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【深度热点】稳定同位素技术在食品检测中的应用

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2018-09-13 16:36
来源:莱伯泰科
实验与分析
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  引言

  稳定同位素技术现已成为食品检测技术的“宠儿”,然而仍有部分人对其知之甚少,今天小析姐就和大家一起在稳定同位技术的定义、分类、意义、理论基础和应用案例这几个方面来,揭开稳定同位素技术的“神秘面纱”。

  近年来食品掺假问题屡见不鲜,而且掺假问题已成为全球问题。伴随着科技快速发展的同时,食品掺假水平和手段也越来越高明,仿真度极高的劣质产品给检验工作带来了巨大困难,使许多检测鉴别掺伪的传统方法失效。食品造假手段不断翻新,鉴别方法也在不断发展,如何运用新型高科技检测手段让掺假无机可趁已成为食品行业的重中之重。

  同位素技术目前是国际上用于辨别食品真假、追溯食品来源和实施产地保护的一种有效方法,在食品安全领域的应用前景广阔。首先,我们要知道什么是稳定同位素?

  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。

  同位素分类

  同位素可分为两大类:放射性同位素(radioactiveisotope)和稳定同位素(stableisotope)。

  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C、H、O、N、S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。

  同位素技术的意义

  稳定同位素技术的出现加深了生态学家对生态系统的进一步了解,使生态学家可以探讨一些其它方法无法研究的问题。与其它技术相比,稳定同位素技术的优点在于其能使这些生态和环境科学问题的研究定量化,并且是在没有干扰(如没有放射性同位素的环境危害)的情况下进行。

  有些问题还只能通过利用稳定同位素技术来解决,现在有许多农业研究机构和大学已经开始使用高精度同位素质谱计从事合理用肥、果实营养、固氮分析、农药毒性、家畜气候对作物的影响的研究,以及食品质量控制等多方面的研究工作。

  与原子能和地质研究工作相比,在农业和食品方面应用同位素方法从事科研和检测工作正处于方兴未艾的阶段,随着人类社会的发展,对农业的要求也越来越高,今后大力开展和普及运用现代化方法研究农业增产、改善果实质量以及进行食品质量控制检测的工作前途无限广阔。

  稳定同位素比质谱仪

  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应的气体才能检测。

  Sercon-GSL元素分析仪与 Sercon 20-20稳定同位素比质谱仪

  稳定同位素比质谱具体组成

  同位素检测的理论基础

  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CO2δ13C≈-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)

  C3植被与C4植被的δ13C分布范围

  稳定同位素技术在食品溯源和掺杂检测中的应用

  “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。

  食品掺杂(蜂蜜):

  以C同位素作为蜂蜜的指示元素可以较好的鉴别是否存在掺杂。

  小析姐推荐

  目前世界上在稳定同位素技术做的比较超前得要数Sercon质谱公司,Sercon公司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。

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