ICP－MS技術測定重金屬的前處理方法研究

陳 強 洪雄業(yè) 胡建坤

1.閩江學院 福建 福州 350108

2.福建省南平環(huán)境監(jiān)測中心站 福建 南平 353000

3.杭州譜育科技發(fā)展有限公司 浙江 杭州 310052

一、引言

重金屬前處理是指針對特定樣本進行重金屬檢測的技術應用與結果分析過程。[1]目前重金屬檢驗已經發(fā)展出物理類、化學類和生物類的多項檢測技術，不同技術在檢測精度、檢測速度、樣本數(shù)量、成本控制等方面存在差異化特征，其適用范圍也因此不同。[2]ICP－MS技術全稱為電感耦合等離子體質譜技術，是一項化學性質的重金屬檢測方式，能夠通過同位素稀釋法得到較好的檢測結果。[3]經過約三十年的技術升級與實踐應用，這一技術在材料分析、地質勘探、環(huán)境檢測、食藥品監(jiān)督等方面均有廣泛的應用，其檢測精度持續(xù)提升的同時成本也得到了進一步控制，將成為痕量和超痕量元素分析的高端測試技術

二、重金屬檢測常用方法

重金屬檢測需要專業(yè)的儀器可可靠的技術，儀器主要影響檢測的便利型和結果有效性，而檢測技術是設備應用與結果分析的核心內容。[4]目前學界研究與日常工作中常用的重金屬檢測方法有可見分光光度法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法和電感耦合等離子體質譜法四項。

(一)技術原理與應用現(xiàn)狀分析

1、可見分光光度法

這一重金屬檢測方法主要使用紫外線這一工具向已添加顯色劑的樣本進行照射，收集分析可見光范圍內的特定波段吸收峰并對照不同金屬元素相應數(shù)據(jù)，得到重金屬檢測分析結果。這一檢測法使用的儀器響應值較低、成本可控且操作簡便，在科研領域和實用領域都有較為廣泛的應用。但是為避免樣本中存在多項能夠對紫外線產生反應并形成可見光反射干擾的元素，使用這一檢測方式時，使用顯色劑的同時還必須同時使用屏蔽劑。

2、原子吸收光譜法

原子吸收光譜法的技術原理是基于氣態(tài)的被測元素基態(tài)原子對其原子共振輻射的吸收進行元素定量分析。從應用現(xiàn)狀來看，此項技術在環(huán)境重金屬檢測中得到了較好的應用，能夠精準快速識別銅、鎳、鉛等重金屬元素，相對偏差水平已經能夠控制在5%以內，常用于含有痕量或者微量的重金屬元素樣品的檢測。[5]但是這一方法使用特制光源燈，每種重金屬檢測均需要更換光源燈，且只能就已知元素進行定向分析檢測，對于難熔元素檢測的靈敏度也比較低。

3、原子熒光光譜法

這一檢測方法與原子吸收光譜法的檢測環(huán)境與條件基本一致，但其原理是測定樣本中重金屬元素在輻射影響下出現(xiàn)的熒光強度表現(xiàn)，其結果能直接反應重金屬元素的類型與含量。在實際應用中，這一方式相較于原子吸收光譜法的靈敏度更高、單次分析可測定多項重金屬、抗干擾能力也更強，是一種精準快速開展環(huán)境重金屬測驗的可行方式。

4、電感耦合等離子體質譜法

這一檢測方法的原理是測定對象中原子或離子在光源中被激發(fā)產生特征輻射的強度而對重金屬濃度進行判定，在檢測鈣、錳、鋅、鐵等重金屬元素方面效果顯著。ICP－MS技術對于實驗器械精度依賴性較高，其設備由等離子體發(fā)生器、霧化系統(tǒng)、矩管、電子倍增管和四極桿質譜儀等部分組成。[6]檢測原理是使用ICP作為離子源，通過在電感線圈上施加強大功率的高頻射頻信號而形成范圍性的等離子體，并使用氣體作用使得設備能夠持續(xù)保持等離子體的平衡和電離狀態(tài)。樣品被制成溶液后泵入形成氣溶膠并轉運至等離子體焰炬中心區(qū)，在高溫電離作用下能夠形成正離子并輸送至質譜儀進行篩選和分析，最終得到金屬元素和強度的結果數(shù)據(jù)。

這一技術不僅可以單次完成多項重金屬的測定，還能單次完成大批量樣本的檢驗，兼具進度、速度和數(shù)量優(yōu)勢，尤其是相較于可見分光光度法精度更高。但是需要大量人工先行將受測對象轉化為標準溶液，限制了檢驗效率提升。此外高基體的樣液極易造成干擾，也會對ICP－MS檢測設備造成極為嚴重的損耗，在操作中要重點識別與規(guī)避。

(二)對比分析

重金屬檢測研究發(fā)展至今已經給形成了優(yōu)勢各異的多項檢測技術，其中電感耦合等離子體質技術即ICP－MS技術能夠同時對大批量的樣本進行多元素、高精度的檢測，具有突出的應用優(yōu)勢。

三、ICP－MS技術應用現(xiàn)狀分析

ICP－MS技術在三十余年的發(fā)展過程中不斷獲得升級與創(chuàng)新，并實現(xiàn)了從實驗室層面到工業(yè)實踐等方面的規(guī)?；\用。ICP－MS技術作為一種能夠快速對數(shù)項樣品進行多項重金屬元素分析的檢測技術，在材料分析、地質勘探、環(huán)境檢測、食藥品監(jiān)督等方面均有廣泛的應用，其中在食品重金屬檢測和環(huán)境重金屬檢測方面的優(yōu)勢尤其突出。

(一)食品檢測領域的應用

工業(yè)污染排放、生活垃圾堆疊、化肥農藥濫用等問題的存在導致大量重金屬元素以不穩(wěn)定的狀態(tài)進入大氣、水體和土壤中，主要涉及銅、鋁、水銀、鎘等重金屬元素。人類食用的食物主要分為植物性和動物性兩大部分，其中植物性食物能夠直接從大氣、土壤中吸收重金屬元素，動物性食物因生長于富含重金屬元素的環(huán)境中或食用含重金屬元素飼料而富集重金屬污染物。人類作為食物鏈頂端的生物，在生物富集效應影響下會通過食物攝入大量對身體健康有害的重金屬元素，導致身體出現(xiàn)器官退化、功能衰竭、細胞病變等問題，嚴重影響人們的生活質量與生命長度。隨著生活水平提升，人們對重金屬的危害性了解水平持續(xù)提升，也有意規(guī)避重金屬污染對身體的傷害，食品領域的重金屬檢測需求持續(xù)擴大。

目前，ICP－MS技術已經實現(xiàn)了在食品重金屬檢測方面的應用，其操作原理是將食品經過硝酸和過氧化氫微波消化后放入ICP－MS電離檢測儀器中處理并收集質譜結果數(shù)據(jù)，可以在1分鐘左右的時間內實現(xiàn)Ag、Cd、Cs等至少28種重金屬元素的測度，具有分析速度快、可靠、穩(wěn)定的特點。

(二)環(huán)境監(jiān)測領域的應用

環(huán)境檢測是一門發(fā)展歷史較為悠久的學科，檢測的內容涵蓋氣候、地質、水文、水體等眾多方面，其中重金屬檢測是一項重要的分支。近年來國內部分區(qū)域因長期工業(yè)污染管制不當導致水體污染、空氣污染等事件引起廣泛關注，政府政策也傾向于引導高污染經濟發(fā)展模式向環(huán)境友好型經濟發(fā)展方式轉型，重金屬檢測成為評價環(huán)境質量的重要參考因素，其技術的研發(fā)、應用與升級得到了大量支持。運用ICP－MS技術對環(huán)境進行重金屬檢測能夠單次大批量、精準地測定多項重金屬元素，適應區(qū)域性污染排查和污染治理成效管理等工作的開展，實踐中應用較為廣泛。

(三)化妝品檢測領域的應用

隨著生活水平提升，具有護膚、美白、補水、遮瑕、增色等不同功效的化妝品也逐漸走近人們的日常生活。但是在化妝品生產過程中，出于主動添加鉛等重金屬增加美白效果或者原來選用或檢測不到位等因素，部分市售化妝品存在重金屬超標問題。目前國內已經發(fā)布的《化妝品安全技術規(guī)范》(2015年版)對化妝品中重金屬合格規(guī)范作出了詳細規(guī)定，禁用鉻、鉻酸及其鹽類，限用汞、砷、鉛、鎘等物質。ICP－MS技術能夠以成本可控、批量處理、精準分析的優(yōu)勢對化妝品中重金屬進行定向檢測，且受干擾情況不突出，在化妝品重金屬檢測中有較為廣泛的應用。

四、研究總結

總結來看，經濟發(fā)展提升了人們的生活質量，但是生產發(fā)展與人類活動也造成大量重金屬元素污染，通過食品、環(huán)境等方式對人們的健康造成了嚴重的負面影響。科學技術發(fā)展是的重金屬檢測與規(guī)?；\用獲得了重大突破，ICP－MS技術作為一種能夠快速對數(shù)項樣品進行多項重金屬元素分析的檢測技術，在食品重金屬檢測、環(huán)境重金屬檢測和化妝品重金屬檢測等方面表現(xiàn)出了突出優(yōu)勢，也得到了廣泛的應用。未來隨著相關學科研究進一步深化，ICP－MS技術的技術路線將得到優(yōu)化，其在地質科學、生物與醫(yī)學、食品安全等相關重金屬檢測領域還將發(fā)揮越來越重要的作用。