稳定同位素比质谱在食品溯源中的应用

2019-02-13 16:45:36 北京莱伯泰科仪器股份有限公司

同位素溯源技术是国际上目前应用于追溯不同来源食品和实施产地保护的有效工具之一，在食品溯源领域有着广阔的应用前景，在国际上纷纷开展此领域的研究。本文着重阐述了稳定同位素比质谱在食品溯源中的应用。

什么是稳定同位素

由于原子核所含有的中子数不同，具有相同质子数的原子具有不同的质量，这些原子被称为同位素。例如，碳的3个主要同位素分别为¹²C、¹³C和¹⁴C，它们都有6个质子和6个电子，但中子数则分别为6、7和8。

同位素可分为两大类：放射性同位素（radioactive isotope）和稳定同位素（stable isotope）。

凡能自发地放出粒子并衰变为另一种同位素者为放射性同位素。无可测放射性的同位素是稳定同位素。

我们通常关注的稳定同位素为CHONS五种，这五种稳定同位素是自然界中分别最为广泛，是构成有机化合物的主要元素。

稳定同位素在溯源中应用的理论基础

由于稳定同位素在分子质量上的差异，所有在自然界或者人工加工过程中会产生同位素分馏现象

例如：蒸发过程中的同位素分馏，H₂O₁₆比H₂O₁₈运动得更快，更容易扩散到水汽中，故随着蒸发的进行，剩下的水中H₂O₁₈越来越多。同理，H₂O₁₆比HDO₁₆运动得更快，随着蒸发的进行，剩下的水中HDO₁₆越来越多。

氢、氧稳定同位素的分布规律--纬度效应

再例如：全球大气CO2 δ¹³C≈-6.4‰，但由于植物光合作用吸收利用CO₂时歧视（排斥）¹³CO₂（即同位素分馏），故植物体的δ¹³C要小于-6.4‰，且C3植被和C4植被对¹³CO2的歧视程度不一样，C3植被更歧视¹³CO2（即C3植被对13CO2分馏作用更强），导致C3植被的δ¹³C小于C4植被的δ¹³C。（注，根据上述公式的定义可以得知，¹³C含量越少，δ¹³C越小）

稳定同位素如何检测

稳定同位素的检测通常采用稳定同位素比质谱仪（也称气体稳定同位素质谱仪）。稳定同位素比质谱具体组成如下图所示：

稳定同位素比质谱仪之所以又被成为气体稳定同位素比质谱仪是因为此类质谱只能对特定的气体进行检测，所有目标检测物都需要转化为对用的气体才能检测。

稳定同位素技术在食品溯源检测中的应用

“You are what you eat!”

一方水土养育一方人，同样，来自不同区域的动植物样品因各地环境因素（如气候，土壤类型，水文条件等）的差异，其样品中的各稳定同位素的比值亦有差异。每一种同位素提供某些关于环境的信息，这就是关于它的来源的环境指纹，这些“同位素指纹"信息将告诉我们“样品来自何处”和“样品是如何生产”的（原产地和生产方式）。

基于上述原理，稳定同位素广泛领用与食品溯源，食品掺杂等领域。所谓食品溯源就是根据食品携带的同位素指纹信息，在没有背景资料的情况下，确定出食品的产地信息。食品产品是根据食品本周的同位素信息确定其真实性。

食品溯源（以牛肉为例）：

采用S和H两个稳定同位素对牛肉的产品进行区分，可以得到很好的区分度。

Sercon质谱公司介绍

英国Sercon质谱公司总部位于全球质谱工业最发达的城市-英国曼彻斯特南部的 Crewe，Sercon公司依托曼彻斯特质谱工业的传统优势，吸纳了最优秀的质谱精英人才，专门致力于制造高精度、高灵敏度的 IRMS 同位素比质谱，产品范围包括：连续流同位素比质谱仪、双路进样同位素比质谱仪、呼吸气质谱及各种用于连续流同位素质谱的样品制备系统，如：气相色谱（GC）、元素分析仪（EA）、痕量气体富集制备（Croyprep）用于水平衡、碳酸盐分析制备系统，并可以选配多种自动进样器。

Sercon 公司秉承制造性能最稳定的高精度质谱的原则，集多名全球最优秀质谱专家的研发队伍不断开发新的应用于质谱上的新技术、并拥有多项专利，公司在全球四十多个国家和地区均设有办事及服务机构。