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    ICP-MS新的應用及未來發展

    發布日期:2020-10-25  點擊次數:
            電感耦合等離子體質譜(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry,ICP-MS)是80年代后發展起來的分析測試技術,它是以獨特的接口技術將電感耦合等離子體(ICP)的高溫電離特性與四級桿質量分析器(MS)的快速靈敏掃描的優點相結合而形成一種元素和同位素分析技術。ICP MS具有樣品制備和進樣技術簡單、質量掃描速度快、運行周期短、所提供的離子信息受干擾程度小等優點。對于大多數元素而言,有著極低的檢出限。幾乎可以取代傳統的元素分析技術,被公認為最理想的無機元素分析方法。ICP-MS廣泛應用于環境監測、地質科學、生物科學、農業生產、材料科學、冶金工業、醫藥學領域、食品檢測、法醫檢測、以及最新的毒品檢測、新能源檢測等領域。 


      1.ICP-MS在環境監測領域的應用 


      ICP-MS在環境監測領域的應用集中在地表水、地下水、飲用水中痕量金屬和非金屬監測,污水中重金屬監測等方面;集中在大氣顆粒物及氣溶膠中重金屬監測分析方面;在土壤、灰渣、污泥中金屬監測分析等方面積累了很多經驗。 


      ICP-MS水環境監測領域中的應用及實踐已經非常成熟。利用ICP-MS分析了地表水和飲用水中的T1元素,檢出限7.0×10-4μg/L,RSD為0.6%,方法簡單快速,完全滿足地表水和生活飲用水的檢測要求。ICP-MS測定地表水中多個元素的分析方法研究,以靈敏度、氧化物產率、信背比、雙電荷為指標優化儀器參數,從曲線、檢測限、準確度和精密度方面對方法進行了研究探討,得出了可信結論。用ICP-MS測定湖泊水中痕量溴、碘,為ICP-MS測定非金屬元素積累了寶貴經驗。以sc、Ge、In、Bi為內標,用ICP-MS測定礦泉水中23種元素,結果顯示方法線性范圍寬,r>0.999,RSD均低于4.2%,加標回收在87.6%~110.1%,滿足要求。利用八級桿碰撞/反應池技術和屏蔽炬技術ICP-MS測定近岸高鹽排污口樣品中V等10種金屬元素,分析樣品4小時以驗證儀器的穩定性,通入He消除高鹽基體帶來的多原子離子干擾。結果顯示RSD控制在5%以內,加標回收率在88.32%~118.5%。該文章為ICP-MS應用于復雜基體中金屬元素測定的可能性提供了支撐。 


      ICP-MS在氣環境監測領域中應用正在深入、有序進行。ICP-MS在大氣顆粒物重金屬分析的應用研究進行了總結,闡述ICP-MS在大氣顆粒物重金屬分析的優勢,從價態分析、樣品采集過程及前處理方式、分析過程以及內標元素選取、干擾消除等方面都做了分析和闡述。采集典型電子垃圾拆解區和對照區的TSP,利用ICP-MS檢測了13中元素,結果顯示Cu、Zn等5種金屬污染嚴重。栗永陽等。圳等采用氣溶膠直接進樣方式用ICP MS進行定量分析Pu,檢出限低,方法快速簡便,為ICP-MS應用于氣溶膠快速檢測提供了經驗。微波消解ICP-MS測定大氣氣溶膠中的Pt的研究,采用數學校正方法扣除HfO復合離子對Pt的干擾,標準物質同步檢測以驗證其可靠性。結果顯示上海市大氣氣溶膠中Pt的平均含量為(1.5±1.0)pg/m3,低于世界其他城市。 


      ICP-MS在土環境監測領域中的應用正在起步,目前為止還沒有ICP-MS國家標準方法頒布。近年來ICP-MS在土壤中重金屬測定方面的應用,重點比較了土壤前處理中不同消解體系和消解方式對結果的影響,介紹激光溶蝕法、氫化物發生法等土壤監測中新方法。采用HNO2-H2O2體系消解土壤,測定土壤中cu等6種重金屬元素,利用標準物質進行參考校正,結果顯示該方法具有很好的可行性。ICP-MS測定土壤中痕量鈾的方法,采用HNO2HF-HClO4消解體系,以錸為內標校正基體干擾,結果表明鈾的質量濃度在0~20 ng/mL范圍內與信號強度呈線性關系,相關系數r=0.999 9,該方法可信可靠,滿足相關要求。上海地區生活垃圾焚燒灰渣元素組成及微觀特征研究,采用ICPMS和x射線吸收精細結構譜研究灰渣中Pb的同位素比值和化學種態。研究發現,飛灰和爐渣中的Pb的來源相似,化學種類相同。該文獻為ICP-MS與其他技術手段聯用解決金屬的種類及形態等深層次問題提供了可行案例。污泥焚燒過程中鉻等重金屬遷移轉化特性進行了研究,試驗表明加入固定劑可以減少鉻的揮發。 


      2.ICP-MS在其他檢測領域的應用 


      除了環境監測領域,ICP-MS在其他檢測領域也有廣泛應用??偨Y了ICP-MS在地質科學、生物科學、農業生產、材料科學、冶金工業等行業的應用,從樣品處理、進樣技術、內標元素等多個方面進行了綜述,具有廣泛的代表性。ICP-MS與電感耦合等離子體光譜儀ICP-AES、石墨爐原子吸收儀GFAAs相比具有顯著優勢,可以進行定性、半定量、定量分析,還可以進行同位素比測定。該文章從儀器原理和結構層面對ICPMS進行了分析。ICP-MS的工作原理、儀器結構、分析特點,并根據特點和發展趨勢,進行了展望。ICP-MS法測定痕量貴金屬中應用,引用97篇文獻重點對巖礦分析、金屬材料分析和環境生物樣品中貴金屬分析進行了總結,以表格形式進行分類展示,簡單明了。文獻總結了ICP-MS在冶金行業的應用,重點介紹樣品的分解分離方法、進樣方法,干擾及校正方法,對冶金行業的金屬分析進行了很好的歸納和總結。ICP-MS和ICP-AES在化妝品重金屬分析中的應用,作者認為ICP-MS雖然較ICP-AES應用晚,但是普及更快,檢出限更低,兩種儀器均能滿足化妝品中重金屬的分析要求。   除上述領域外,在醫藥學領域內, ICPMS在中藥領域重金屬及有害元素分析中的應用,由于ICP-MS具有極低的檢出限,靈敏度高,同時可以測定多種元素,特別適合大量樣品的微量、痕量元素的分析,必將會在中藥重金屬檢測領域廣泛應用。Anna等進行了ICP-MS分析亞洲和歐洲的中藥材以及膳食補充劑中有毒重金屬含量的測定。作者選用了一些潛在含有重金屬的傳統中國中藥(如當歸、柴胡等)以及歐洲的藥材(如紫錐菊等),利用硝酸進行密閉微波消解然后測定Pb、Cd、Al、As、Ba、Ni、Sb。一些相關的潛在金屬及其化合物也在討論范圍之內,結果將作為波蘭市場上的膳食補充劑參考指標。文章顯示,ICP-MS測定植物中的重金屬具有良好的穩定性和精密度。 


      在食品檢測領域,ICP-MS在茶葉質量控制中的應用研究進展,考察了ICP-MS與其他檢測儀器相比的不足之處,介紹了茶葉原產地判別和安全性分析等相關研究進展。利用ICP-MS和ICP-OES對就葡萄酒中的多元素進行分析,并建立斯洛文尼亞葡萄酒溯源分類。通過測定272瓶酒、49種元素,運用主成分分析法(PCA)建立反向人工神經網絡模型(CPANN),起到了很好的分類、預測效果,準確率達到82%。 


      在法醫檢測領域, ICP-MS測定土壤中微量元素指紋,利用多元素統計分析方法為法醫調查提供依據。該實驗布置了模擬犯罪現場,從犯罪嫌疑人的汽車坐墊以及犯罪現場的鄰近區域、比較遠的區域提取土壤進行分析,作為對比再從美國其他三個地區收集土壤,微波消解ICP-MS分析Li、Be、Mg等22種元素,利用多元統計方法對數據進行評價。結果發現,有8組同學正確的分類最終的位置,但是由于法醫調查取證的復雜性,區分不同的土地區域和地理位置的土壤元素指紋方法還存在潛在的缺陷。然而,這項以調查為基礎的分析實驗,拓展了ICP-MS的可能潛在應用,激發了學生的學習熱情。 


      在毒品檢測領域,嘗試用微波消解ICP-MS法對合成大麻毒品中微量金屬進行分析,測定了Ba、Be、Co、Cr、Cu、Ni、Li、Pb、u、Zn等10中金屬,用馬鈴薯葉片作為認證參考,Sc、Ge、In、Bi作為內標元素。結果顯示:連續測定30組,該方法的準確性和重復性滿足要求,所有測定金屬含量低于世界衛生組織規定的限值。其中,Cu、Zn、Pb、Ni、Co、Cr的含量變化很小,Ba的含量有明顯變化,作者建議把Ba作為合成大麻的特征金屬,為以后的測定提供參考。 


      在新能源檢測領域,利用高性能ICP-MS分析印楝生物柴油和商業生物燃料中微量金屬元素。生物燃料中的微量重金屬會對發動機等造成一些機械問題,因此有必要對這些燃料物種進行精確分析,這對未來生物燃料的應用具有重要意義。在相同實驗條件下分析40種元素,發現印楝生物柴油的純度更高,作者相信這對環保主義者來說是好消息。 


      3.ICP-MS未來發展 


      ICP-MS自身的強化升級進行單顆粒納米級粒徑研究、池技術方面進一步消除質譜干擾是ICP-MS自身開發的重點。 


      ICP-MS具有拓展性強的特點,相關的聯用技術在近年來已經成為分析領域研究的熱點。ICP-MS及其聯用技術之間的結合進一步提高分析精密度來進行復雜基體元素超痕量分析、同位素比值及形態研究,環境領域中分析污染物成因(如PM2.5)、遷移規律以及對人體影響機理方面進行研究、生命科學中細胞內元素的形態及準確定量研究、液相/固相先進微萃取技術與微量進樣技術結合用于有機物形態分析的研究(如SPME+HPLC+ICPMS)是未來ICP-MS整體研究領域的發展方向。 


      另外,目前尚無ICP-MS在土壤、固廢等領域應用的國家或行業標準出臺;更無ICP-MS聯用技術的標準方法出現,檢測行業亟需相關的國家標準或行業標準方法加速出臺來鼓勵支持ICPMS的發展。 


      隨著相關配套產業如電子元器件的發展和升級,ICP-MS正朝著小型化、自動化、智能化、低成本化方向發展,但是更高靈敏度、更低檢出限仍是ICP-MS未來的重要特色和優勢,這樣的升級也會帶動ICP-MS相關服務領域的發展,當然,這需要所有ICPMS的從業人員一起努力。
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