你應該要知道的食事

質譜儀最初的發明,是作為同位素的測定,而現今將質譜儀運用於食品檢驗,其靈敏度比傳統的液相層析法更高,更能有效的偵測出食品中所含有的物質。

撰文=黃宜稜

近幾年食安問題連環爆,從塑化劑污染食品、澱粉添加順丁烯二酸酐以及多起劣質油混充食用油的案例等,食品詐欺的狀況不斷發生,讓民眾人心惶惶。為了確實了解食品中的成分,以避免不肖業者於食品中添加非法物質,科學家開始借助質譜儀(Mass Spectrometer, MS)的高準確度與高靈敏度為食品「驗明正身」。

質譜儀的發明者——弗朗西斯·威廉·阿斯頓(F. W. Aston)1877年9月1日出生於英國伯明罕,是位知名的物理學家、化學家、英國皇家學會院士、俄羅斯科學院榮譽院士,同時也是1922年諾貝爾化學獎的得主。

阿斯頓畢業於梅森學院(並併入英國伯明罕大學),1910年他進入知名科學家約瑟夫·湯姆森(J. J. Thomson,電子的發現者,1906年諾貝爾物理學家得主)的實驗室擔任助理,協助湯姆森改良做陽極射線研究所使用的氣體放電實驗裝置,最終證實氖離子流是由2個不同質量的原子所組成的(分別為氖-20與氖-22),這項發現除了作為同位素是一個穩定元素的證據之外,也是質譜分析法第一個實際應用的例子。

爾後,阿斯頓更加致力於氖的同位素研究,並於1919年成功研發出第一台真正的質譜儀。不過,阿斯頓並不為此感到滿足,他不斷的改良實驗儀器,並相繼推出性能更高的第二代、第三代質譜儀。借助著自己所研發的質譜儀,阿斯頓鑑別出至少212種同位素,並整理出「整數法則」說明除了氫以外的所有元素,其原子量都是氫原子量的整數倍,這也讓阿斯頓在1922年獲得諾貝爾化學獎。

現今,質譜儀被稱為「科學界的偵探」,其原理是將待檢測的物質打碎成帶正電荷的離子碎片,測定這些離子碎片在電磁場中的偏轉度,質量越大的離子碎片偏轉度越小,質量越小的離子碎片偏轉度則越大,藉此將不同質量大小的離子碎片分離,並偵測不同質量的離子碎片各占有多少比例,繪製出質譜圖。

以食品檢驗的部分來看,質譜儀的靈敏度比傳統的液相層析法更高,更能有效的偵測出食品中所含有的物質。由於不同化合物皆有不同的質譜圖,若食品中被添加了原先不該含有的物質,透過質譜儀分析,這些物質就會被偵測出來,讓非法添加無所遁形。


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參考資料:
Francis William Aston
食品安全的捍衛者:質譜儀器偵測原理與方法的簡介
Mass spectrometry