[摘要]ICP-MS(InductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry,电感耦合等离子体质谱)在材料、食品、核能、医学等多个领域中都被视为用于多元素(超)痕量分析的杰出技术,在生态环境监测领域,监测水质、土壤、微生物等方面均得到广泛应用,为生态环境监测提供可靠技术支撑。
[关键词]ICP-MS;生态环境;监测
1前言
1978年,Houk实验室搭建了全球第一台可以从ICP中提取离子的ICP-MS(InductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry,电感耦合等离子体质谱),1980年,Houk教授发表关于ICP-MS的光谱测定论文[1]。迄今为止,ICP-MS已经问世近四十年,以其低检测限,多元素测量时间短,样品消耗小,线性动态范围宽,同位素分析能力强受到广泛好评[2],并在材料、食品、核能、医学等多个领域中都被视为用于多元素(超)痕量分析的杰出技术[3-5]。在生态环境监测领域,ICP-MS同样得到了广泛的应用。
2ICP-MS工作原理
在ICP-MS中,ICP(电感耦合等离子体)是MS(质谱)的高温离子源(5000K~10000K),ICP和MS由采样锥和截取锥相联接,MS质谱部分为四级快速扫描质谱仪。其工作原理为:首先,液态样品在雾化器中转化为极细的气溶胶雾滴后被载气Ar(氩气)带入ICP等离子体,在ICP等离子体的中心通道通过蒸发、解离、原子化、电离等过程,气溶胶雾滴形成离子;然后,ICP等离子体中由气溶胶雾滴形成的离子通过样品锥进入高真空的MS质谱系统,经离子透镜作用后发生聚焦和偏转,离子与光子、中性粒子分离后进入质量分析器;最终,离子通过高速双通道后按质荷比分离,根据元素的分子离子峰进行元素分析[6]。
3ICP-MS在生态环境监测领域的应用
生态环境监测领域常见监测包括:水与废水、土壤与固废、微生物方面的监测,环境样品中常常需要监测痕量元素含量,ICP-MS在监测中起到了至关重要的作用。
3.1水、废水监测。Pb是有毒的蓝白色重金属,矿山开采、冶炼、橡胶生产、电缆等行业的生产废水及废弃物中常常携带Pb元素,该金属对人的骨髓造血机能、神经系统、生殖系统、消化系统及人体其他功能都有明显毒害作用。对水体中Pb元素监测常用的方法有原子荧光法和ICP-MS,孙仓[7]对两种方法进行对比分析结果发现:两种方法都具有较好的精密度和准确度,ICP-MS检出线性范围较宽、检出限更低,多种元素可同时测定。河湖底泥中含有的重金属元素会缓慢扩散至水体中,故对水源地水体中重金属元素的监测是人们饮水安全的保障。王晨等[8]应用ICP-MS对保定市集中式饮用水水源地样品中Fe、Mn、Ni、Co、Tl等17种重金属进行监测,结果显示ICP-MS对水体中重金属的监测精密度高,准确度及质量控制均能满足《水质65种元素的测定电感耦合等离子体质谱法》(HJ700-2014)标准要求。另外,ICP-MS对水体中生物毒性监测比传统方法精确度更高[9]。
3.2土壤、固废监测。对土壤中Cr6+浓度的监测常用的监测方法有FAAS(火焰原子吸收分光光度法)和ICP-MS,唐爱玲[10]通过实验对两种方法的检出限及灵敏度进行比较发现:ICP-MS的检出限比FAAS法低2个数量级,对于低重金属含量的土壤样品测定更具优势;用ICP-MS法测定土壤中Cr6+可以得到与FAAS相当的测定结果,采用ICP-MS法测定无需制定工作曲线,分析效率更高。对重金属的监测是固体废物资源化循环的重要步骤,张文良[11]应用ICP-MS测定固体废物中Cr、Ni、Cu三种重金属元素,结果显示标准曲线相关系数R均为0.9999,检出限均为0.10mg·kg-1,相对标准偏差RSD为1.2%~7.1%,标准物质测量值的准确性在不确定性范围内,符合标准《固体废物金属元素的测定电感耦合等离子体质谱法》(HJ766-2015)要求。
3.3微生物监测。我国是食用菌消费大国,也是食用菌出口大国,对微生物体内对人体有害的元素进行有效监测能够保障人们食用菌类的安全。陈绍占等[12]监测食用菌体内Hg结果表明ICP-MS方法操作简单、灵敏度、精密度和准确度较高,结果与LC-AFS(液相色谱-原子荧光光谱法)一致,结论表明ICP-MS适用于食用菌中无机汞和甲基汞的测定。
4结论与展望
ICP-MS检出限低、精确度高、监测浓度范围大,在生态环境监测领域得到了广泛应用。ICP-MS的监测能够对水环境、土壤环境和微生物环境改善起到促进作用。
作者:郑冰冰 王月锋 翟学正 单位:河北省生态环境科学研究院 水环境科学研究所河北省水环境科学实验室