淺議ICP-MS的應(yīng)用

■馮如朋（新疆地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)新疆吐魯番838204）

淺議ICP-MS的應(yīng)用

■馮如朋
（新疆地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)新疆吐魯番838204）

元素分析是化學(xué)分析的一個(gè)重要組成部分，傳統(tǒng)的元素分析方法包括分光光度法、原子吸收法（火焰與石墨爐）、原子熒光光譜法、ICP發(fā)射光譜法等。本文對(duì)電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）的原理及應(yīng)用進(jìn)行了分析，為提高礦物檢測(cè)技術(shù)提供參考。

電感耦合等離子體質(zhì)譜ICP-MS應(yīng)用

元素分析是化學(xué)分析的一個(gè)重要組成部分，傳統(tǒng)的元素分析方法包括分光光度法、原子吸收法（火焰與石墨爐）、原子熒光光譜法、ICP發(fā)射光譜法等。這些方法都各有其優(yōu)點(diǎn)，但也有其局限性，例如：或是樣品前處理復(fù)雜，需萃取、濃縮富集或抑制干擾；或是不能進(jìn)行多組分或多元素同時(shí)測(cè)定，耗時(shí)費(fèi)力；或是儀器的檢測(cè)限或靈敏度達(dá)不到指標(biāo)要求等。

電感耦合等離子體質(zhì)譜—ICP-MS技術(shù)是幾乎克服了傳統(tǒng)方法的大多數(shù)缺點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的更加完善的元素分析法，因而被稱為當(dāng)代分析技術(shù)的重大發(fā)展。

1　ICP-MS的工作原理及其分析特性

在ICP-MS中，ICP作為質(zhì)譜的高溫離子源（7000K），樣品在通道中進(jìn)行蒸發(fā)、解離、原子化、電離等過(guò)程。離子通過(guò)樣品錐接口和離子傳輸系統(tǒng)進(jìn)入高真空的MS部分，MS部分為四極快速掃描質(zhì)譜儀，通過(guò)高速順序掃描分離測(cè)定所有離子，掃描元素質(zhì)量數(shù)范圍從6到260，并通過(guò)高速雙通道分離后的離子進(jìn)行檢測(cè)，濃度線性動(dòng)態(tài)范圍達(dá)9個(gè)數(shù)量級(jí)從ppq到1000ppm直接測(cè)定。

因此，與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)分析技術(shù)相比，ICP-MS技術(shù)提供了最低的檢出限、最寬的動(dòng)態(tài)線性范圍、干擾最少、分析精密度高、分析速度快、可進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定以及可提供精確的同位素信息等分析特性。

2　ICP-MS的發(fā)展過(guò)程

電感耦合等離子體質(zhì)譜ICP-MS，是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的新的分析測(cè)試技術(shù)。它以獨(dú)特的接口技術(shù)將ICP-MS的高溫（7000K）電離特性與四極桿質(zhì)譜計(jì)的靈敏快速掃描的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合而形成一種新型的元素和同位素分析技術(shù)，可分析幾乎地球上所有元素。

3　ICP-MS技術(shù)的應(yīng)用范圍

分析能力不僅可以取代傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)分析技術(shù)如電感耦合等離子體光譜技術(shù)、石墨爐原子吸收進(jìn)行定性、半定量、定量分析及同位素比值的準(zhǔn)確測(cè)量等。還可以與其他技術(shù)如HPLC、HPCE、GC聯(lián)用進(jìn)行元素的形態(tài)、分布特性等的分析。隨著這項(xiàng)技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境、半導(dǎo)體、醫(yī)學(xué)、生物、冶金、石油、核材料分析等領(lǐng)域。

（1）ICP-MS在環(huán)境樣品分析中的應(yīng)用保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，正成為全世界的共識(shí)。世界各國(guó)政府及組織紛紛通過(guò)各種環(huán)境保護(hù)法規(guī)，對(duì)環(huán)境分析化學(xué)提出了越來(lái)越高的要求，環(huán)境分析化學(xué)樣品多種多樣，包括大氣、水、巖石、砂土、泥土、污泥以及和生態(tài)環(huán)境相關(guān)的各種植物樣品。世界各國(guó)的法規(guī)對(duì)這一些樣品的濃度范圍均作了嚴(yán)格的規(guī)定。

為了保證所測(cè)定的結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)于這些環(huán)境樣品的分析所采用的分析儀器，分析方法、采樣方法等也作了嚴(yán)格的法規(guī)規(guī)定，其中最典型的就是美國(guó)國(guó)家環(huán)保局所規(guī)定的ICP-MS技術(shù)用語(yǔ)，飲用水、地表水、地下水各種元素的EPA method 200.8和用于廢水、固體廢棄物、沉積物、泥土等樣品中的各種元素分析的EPA method 6020。隨著環(huán)境法規(guī)對(duì)一些有毒有害元素的檢測(cè)限的要求提高，對(duì)分析技術(shù)也提出了越來(lái)越多的需求。由于檢測(cè)項(xiàng)目大量增加，而且它們的基準(zhǔn)和測(cè)限（濃度）都非常低，傳統(tǒng)的分析方法如ICP-AES技術(shù)對(duì)Se、Hg、Be、As、Pb、Tl、U等元素不能達(dá)到檢測(cè)限要求，必須與石墨爐原子吸收（GF-AAS）和汞冷原子吸收（CV-AAS）技術(shù)結(jié)合使用才能達(dá)到大部分元素的分析要求。而ICP-MS技術(shù)的出現(xiàn)，在某種程度上可以取代ICP-AES、GF-AAS和CV-AAS等分析，且可以測(cè)定它們均不能分析的飲用水標(biāo)準(zhǔn)中特殊要求的U和Tl。同時(shí)ICP-MS技術(shù)還可以直接測(cè)定海水中與環(huán)境污染或水文變化相關(guān)的多種元素。

（2）ICP-MS與其他技術(shù)的聯(lián)用及其在生命科學(xué)研究中的應(yīng)用隨著生命科學(xué)研究發(fā)展的需要，對(duì)環(huán)境衛(wèi)生規(guī)劃的新要求也不斷提高，要求對(duì)元素分析的檢測(cè)限也越來(lái)越低，對(duì)元素存在的形態(tài)要求也越明確。

因?yàn)樵氐男螒B(tài)不同，其作用的機(jī)理完全不同。因此，如果僅研究體系中元素的總含量，已經(jīng)不足于研究該元素在體系中的生理和毒理作用。如Cr(Ⅲ)對(duì)人體大有益處，而Cr(Ⅵ)則會(huì)引起皮膚病、肺癌等，ICP-MS技術(shù)與離子色譜技術(shù)聯(lián)用分別測(cè)定Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)已經(jīng)是十分成熟的方法，其檢測(cè)限可以達(dá)ppt級(jí)，每個(gè)樣品的操作時(shí)間不超過(guò)7分鐘，操作簡(jiǎn)便，大大節(jié)省人力、物力。HG-ICP-MS（氫化物發(fā)生器與ICP-MS）聯(lián)用技術(shù)應(yīng)用于海水中超痕量污染物如As、Se、Sb等易受干擾難測(cè)元素的分析具有優(yōu)越性。

高效毛細(xì)管電泳（CE）技術(shù)是目前最強(qiáng)有力的分離技術(shù)，CE與ICP-MS的強(qiáng)檢測(cè)能力結(jié)合起來(lái)是將來(lái)聯(lián)用技術(shù)最有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域。

許多科學(xué)家都已在這一領(lǐng)域作了探索工作，并在生物化學(xué)領(lǐng)域有了一些具體的應(yīng)用。與環(huán)境化學(xué)、毒理學(xué)等生命科學(xué)研究關(guān)系最密切的應(yīng)用當(dāng)屬高效液相色譜分離（HPLC）與ICP-MS聯(lián)用技術(shù)。HPLC是一種具有高效的分離技術(shù)，尤其適用于熱穩(wěn)定性差、分子量大、極性較強(qiáng)的物質(zhì)的分離。把HPLC與具有極低的檢測(cè)限、寬的動(dòng)態(tài)線性范圍、干擾少、分析精密度高、速度快和可測(cè)定多元素等優(yōu)點(diǎn)的ICP-MS聯(lián)用，可用于研究中草藥、藻類、魚(yú)類、人類等生物體內(nèi)含Cd、Se、As、Cu、Zn、Pb等元素與多種氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)結(jié)合的機(jī)理以及某些元素對(duì)酶的位點(diǎn)的作用過(guò)程。

另外，某些維生素大環(huán)化合物和DNA片斷與金屬元素的作用也在HPLC-ICP-MS的聯(lián)用技術(shù)發(fā)展中得到應(yīng)用。能在復(fù)雜的基體中準(zhǔn)確地分析微量、痕量元素同位素，同時(shí)將ICP-MS用作HPLC的檢測(cè)器跟蹤被測(cè)元素同位素在各形態(tài)中的信號(hào)變化，使得色譜圖變得簡(jiǎn)單，有助于元素形態(tài)的確認(rèn)及進(jìn)行定量析。

[1]李冰，樣紅霞.電感耦合等離子體質(zhì)譜原理和應(yīng)用[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[2]李金英、姚繼軍《ICP-MS實(shí)踐指南》北京：原子能出版社，2007.

P5[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-241-1