激光剝蝕串聯(lián)電感耦合等離子體質(zhì)譜在環(huán)境分析中的應(yīng)用進(jìn)展

劉婭聰，王偉超，令偉博，張托雅，王雪梅， 劉 倩*，江桂斌

(1.西北師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué) 國家重點(diǎn)實驗室，北京 100085；3.中國科學(xué)院大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100190)

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，大量的金屬污染物被排放到自然界中，對人類和其它生物的健康造成了嚴(yán)重危害[1]。已有研究表明，過量的金屬離子會造成人體中毒、降低兒童智力以及引發(fā)神經(jīng)性疾病[2-3]。Chen等[4]發(fā)現(xiàn)相比于單一物質(zhì)，金屬離子與有機(jī)物的協(xié)同作用不僅可以增加毒性，而且還會使金屬離子更容易進(jìn)入細(xì)胞壁，從而導(dǎo)致其在生物體內(nèi)富集。截止目前，金屬離子的檢測方法有X射線能譜法(EDS)、原子吸收光譜法(AAS)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)等。其中，EDS難以檢測微量元素[5]；AAS法盡管具有高精密度、寬線性范圍等優(yōu)點(diǎn)，但無法同時檢測多個元素，且易受基體干擾[6]；ICP-OES和ICP-MS是近年來常用的檢測無機(jī)元素的方法，可以檢測微量及超微量元素，并具有高靈敏度、低檢出限、寬線性范圍、分析速度快以及多元素同時分析等優(yōu)點(diǎn)。但I(xiàn)CP-OES和ICP-MS僅能分析液體樣品，對固體樣品需進(jìn)行前處理，從而會造成一定程度的樣品損失與污染，而且一些容易與氧和氫結(jié)合的元素會干擾檢測結(jié)果[7]，如Ba氧化物會干擾Eu的檢測，導(dǎo)致Eu的檢測結(jié)果偏大[8]。

激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜法(Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry，LA-ICP-MS)是近年發(fā)展迅速的一種元素分析方法。Gray等[9]在1985年首次提出將LA與ICP-MS聯(lián)用進(jìn)行固體樣品分析。Durrant等[10]系統(tǒng)地總結(jié)了LA-ICP-MS的條件優(yōu)化，包括激光和束斑的大小、剝蝕方式以及氣流大小等。LA-ICP-MS作為一種新型元素分析方法，不僅具有檢測限低、樣品污染少、可同時檢測多元素等優(yōu)點(diǎn)，還可對樣品進(jìn)行成像，從而得到樣品中元素的空間分布信息。降低了樣品在制備過程中可能帶來的污染或揮發(fā)性元素的損失，也減小了操作人員在有害試劑中的暴露機(jī)會[11]。

近年來，隨著儀器科學(xué)的發(fā)展，LA-ICP-MS儀器也得到了快速發(fā)展，進(jìn)樣系統(tǒng)已經(jīng)由常用的納秒(ns)激光剝蝕發(fā)展到了飛秒(fs)激光剝蝕。電感耦合等離子體飛行時間質(zhì)譜(ICP-TOF-MS)的出現(xiàn)和應(yīng)用，使得多元素甚至全元素分析的能力和檢測速度得到顯著提升，同時還提高了對同位素比值的分析精度，從而更加有利于同位素稀釋分析。LA和ICP-TOF-MS的聯(lián)用(LA-ICP-TOF-MS)增強(qiáng)了生物體系元素成像分析的能力，拓展了LA-ICP-MS的使用范圍[12]。此外，LA與MC-ICP-MS串聯(lián)用于原位同位素比值分析，不僅免去了繁雜的樣品前處理過程，也可用于同位素成像分析。另一方面，近年來快速洗脫樣品池(Rapid response ablation cells)和高頻激光器(High repetition rate laser)的發(fā)展也極大地提高了分析通量和靈敏度，促進(jìn)了快速原位和成像分析技術(shù)的發(fā)展，推動了LA-ICP-MS在臨床和生物領(lǐng)域的應(yīng)用[13]。

在微區(qū)成像分析技術(shù)方面，如表1所示，與掃描電鏡-能量色散X射線分析(SEM-EDX)、納米二次離子質(zhì)譜(NanoSIMS)、同步輻射X射線熒光光譜(SR-XRF)相比，LA-ICP-MS不僅避免了高真空操作環(huán)境，同時也可對低豐度元素定量分析。目前，LA-ICP-MS常用于探測巖石中元素含量的原位分析，而在環(huán)境分析中的應(yīng)用相對較少。總體來說，LA-ICP-MS在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用仍處于起步階段。本文主要總結(jié)了LA-ICP-MS的方法開發(fā)、干擾因素及近年來在環(huán)境科學(xué)研究中的應(yīng)用進(jìn)展，并對未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

表1 4種微區(qū)元素分析技術(shù)的比較[14]Table 1 Comparison of four micro-area analytical techniques[14]

1 LA-ICP-MS環(huán)境分析方法開發(fā)

1.1 LA-ICP-MS的原理

LA-ICP-MS是由LA和ICP-MS連接起來的一種分析工具，原理如圖1所示。利用激光將樣品池內(nèi)的樣品剝蝕產(chǎn)生氣溶膠顆粒，然后經(jīng)載氣攜帶進(jìn)入ICP中氣化，最后通過MS篩選后定量[15]。LA-ICP-MS的理想狀態(tài)應(yīng)該是：(1)剝蝕前后產(chǎn)生的氣溶膠組成能夠代表樣品組成；(2)剝蝕的顆粒在載氣的攜帶下全部進(jìn)入ICP中；(3)在不影響ICP-MS參數(shù)的情況下剝蝕的顆粒在ICP中可以全部原子化和離子化[16]。但由于分餾效應(yīng)以及基體效應(yīng)的影響，實際應(yīng)用中很難達(dá)到上述要求。圖2概括了影響LA-ICP-MS的因素以及降低這些影響的方法。

圖1 LA-ICP-MS的原理圖[15]Fig.1 Schematic diagram of LA-ICP-MS[15]

1.2 LA-ICP-MS的分餾效應(yīng)

分餾效應(yīng)指檢出信號無法反映樣品的真實信息，是導(dǎo)致LA-ICP-MS應(yīng)用受限的一個主要原因，受樣品性質(zhì)、激光參數(shù)、載氣等多種因素影響。元素分餾主要產(chǎn)生在三個階段，即剝蝕階段、氣溶膠轉(zhuǎn)移階段以及ICP系統(tǒng)中[17-18]。

圖2 減小分餾效應(yīng)和基體效應(yīng)的措施Fig.2 Measures to reduce fractionation effect and matrix effect in LA-ICP-MS

首先，在剝蝕階段，分餾效應(yīng)受激光能量、脈沖頻率、脈沖寬度、剝蝕氣體流速以及剝蝕方式等因素的影響[19]。Luo等[20]發(fā)現(xiàn)激光剝蝕導(dǎo)致元素的分餾主要發(fā)生在激光剝蝕的最后階段，隨著激光斑束增加，富集難溶元素的效率增加，分餾效應(yīng)增加。同時，對比不同的激光波長，發(fā)現(xiàn)激光波長越長，分餾效應(yīng)越強(qiáng)，產(chǎn)生的大顆粒物越多。常用的激光器為納秒(ns)激光，隨著儀器的改進(jìn)，新的飛秒(fs)激光剝蝕可將樣品剝蝕為納米級的顆粒，從而減小了分餾效應(yīng)[21]。Horn等[22]以氦氣和氬氣為載氣，發(fā)現(xiàn)采用氦氣時的靈敏度高于氬氣，氬氣下顆粒的沉積增加，因此當(dāng)載氣為氦氣時能降低分餾效應(yīng)。載氣的變化不僅影響傳輸效率，更重要的是在氦氣下形成的氣溶膠顆粒更小、更均勻，因此在ICP中更易揮發(fā)。

其次，在氣溶膠傳輸過程中，剝蝕的顆粒主要受擴(kuò)散力和重力影響。當(dāng)粒子的平均自由程小于載氣原子時，元素分餾主要由擴(kuò)散力引起；對于微米級的粒子，元素的分餾主要由重力引起[16]。相對于小顆粒氣溶膠，大顆粒氣溶膠在轉(zhuǎn)移過程中更容易分餾，主要是因為粒徑越大，氣溶膠的重力作用越強(qiáng)，其在轉(zhuǎn)移過程中沉淀越多，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)移效率下降[22]。此外，剝蝕顆粒的形態(tài)以及載氣流速也會影響轉(zhuǎn)移效率，從而發(fā)生分餾[23]。

最后，在離子化過程中，Guillong等[24]認(rèn)為不完全離子化是導(dǎo)致分餾效應(yīng)的一個主要因素。當(dāng)剝蝕顆粒粒徑越大時，原子化和離子化的程度越低。難溶顆粒物的不蒸發(fā)也會影響離子化，導(dǎo)致分餾效應(yīng)的產(chǎn)生[25-26]。除了不完全電離，易電離的離子先電離，導(dǎo)致在ICP中擴(kuò)散程度升高，從而產(chǎn)生分餾效應(yīng)[27]。

因此，降低分餾效應(yīng)主要從上面3個途徑入手。減小氣溶膠粒度是減小分餾效應(yīng)的有效措施，而將元素全部離子化是減小分餾效應(yīng)的前提。fs剝蝕系統(tǒng)產(chǎn)生的氣溶膠粒度更細(xì)，但fs剝蝕系統(tǒng)不僅價格偏貴而且保養(yǎng)困難，因此目前主要從優(yōu)化剝蝕條件和ICP條件來減小分餾效應(yīng)。

1.3 LA-ICP-MS的基體效應(yīng)

基體效應(yīng)是指基體對目標(biāo)元素的增強(qiáng)或抑制作用，主要分為基體組成效應(yīng)和物理干擾效應(yīng)。當(dāng)基體中摻雜其它物質(zhì)時，會產(chǎn)生基體組成效應(yīng)[28];而物理方面的干擾主要包括氣化、熱導(dǎo)系數(shù)及水含量等。對于低沸點(diǎn)物質(zhì)，由于質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)，使得基體對其影響加重[29]。Luo等[30]發(fā)現(xiàn)引入少量的水蒸氣可顯著降低基體效應(yīng)，主要是因為水中的H或OH對激光剝蝕產(chǎn)生影響，但具體的機(jī)制還需進(jìn)一步闡明。其次通過使用紫外激光波長，用fs激光剝蝕也可以降低基體效應(yīng)，但不能完全消除。因此為了提高準(zhǔn)確度，對其校正非常必要。一般的校正方法有外標(biāo)法和同位素稀釋法。

1.4 校正方法

1.4.1 外標(biāo)法外標(biāo)法是指按一定梯度將標(biāo)準(zhǔn)品加入到空白溶劑中，與未知樣品在相同條件下處理并檢測，用不同濃度的樣品與ICP-MS的檢測值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，從而推算未知樣品濃度的方法。在LA-ICP-MS中外標(biāo)法包括固體外標(biāo)法和液體外標(biāo)法。如Pozebon等[31]設(shè)計了一種雙氣流設(shè)備，利用標(biāo)準(zhǔn)溶液校正法對小鼠大腦薄區(qū)域進(jìn)行生物成像，其中載氣攜帶樣品，霧化氣攜帶標(biāo)準(zhǔn)溶液，兩種氣體分別進(jìn)入進(jìn)樣管后在ICP中混合。

由于基體種類多，常常缺乏合適基體的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，因此基體的制備也顯得十分重要。基體的制備主要包括同基體加入法、干液滴法[32]、溶膠凝膠法等。其中同基體加入法具有較高的匹配度，干液滴和溶膠凝膠法制備過程簡單，但溶膠凝膠法應(yīng)用范圍較廣。相對于液體標(biāo)準(zhǔn)溶液校正法，固體外標(biāo)校正法不僅需要制備基體，同時還要加入標(biāo)準(zhǔn)品。Tang等[33]利用LA-ICP-MS測定了大氣顆粒物中的金屬離子，以石英濾膜為基底，Pt為內(nèi)標(biāo)，同時利用外標(biāo)法，將液體標(biāo)準(zhǔn)溶液添加到石英膜上，室溫蒸發(fā)后，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。該法與消解法的檢測限相近，適用于大氣顆粒物中金屬離子的檢測。Andersen等[34]以明膠為基體，利用LA-ICP-MS測定前列腺切片中的Zn含量，發(fā)現(xiàn)測出的Zn分布與基質(zhì)輔助激光解吸電離-飛行時間質(zhì)譜(MALDI-TOF MS)和MALDI-軌道離子阱質(zhì)譜(Orbitrap-MS)測得的分布大致吻合。

1.4.2 同位素稀釋法同位素稀釋法是指在分析前加入待測元素的同位素，利用加入前后同位素比值的變化來計算樣品中待測元素的濃度。如果標(biāo)準(zhǔn)同位素與分析物可以均勻分布，即可消除基體效應(yīng)。其不足在于，同位素的價格較高且不適用于所有元素[35]。Claverie等[36]采用池內(nèi)同位素稀釋(In-cell isotope dilution)結(jié)合fs激光剝蝕的方法對土壤中微量元素Cu、Zn、Sn和Pb進(jìn)行檢測，以65Cu、66Zn、119Sn、207Pb為同位素稀釋標(biāo)加入土壤參考樣品中，檢測結(jié)果與標(biāo)定值及微波消解-同位素稀釋ICP-MS法(ICP-IDMS)一致，從而為環(huán)境樣品中的痕量元素提供了一種快速準(zhǔn)確的分析方法。

何良諸和趙集來到后院，灶房門敞開，白汽翻涌，一股肉香。煤礦生活區(qū)烀肉，渾腥，粘膩，空氣中充滿粗俗的誘惑味。趙集說：“俺倆搭伙了?！?/p>

2 LA-ICP-MS的環(huán)境分析應(yīng)用進(jìn)展

2.1 在土壤、沉積物以及冰芯樣品分析中的應(yīng)用

金屬離子廣泛存在于自然界中，它不僅可以與土壤中的有機(jī)物共存，還可以匯入江河中，通過共沉淀等方式沉積。Arroyo等[37]建立了一種簡單便捷的方法檢測土壤中的微量元素，采用紫外(UV)-ns-LA-ICP-MS檢測了土壤中的16種微量元素，并將其與ICP-MS檢測結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)僅有一種元素誤差較大，其余元素均在誤差范圍內(nèi)。相比LA-ICP-OES，UV-LA-ICP-MS對Cr、Ni、Cu、Zn、Pb的檢測限更低[38]，與fs-LA-ICP-IDMS相近[39]。同時，對這種方法的重現(xiàn)性進(jìn)行驗證，發(fā)現(xiàn)在連續(xù)3 d內(nèi)日間相對標(biāo)準(zhǔn)偏差不超過10%，表明該方法不僅降低了檢出限，還提高了準(zhǔn)確度，而且樣品直接利用土壤內(nèi)聚力，無需使用其他粘合劑。

沉積物是一種非均質(zhì)、復(fù)雜、多相的混合體系。Plispanen等[40]利用SEM-EDX和LA-ICP-MS檢測了7個電廠中冷水沉積下探針上的沉積物，發(fā)現(xiàn)沉積物中的主要成分是Si和Ga，并且貫穿于整個沉積層，而在沉積物和探頭的界面處發(fā)現(xiàn)了Cl、K、S、Na。由于LA-ICP-MS的低檢測限，因此可以對痕量元素檢測，這有助于分析沉積物的性質(zhì)和成因。

表2 LA-ICP-MS和ICP-MS對冰芯中元素的檢測限[42]Table 2 LA-ICP-MS and ICP-MS detection limits for elements in ice cores

CG min:minimal elemental concentrations determined by liquid ICP-MS of discrete samples

冰芯可以記錄歷史上重金屬元素的排放，從而有助于追溯金屬的來源以及氣候變化[41]。Spaulding等[42]建立了一種利用LA-ICP-MS的超高分辨率采樣技術(shù)分析冰芯中多元素的方法。該方法在同一剝蝕區(qū)域同時測量了多種元素(Al、Ga、Fe、Na、Mg、Cu、Pb)，并將測量結(jié)果與ICP-MS相比較，發(fā)現(xiàn)除Cu之外，其他元素的檢測限均低于ICP-MS(如表2所示)。More等[43]利用LA-ICP-MS對冰芯中單元素Pb檢測，發(fā)現(xiàn)Pb的最低濃度為0.4 ng/L。LA-ICP-MS具備高空間分辨率的原位分析能力，不僅提高了靈敏度，而且可以揭示環(huán)境金屬濃度隨季節(jié)的變化規(guī)律。但需要注意的是，對冰芯樣品進(jìn)行分析需要利用低溫樣品池，以保證樣品的完整性[44]。

通過LA-ICP-MS對土壤、沉積物以及冰芯中的微量元素進(jìn)行檢測，可以獲得重金屬元素隨時間和環(huán)境的變化趨勢，從而有效地管理重金屬的排放，減小重金屬污染。利用LA-ICP-MS還可以實現(xiàn)對土壤中多個元素的同時檢測，避免冗長的前處理過程。

2.2 在植物樣品分析中的應(yīng)用

土壤中的納米粒子主要來自于工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及日常生活，這些納米粒子可以在環(huán)境中穩(wěn)定存在，然后被植物吸收。納米粒子不僅能夠降低種子發(fā)芽率、減小植物的根莖長度以及生物質(zhì)的質(zhì)量，還可以降低其對養(yǎng)分的吸收，改變光合作用，誘導(dǎo)產(chǎn)生還原氧，損壞DNA結(jié)構(gòu)[45]。為了更清楚地了解納米粒子在植物體內(nèi)的吸收、轉(zhuǎn)換、易位、沉積，可以用LA-ICP-MS對組織進(jìn)行成像。例如，Neves等[46]利用LA-ICP-MS和μ-XRF研究了La2O3納米粒子在小球藻中的吸收轉(zhuǎn)換，在同一條件下，將小球藻分別暴露在La2O3納米粒子和La2O3(b-La2O3)中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在b-La2O3暴露下的小球藻葉片中La濃度高于莖，而La2O3納米粒子暴露下小球藻中莖和葉的La濃度無明顯差異。通過成像分析發(fā)現(xiàn)小球藻葉片的主靜脈中含有高濃度La。通過比較LA-ICP-MS和μ-XRF兩種成像方式，發(fā)現(xiàn)相對于μ-XRF，LA-ICP-MS的檢測限更低。Yamashita等[47]利用LA和單顆粒ICP-MS(LA-SP-ICP-MS)檢測了洋蔥細(xì)胞中Au和Ag的分布，通過成像發(fā)現(xiàn)AgNPs和AuNPs在洋蔥細(xì)胞中能夠均勻分布，未發(fā)生團(tuán)聚也不會在細(xì)胞核和細(xì)胞壁上聚集；而Ag離子和Au離子在細(xì)胞壁上略有聚集。這些研究結(jié)果表明AgNPs和AuNPs與Ag離子和Au離子在細(xì)胞壁上的行為存在差異，其中Ag離子比Au離子更容易富集在細(xì)胞壁上。

本課題組[48]以石墨烯中金屬雜質(zhì)為指紋信息，利用LA-ICP-MS對大豆中的石墨烯進(jìn)行鑒別、定量和原位追蹤。選取Ni和Mn作為石墨烯和氧化石墨烯的指示物，將大豆苗暴露于石墨烯和氧化石墨烯中7 d后，利用LA-ICP-MS對大豆苗的根和葉成像。如圖3所示，發(fā)現(xiàn)Ni在葉片中央和主靜脈附近大量集中。氧化石墨烯與石墨烯相似，但氧化石墨烯表現(xiàn)為更加均勻的向葉片周圍擴(kuò)散。同時對大豆苗的根部進(jìn)行成像，發(fā)現(xiàn)Ni在皮質(zhì)層具有更高的濃度，而內(nèi)皮層濃度下降，在根的木質(zhì)部幾乎檢測不到金屬。對于氧化石墨烯，其分布與石墨烯相似，但在篩管部金屬信號更強(qiáng)，說明氧化石墨烯比石墨烯更容易進(jìn)入植物的篩管。同時利用納米Au標(biāo)記的石墨烯對此方法進(jìn)行驗證，通過成像發(fā)現(xiàn)納米Au標(biāo)記的石墨烯與以Mn為指紋的氧化石墨烯在葉片中的分布相似，證明了該方法的可靠性，從而為碳材料的無標(biāo)記成像提供了一種新技術(shù)。

圖3 利用LA-ICP-MS和金屬雜質(zhì)對植物中石墨烯的無標(biāo)記成像[48]Fig.3 LA-ICP-MS imaging of graphene in plants[48] A:principle for LA-ICP-MS imaging of graphene in plants(LA-ICP-MS對大豆中石墨烯成像的原理);B,D:imaging of exposure to 200 mg/L graphene for 7 days(在200 mg/L石墨烯中暴露7 d);C,E:200 mg/L graphene oxide for 7 days (在200 mg/L氧化石墨烯中暴露7 d)

通過LA-ICP-MS對植物的微區(qū)成像可以得到元素在植物空間的分布信息，從而有助于理解元素在植物中的遷移轉(zhuǎn)換規(guī)律，還可以對植物中的金屬元素定量。與其他方法相比，這一技術(shù)避免了樣品處理過程中受到污染，提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3 在環(huán)境生物分析方面的應(yīng)用

2.4 其它環(huán)境分析中的應(yīng)用

許多疾病與金屬離子代謝相關(guān)。Hsieh等[52]用LA-ICP-MS對濾膜上血樣中的13種金屬元素定量檢測(表3)，通過與電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)、高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜法(HR-ICP-MS)和碰撞池-電感耦合等離子體質(zhì)譜法(DRC-ICP-MS)的檢測結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)LA-ICP-MS方法不僅具有較高的精度和較低的檢測限，且樣品需要量少，污染風(fēng)險較低，同時LA-ICP-MS也易于拓展到尿液和血漿等其他臨床樣本的分析檢測。

表3 血液中多種元素檢測方法的比較[52]Table 3 Comparison of detection methods for various elements in blood[52]

direct calibration:calibration using a matrix with known concentration of target elements;standard solution calibration:calibration using a standard solution

順鉑已被廣泛應(yīng)用于腫瘤治療，但過量的Pt會在腎臟積累從而對腎臟造成危害，因此對于Pt的用量研究顯得十分重要。Moreno-Gordaliza等[53]以小鼠為研究對象，研究了Pt藥物劑量對腫瘤治療的影響。利用LA-ICP-MS對腎臟組織成像發(fā)現(xiàn)在順鉑的作用下Cu和Zn的積聚減小，但過多的Pt會在皮層和腎上腺髓質(zhì)積累，同時發(fā)現(xiàn)使用西司他丁(Cilastatin)后會減小Pt的積累，從而降低Pt的毒性。這一研究表明LA-ICP-MS可在細(xì)胞水平進(jìn)行金屬藥物代謝研究。

目前，LA-ICP-MS與MALDI-TOF MS結(jié)合同時進(jìn)行生物體內(nèi)有機(jī)和無機(jī)成像分析已成為一個新的研究趨勢。Cassat等[54]開發(fā)了一種高分辨多模式成像平臺，以金黃色葡萄球菌觸發(fā)感染的小鼠為模型，利用LA-ICP-MS對小鼠的右腎部位進(jìn)行成像，結(jié)合磁共振成像(MRI)和Blockface成像分析發(fā)現(xiàn)感染部分富含Ca，相對缺乏Mn、Fe和Zn。將LA-ICP-MS與生物發(fā)光信號結(jié)合，可檢測器官內(nèi)元素含量的變化及其分布狀況。LA-ICP-MS和MALDI-IMS的整合揭示了宿主和病原體的金屬爭奪，提供了宿主和病原體之間營養(yǎng)競爭分子圖。結(jié)合多種成像模式，實現(xiàn)了蛋白和金屬豐度的全器官高分辨率映射，揭示了炎癥反應(yīng)的內(nèi)在異質(zhì)性，并能夠分析細(xì)菌的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。這種多成像模式除了研究感染外，還可以用于實體瘤等研究。如Andersen等[34]利用MALDI-MS和LA-ICP-MS分析了前列腺組織中的Zn及其代謝物途徑，多種成像技術(shù)的聯(lián)合使用為揭示金屬元素及其代謝物的亞器官分布提供了一種新穎的研究手段。

單細(xì)胞蛋白的含量可以提供疾病進(jìn)展的信息。Zhai等[55]設(shè)計了一種肽金簇探針，它由特異性細(xì)胞膜表皮生長因子受體(EGFR)靶向能力的肽和Au簇組成，將共聚焦光學(xué)顯微鏡和LA-ICP-MS結(jié)合分析了3種腫瘤細(xì)胞的表皮生長因子(EPGR)，該方法成本低且定量準(zhǔn)確[56]。為了驗證LA-ICP-MS定量的準(zhǔn)確性，將其與Western-Blot的結(jié)果相比，發(fā)現(xiàn)結(jié)果相符，同時此方法不僅能夠區(qū)分不同細(xì)胞中蛋白的表達(dá)水平，還可以評估早期的腫瘤發(fā)展。

將LA-ICP-MS直接用于臨床檢測可以降低樣品被污染的風(fēng)險，而且樣品需求量少，易保存。LA-ICP-MS與MALDI-MS以及光學(xué)成像聯(lián)用可以實現(xiàn)對生物組織原位檢測和成像分析，從而獲得復(fù)雜生物體系的多維信息。

3 LA-MC-ICP-MS的應(yīng)用進(jìn)展

目前穩(wěn)定同位素組成分析最常用的方法是多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜(MC-ICP-MS)，其中ICP作為高溫離子源，樣品經(jīng)蒸發(fā)、解離后，通過樣品錐接口和離子傳輸系統(tǒng)進(jìn)入高真空的MS中，MS掃描分離測定所有原子后，按不同的質(zhì)荷比將離子進(jìn)行分離然后檢測。LA-MC-ICP-MS作為一種檢測同位素的工具，由于其較低的檢測限、樣品無需前處理而廣泛應(yīng)用于地學(xué)研究中。它不僅能夠進(jìn)行樣品原位分析，還可以對其同位素成像，從而得到樣品中元素同位素的空間分布信息。

相比于常規(guī)的MC-ICP-MS，LA-MC-ICP-MS不需進(jìn)行樣品前處理，但結(jié)果會因受分餾效應(yīng)、基體效應(yīng)以及同位異質(zhì)素的影響而偏離準(zhǔn)確值。Fu 等[57]通過研究不同采樣錐與截取錐的組合，發(fā)現(xiàn)使用Jet采樣錐與X截取錐可以提高靈敏度和空間分辨率，同時加入氮?dú)饪梢越档蚐同位素測定中的多原子干擾，還可以通過提高激光能量降低其基體效應(yīng)。

Chen等[58]利用LA-MC-ICP-MS原位測定了礦石中C同位素，同時將其與同位素比質(zhì)譜儀(IRMS)和二次離子質(zhì)譜(SIMS)測定結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)LA的精密度高于SIMS，而且相比于LA-MC-ICP-MS，SIMS更容易受基體的影響。IRMS的結(jié)果與LA相近，但是IRMS前處理過程中會消耗大量樣品，因此LA-MC-ICP-MS不僅精度高，而且更適用于小體積樣品分析。Gonzalez等[59]用ns-LA-MC-ICP-MS對微隕石中Fe同位素進(jìn)行了分析，通過以Ni為內(nèi)標(biāo)的內(nèi)標(biāo)校正法和用基體匹配的外標(biāo)校正來減小質(zhì)量偏差，并將所得結(jié)果與氣動霧化(PN)-MC-ICP-MS進(jìn)行比較。盡管它們的基體存在差異，但得到的結(jié)果一致，兩種結(jié)果的偏差在0.01‰～0.02‰之間。Goodridge等[60]建立了一種用黑白攝影膠片對硫化物進(jìn)行富集，之后用LA-MC-ICP-MS進(jìn)行檢測的方法。該膠片薄膜含有AgBr和AgI兩種化合物，與S結(jié)合后可保持其空間位置信息，然后用LA-MC-ICP-MS進(jìn)行測定。該方法巧妙地利用了一種常見的材料(黑白膠片)，在揭示硫同位素空間分布規(guī)律的同時還能保持必要的精密度。

4 總結(jié)與展望

LA-ICP-MS和LA-MC-ICP-MS作為近年來一種發(fā)展迅速的元素分析方法，可以對固體樣品直接檢測，不僅可對微量元素定量，還可以進(jìn)行微區(qū)原位分析，具有檢測限低、通量高、樣品消耗量低等優(yōu)點(diǎn)。但是，這一技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)，如校正困難，特別是在沒有合適的標(biāo)準(zhǔn)基體下，對其準(zhǔn)確定量較為困難。其次，基體效應(yīng)以及分餾效應(yīng)的影響也限制了其在環(huán)境分析方面的應(yīng)用。要想充分發(fā)揮其優(yōu)勢，展現(xiàn)其在環(huán)境分析中的巨大潛力，需從以下幾個方面進(jìn)行改進(jìn)：

(1)在分析方法上面，需進(jìn)一步對儀器改進(jìn)，提高激光效率，縮小光斑，降低基體效應(yīng)，提高空間分辨率和靈敏度，從而實現(xiàn)高分辨率、高準(zhǔn)確度的成像分析。

(2)在環(huán)境應(yīng)用中受限的一個主要原因是基體的影響，環(huán)境樣品基體復(fù)雜，因此需開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化參考物質(zhì)和樣品凈化流程，以降低基體效應(yīng)，從而適應(yīng)更加復(fù)雜多樣的環(huán)境分析需求。LA-ICP-MS目前大多應(yīng)用在地學(xué)研究中，借助LA-ICP-MS樣品消耗量少、樣品前處理簡單等優(yōu)點(diǎn)，未來有望實現(xiàn)活體生物無損取樣，并將LA-ICP-MS和MALDI-TOF MS等技術(shù)結(jié)合分析生物體內(nèi)的物質(zhì)變化，因此LA-ICP-MS在生物分析方面的潛力也有待進(jìn)一步發(fā)掘。

(3)對于LA-MC-ICP-MS同位素分析而言，其不僅受基體和同位素分餾效應(yīng)的影響，同時也受同位異質(zhì)素的干擾，因此需要開發(fā)更好的校正方法降低基體效應(yīng)、分餾效應(yīng)以及同位異質(zhì)素效應(yīng)的影響以滿足高精度同位素分析需求。目前LA-MC-ICP-MS的同位素分析主要用于地質(zhì)研究方面，在環(huán)境領(lǐng)域LA-MC-ICP-MS的應(yīng)用極少，因此利用LA-MC-ICP-MS實現(xiàn)同位素mapping也是未來一個值得探索的方法。

(4)現(xiàn)已有報道將LA-ICP-MS與MALDI-TOF MS以及光學(xué)方法等結(jié)合對生物組織進(jìn)行成像，未來也可與激光納米探針等技術(shù)聯(lián)用進(jìn)一步提高空間分辨率。多成像技術(shù)聯(lián)用未來有望成為生物環(huán)境領(lǐng)域重要的分析手段之一。