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食品檢測/質譜儀 「打」出物質原形

質譜儀能測量細菌質量 (本報資料照)
質譜儀能測量細菌質量 (本報資料照)

【聯合報╱本報記者陳皓嬿、林思宇】

質譜儀能驗油品脂肪酸 (本報資料照)
質譜儀能驗油品脂肪酸 (本報資料照)
前一陣子有周刊引用未經認證實驗室的分析,報導國內牛奶問題多,引起軒然大波,最後道歉收場。事件中,各方專家對報告中的檢測儀器「質譜儀」使用方式有不少討論,之前的假橄欖油事件中,官方要驗明油品身分,靠的也是質譜儀。究竟質譜儀是何方神聖?

把物質打碎 再分析訊號

質譜儀(Mass Spectrometer, MS)顧名思義,就是用來分析混合物中各種元素或組成分子的訊號強度。

質譜儀檢測食品中所含的物質,靠的是將這些物質先以電子打碎、使其帶正電荷,再用偵測到的「電荷質量比」,回推、分析該物質究竟為何物。

簡單比喻質譜儀如何運作。先假想要檢測的物質是一顆「米老鼠頭」,米老鼠頭是由三顆球組合而成。

質譜儀分析的第一步,先將米老鼠頭分解成三顆球,然後將這三顆球放到一平台上面,平台下方連接著一道斜坡,斜坡的側面則有吹風機的風不停吹過。

當球往下滾時,最輕的球受側風的影響最大,因此滾下途中轉彎幅度也最大;反之,最重的球因為質量大,不太受風的影響,滾動途中轉彎的幅度微小。

對照這三顆球的滾動軌跡,發現最輕的球滾動軌跡和保麗龍球一樣,次輕的球軌跡和乒乓球一樣,最重的球軌跡則和高爾夫球一樣。因此可以回推,米老鼠頭是由保麗龍球、乒乓球和高爾夫球所組成。

同一種離子 同偵測位置

在質譜儀中,可分為三個區域:離子化區、質量分析區和偵測區。離子化區是一個全真空的環境,科學家將要檢測的樣品放進去後,再將許多高能量電子打在樣品身上,讓樣品分子失去電子並離子化、帶正電,同時有些樣品分子則會被電子擊打後,碎成許多帶電的離子。

接著,這些離子碎片會進到質量分析區,在質量分析區中會先有一個電場,將離子碎片拉進質量分析區中(就如上述比喻中的斜坡)。

然後離子碎片會進入一個磁場中,磁場在和離子的電磁交互作用下,會產生推力,讓離子碎片轉彎(就如上述比喻中吹風機吹出的風),質量越大的離子碎片轉彎幅度越小,質量越小的離子碎片轉彎幅度卻越大,藉由磁場,將不同質量的物質分開來。

推算碎片比 再回推樣品

最後,這些離子碎片進入偵測區,依其轉彎幅度的不同,打在偵測區不同的位置上;同一種離子碎片轉彎幅度相同、打到偵測器的位置也相同,偵測器便能根據這個位置被擊打的次數,和其他位置被擊打的次數相比,可以推算出樣品中各種離子碎片占的比率,再回推樣品是由哪些物質組成。

舉例來說,有一樣品經質譜儀分析後,得到原子量為35和原子量為37的訊號別強,且原子量35的訊號強度,約是原子量37的訊號強度的三倍,根據計算,這個樣品的平均原子量是35×0.75+37×0.25=35.5,便可回推這個樣品是氯原子。

層析先分離 質譜再分析

至於最近一連串食安問題中,常被專家提到的氣相層析質譜儀(GC/MS)和液相層析質譜儀(LC/MS/MS),是將層析儀和質譜儀串連在一起;層析儀的功能是將要檢測的食品中,先分離出不同的物質,接著才將這些物質一項一項送進質譜儀分析。

層析儀是透過物質和儀器管壁的親和力不同,來分離物質,就好像大人和小孩一起在來往人群眾多的火車站參加「障礙賽跑」;小孩個子小,比較容易穿過人群,因此會優先抵達終點,大人則容易和人群相撞(或甚至被旅客拉住問路),因此要達到終點會花比較多時間,這時就可將小孩和大人依先後抵達時間「分離出來」了。(陳皓嬿)

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