创新如何导致质谱被科学界，特别是在食品行业广泛采用提供了他们的见解。

减少维护，增强分析

金属浓度过高是食品中最具破坏性的污染类型之一。虽然钠、镁和钙等一些金属在适当的浓度下对我们的健康至关重要，但其他一些金属即使在微量浓度下也是有毒的，例如砷、铅和汞。这使得它们的鉴定和量化——即使是在最低浓度的情况下——变得更加重要。

为了克服维护问题，我们为NexION仪器增加了第三个锥体

ICP-MS现在被广泛认为是识别和量化金属的最佳表征工具。这项技术包括使用氩基等离子体将样品雾化和电离成正离子，然后将离子引导到质谱仪进行分离和检测。它在食品工业中用于测试样品的金属含量。这可能是污染的结果，也可能是为了量化那些对生命至关重要的元素。但ICP-MS通常用于其他应用:在药物开发过程中量化细胞中的金属含量;检测大气中有毒微量元素;或者检测药品中的金属杂质。

仪器仪表需要足够坚固，以处理必须在很长一段时间内分析的大量样品。这给日常分析师带来了相当大的压力，因为任何停机时间都可能给业务带来高昂的成本，并可能破坏实验室的运行。法迪解释说:“由于仪器必须处理的离子体积，仪器可能会发生污染。”“这意味着仪器将需要停机时间来清洗不同的组件，包括锥体和透镜。”

然而，维护仪器并不一定是实验室的主要问题。可以提高实验室的效率，以便分析更多的样品。

在珀金埃尔默，增强公司的ICP-MS技术的关键在于了解如何在用户与镜片互动之前去除不需要的物质。Fadi说:“为了克服维护问题，我们在NexION仪器上增加了第三个锥。”“想象离子通过质谱仪的界面，就像水通过花园的软管一样。如果我们增加软管顶端的压力，水就会以更大的角度流出。这是因为角度取决于顶端的压强差。我们所做的就是增加另一个锥，逐渐减小压差，同时将离子束精炼得更集中。”

聚焦光束会产生可控的离子流，然后离子流在撞击探测器之前被弯曲以去除任何杂质。额外的锥体和离子流的弯曲结合起来，防止了在透镜上的沉积。法迪补充说:“它提供了免维护的功能。”

扩大分析范围

许多涉及ICP-MS的不同应用程序需要在同一次运行中分析多个元素。与此分析相关的挑战之一是样品中存在的金属浓度不同。例如，牛奶中的主要金属，如钙、钠和镁，在奶粉样品中的含量为百万分之千。另一方面，有毒金属——如汞、砷和铅——可能存在于同一样品中，但它们的微量含量完全有可能是十亿分之一。¹

在这些情况下，确保仪器使用正确的动态范围是至关重要的。“扩展分析的动态范围将允许您同时检测所有元素，”Fadi解释道。“这个范围通常限制了检测能力和只能进行一次分析的能力。”

NexION ICP-MS仪器的扩展动态范围(EDR)特性选择性地衰减了通过光谱仪的离子流，允许对低或高浓度元素进行受控测量。它可以在一次测试中检测出所有元素，无论是更小、含量更高的元素，如钠，还是更大、更稀有的金属，如汞。“这就是这项技术的美妙之处:它是特定于元素的，”法迪补充道。“如果我想分析两种质量接近的元素，比如钠和铝，但浓度差异很大，我可以通过控制传输和光束强度，在一次测试中完成。”

确定农药残留痕迹

除了食品中金属的潜在污染外，农药残留和真菌毒素的存在是另一个令人担忧的原因。农药本身是维持世界粮食供应所必需的，但真菌毒素是与发霉作物有关的真菌产生的有毒化合物。食品中未被检测出的这些残留物可导致严重疾病，对公众对食品完整性的信心产生不利影响。正如最近的消费趋势所表明的那样，食品行业对“清洁食品”有着强烈的愿望:生产过程中不接触农药和霉菌。

了解我们食物中的成分可以扩展到识别和量化潜在污染物的全谱。这是通过特性来实现的。液相色谱结合串联质谱技术(LC-MS /MS)是检测农药和真菌毒素最广泛使用的方法之一。在这里，LC仪器分离单独的化学分析物，然后使用三重四极杆串联质谱识别和量化。

Kaveh向我们解释说:“高通量市场，如食品和环境分析，需要提供最高效率并增加正常运行时间的解决方案。”“为了满足这一需求，QSight Triple Quad LC-MS /MS仪器采用StayClean热表面诱导脱溶技术，帮助我们的澳门万博公司客户分析困难的样品。”

然而，食物样本的挑战之一是需要准备和分析的通用且困难的矩阵。例如，固体食物的样品制备将不同于液体食物。此外，脏样品会导致仪器污染，导致仪器停机时间过长，再次导致农药鉴定的延迟。在这些情况下，提高仪器效率的技术可以帮助科学家在更长的时间内分析更多的样本。

Kaveh解释说:“食品制造商越来越多地使用质谱法来分析食品中的含量。”“在这方面，随着我们技术的改进，使用QSight三轴四轴仪的优势在过去几年里也在不断增强。”

QSight三四质谱仪采用StayClean技术，这是一种专利热表面诱导脱溶界面。这是利用热气体的流动来运输离子通过质谱仪的物理部分。热气体给离子传输带来了双重优势。首先，它可以使离子从不同部分安全传输，防止它们撞击仪器壁。其次，热气体为溶剂化的物质提供必要的能量，使其在质谱分析之前变得荒凉。

“从根本上说，它让我们的科学家能够分析复杂、肮脏的样本，”Kaveh解释道。“使用这项技术可使仪器正常运行时间提高15%，使我们的客户有更多时间分析样品中的潜在污染物。”

食品之外的农药分析

在大麻已经合法化的地方，质谱法与新鲜食物一起被经常用于分析大麻。它现在已被广泛应用于农药的分析，以及效价等特性的分析。Kaveh解释说:“随着越来越多的国家开始将大麻的药用和娱乐用途合法化，我们将看到对质谱分析的更多需求。”“它提供了检测残留农药和大麻植物其他重要成分的能力。”

珀金埃尔默最近开始与美国俄勒冈州的一家公司合作，鉴定州法规规定的59种农药中的任何一种。在美国，对大麻产品中农药的每一个实验室检测都必须了解不同州的不同立法和要求。例如，俄勒冈州只要求分析59种农药，²而加州的监管则更为严格，要求科学家识别并量化66种农药。

在这两种情况下，使用适当的工具可以识别任何给定样品中的残留农药。加州的农药清单是全面的，需要LC-MS/MS和GC-MS /MS的结合才能识别清单上的每一种农药。但是Kaveh解释说，所有这些农药都可以只用QSight仪器进行分析。Kaveh说:“通常情况下，一个实验室需要同时具备GC和LC功能来检测这些农药，这意味着需要两台仪器，需要两倍的资本投资。”“但我们的双源技术可以提供一种仪器，在一个系统中同时使用电喷雾电离和常压化学电离，有效地消除了对GC-MS /MS的需求。”这意味着一个实验室只用这一种仪器和一种方法就可以分析所有的农药。”

随着质谱法在新兴市场和成熟市场的进一步采用，将需要在仪器和方法方面进行创新。这可能是对围绕食品中允许的农药或金属安全水平的法规不断变化的回应，因为随着更多的研究的进行，这些法规正在不断地被审查和修订。检测金属或残留农药通常依赖于在十亿个、十亿个甚至十亿个元素或分子中识别和量化单个元素或分子。但是，通过在污染物进入消费者手中之前识别污染物，珀金埃尔默有助于确保对食品的信任，更重要的是，保护人们免受潜在的污染威胁。