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2015-01-01質譜分析在食品安全上的應用
541 期
Author 作者
呂廷璋／任教臺灣大學食品科技研究所。
攤販前張貼的分析報告、小吃店門口的掛保證，是哪個機器如此強大，帶我們度過飲食風暴，守住食品安全的最後防線？想要讀懂報告上的數據，那就先認識質譜儀吧！
質譜分析在近幾年接連發生的食品醜聞事件爆發時，屢屢在報章媒體中被提起，用來檢驗或確認牛奶製品中的三聚氰胺、飲料與果汁中的塑化劑、澱粉製品中的順丁烯二酸與攙假在橄欖油中的銅葉綠素。質譜分析儼然變成食品問題的萬能掃描雷達，只要打開此照妖鏡，問題食品就無所遁形。因此農林水產、食品生產與貿易、衛生管理等各單位紛紛購置質譜儀，希望藉由這個保護傘，確保食品的安全。就讓我們來認識質譜分析的基本原理，以及它在食品安全監控上所扮演的角色。
質譜儀－秤量分子的天平
質譜分析（mass spectrometry, MS）是一種用來決定分子質量的技術。簡單的說，它就像化學分子或元素的秤量天平，只是這個天平不是直接秤重，而是在儀器內部形成一個真空的磁場。進行分析時，分析物會被氣化並被電子（離子源）撞擊，使其帶上電荷變成離子或者分子碎片離子，在磁場中飛行。利用離子在磁場中移動的性質差異，儀器就可測定分析物的質量電荷比（質荷比，m/z），得知其分子的質量，也就是「分子量」，用來判別分析物所含的元素或分子的組成。
若分析物本身就容易揮發成氣體，便可以電子直接撞擊氣體分子，使之產生碎片離子，稱為電子游離（electron ionization, EI）或電子撞擊游離（electron impact）。若分析物為液體或固體，在食品分析上則常以電噴灑游離法（electrospray ionization, ESI）與大氣壓化學游離法（atmospheric-pressure chemical ionization, APCI），讓分析物氣化並帶上電荷。
然而食品的組成（基質）非常複雜，因此進行分析時，常先將分析物以氣相層析法（gas chromatography, GC）或液相層析法（liquid chromatography, LC）加以分離。當揮發性的化合物以氣相層析法分離後，就能直接使用電子游離技術，讓離子進入質譜儀執行分析。若分析物揮發性低，則選用液相層析法。液體樣品需要先除去溶劑（施以電壓與氣流，並同時加熱來達到此目的），轉換為氣化的帶電荷離子，才能進行質譜儀分析。
利用分子特徵鑑定分析物
質量是分子的一種特質，因此質譜儀可以用來鑑定或確認分析物。當知道分析物的分子量時，我們即可推測此分析物的化學元素組成，例如一般有機物主要的元素：碳、氫、氧、氮、硫、磷、氯或溴等。但相同分子量的物質可能涵蓋數百種，甚至上千種的可能組合，若質譜儀的精準度或解析度很高（如小數點以下三或四位數），就可以提高分辨力，使可能的組合限縮在較小的範圍，不過這種儀器的造價可不菲，例如，飛行時間式（time-of-flight）或軌道阱式（orbitrap）質譜儀。目前常用來監控食品安全事件的三段四極柱質譜儀（triple quadrupole mass spectrometer），利用的策略是將兩個質譜分析器串聯在一起，稱為串聯質譜法（tandem mass spectrometry, MS/MS），並在兩個質譜分析器之間加裝撞擊室（collision chamber），導入撞擊氣體。……【更多內容請閱讀科學月刊第541期】