电感耦合等离子体质谱法在重金属分析中的应用

王述伟，赵燕芳，侯晨晓，翟振国

（山东省环境监测中心站, 山东 济南 250101）

环境监测

电感耦合等离子体质谱法在重金属分析中的应用

王述伟，赵燕芳*，侯晨晓，翟振国

（山东省环境监测中心站, 山东 济南 250101）

阐述了电感耦合等离子体质谱法的原理和特点；综述了近几年国内外该方法在环境监测、食品安全、卫生医药、矿物材料等诸多领域的研究进展及应用情况。该方法有较低的检出限，较宽的动态线性范围，干扰少，可同时定量测定多种元素及其化合物。同时对该方法存在的一些问题提出了建议，并对该方法广阔的应用前景作了展望。

电感耦合等离子体质谱法；环境监测；食品安全；卫生医药；矿物材料

重金属污染与其他有机化合物的污染不同，不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除。而重金属具有富集性，很难降解。随着社会的进步，重金属污染问题也日益增多，存在于环境监测、食品安全、卫生医药、矿物材料等诸多领域。目前检测重金属的方法主要有原子吸收分光光度法（AAS）[1]、原子荧光光度法（AFS）[2]、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）[3]、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）[4]。ICP-MS既能进行多元素同时分析，又能保证较低的检出限，因此广泛应用于以上各大领域。笔者主要对国内外近几年ICP-MS在这四大领域的应用情况进行综述分析，并对该方法今后的发展趋势和应用前景作了展望和预测。

1 电感耦合等离子体质谱法

1.1 ICP-MS原理

ICP-MS是一种无机元素分析技术，能够检测和测量样品中无机元素的含量[5]，仪器分为两部分，其中电感耦合等离子体是质谱的高温离子源，雾化器将样品溶液转化为极细的气溶胶雾滴 (大颗粒碰撞沉积，小颗粒进入等离子体)后，以氩气作为载气将气溶胶雾滴带入等离子体，在中心通道进行样品蒸发、解离、原子化、电离等过程。采样锥和截取锥将ICP和MS联接起来，离子通过样品锥进入高真空的质谱系统，离子透镜对离子进行聚焦和偏转，使之与光子、中性粒子分离，进入质量分析器，质谱部分为四级快速扫描质谱仪，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分析[6]。

1.2 电感耦合等离子体质谱法的优点

ICP-MS可以进行痕量和超痕量元素分析测定，质谱谱图简单，多元素分析速度快，可根据特殊应用灵活优化实验条件，可进行快速的半定量分析，不用校准即可获得准确的数据，还可以应用地质、环境和营养学的同位素比值测量。

2 电感耦合等离子体质谱法在重金属分析中的应用进展

ICP-MS由于具有同时测定和较高灵敏度的优点，广泛应用于环境监测、食品安全、卫生医药、矿物材料等各大领域。下面主要介绍该方法在这些领域中的应用进展情况。

2.1 电感耦合等离子体质谱法在环境监测重金属分析中的应用

环境水和废水、土壤和沉积物以及空气和废气中的重金属含量直接影响着人们的生活，其中的重金属可以通过各种方式进入人体，从而对人类产生危害，因此，ICP-MS进行检测有重要的意义。

代世峰等[7]以Rh103和In115作内标，用ICP-MS高分辨模式测定了煤炭中的硼元素。张铁元等[8]用固相萃取的方法，从高盐废水的复杂基体中提取了镭226，用ICP-MS进行了准确测定。何小青等[9]综述了1999—2002年间国外CP-MS的新进展，包括该技术与其他技术联用的情况。IC-MS在环境监测中，能同时测定多种元素及其化合物；分析速度快，可批量检测样品；灵敏度高，检出限低。这些特点都使其发挥着越来越重要的作用。现将该方法近几年在环境监测重金属分析中的主要应用列于表1。

表1 ICP-MS在环境监测中的应用

2.2 电感耦合等离子体质谱法在食品安全重金属分析中的应用

随着社会的进步，食品安全影响着人们的日常生活，也越来越被国家重视。近年来，随着重金属污染食品的报道逐渐增多，食品安全方面对重金属的监测也备受关注，而ICP-MS在食品安全监测方面发挥着重要的作用。孙耀帆等[23]通过在线加入内标消除干扰，建立了微波消解－碰撞/反应池ICP-MS同时测定花生中的Na、Mg、Ca、Fe、Se、Mo和稀土元素等34种元素的分析方法，为食品安全评价提供了依据。李燕等[24]采用微柱预浓缩技术，用ICP-MS测定了食品中的稀土元素，该方法可以推广到农产品中重金属的检测。胡进等[25]将海带样品经智能加热器预消解，再经微波消解，利用ICP-MS测定了铅、镉、铬、铜和锌的含量，该方法简单、快速、灵敏，对藻类尤其是食物藻类进行重金属监测有十分重要的意义。可以进一步结合其他技术如液相色谱等，在食品质量安全分析、监测领域将具有更广泛的应用前景。

2.3 电感耦合等离子体质谱法在矿物材料重金属分析中的应用

目前，地球化学品、国家稀土矿等行业需要对重金属进行监测，ICP-MS为这些行业提供了快速分析的手段。

李力争等[26]采用氢氟酸-硝酸-高氯酸-硫酸分解样品，王水提取，选择铑103作为内标元素，测定了地球化学样品中的镉。赵志飞等[27]研究了过氧化钠碱熔-柠檬酸络合钨-盐酸酸化，通过ICP-MS同时测定矿石中的钨、钼、铜三种元素的检测方法。成勇等[28]考察了微波消解试样、基体效应、质谱干扰对样品的影响，并进行了离子源以及质谱仪检测条件和微波消解参数的最优化，进而建立了微波密闭消解-ICP-MS测定矿石中痕量元素金和银的方法。该方法在矿物材料重金属分析中具有准确、快速、精密度好的优势，为矿物材料中重金属分析提供了有效的方法。

2.4 电感耦合等离子体质谱法在卫生医药重金属分析中的应用

目前，一些医疗保健机构已开始将人体元素检测作为常规健康检查项目；同时，在处理一些重金属所致的职业中毒和食物中毒等公共卫生安全事件时，往往需要快速、高效、准确地对有关金属元素进行检测、筛查。

邢培志等[29]建立ICP-MS同时测定输水管材浸泡液中铅、砷、铜、锌等19种金属元素的方法。金鹏飞等[30]将样品经密闭微波消解后，以钪45作为内标元素，用ICP-MS直接测定药用胶囊壳中铬元素含量，建立了ICP-MS快速测定方法。陈曦等[31]选用预消化-微波消解处理胶囊样品，采用动态反应池模式消除干扰，利用动态反应池-ICP-MS快速测定胶囊中铬。ICP-MS由于其多种元素同时测定的优势，为职业卫生重金属检测提供了很好的方法。

3 电感耦合等离子体质谱法存在的问题

ICP-MS法应用广泛，但该方法仍存在一定的问题亟待解决：首先，仪器需要专业技术人员进行操作，需要进一步设计相关简易化的软件；其次，ICP-MS仪需用氩气作为气源，消耗量较快，价格比较昂贵；再次，仪器本身的组件清洗比较麻烦，简便拆卸便于清洗是今后CIP-MS仪器的努力方向；最后纵观我国科学家在ICP-MS领域的研究工作，虽然取得了一定的成绩，但是大多数研究工作仍局限于分析方法学层面，在ICP-MS成像、ICP-MS仪器/部件的研制和真实生命体系中ICP-MS的应用研究方面还有待加强。

4 展望

由于ICP-MS具有较低的检出限、较宽的动态线性范围、干扰少、可同时进行多种元素分析等优点，其应用领域不断扩大。利用同位素标记来监测生物活性物质[32]必将在金属组学和定量蛋白质组学以及细菌和细胞分析研究中发挥更重要的作用。方法的分辨率高 (即多组分同时定量)和灵敏度是它优于目前现有光谱方法的有利之处。随着技术的不断发展，其结合其他检测技术如液相色谱（LC）、气象色谱（GC）、激光烧蚀（LA）等进行同位素、形态分析也成为发展趋势，在环境监测、食品安全、卫生医药、矿物材料等诸多领域应用前景广阔。

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（编辑：程 俊）

Application of Inductive Coupled Plasma Mass Spectrometry in Heavy Metal Monitoring

Wang Shuwei,Zhao Yanfang*,Hou Chenxiao,Zhai Zhenguo
（Shandong Environmental Monitoring Center,Jinan Shandong 250101,China）

The principle and characteristics of inductively coupled plasma mass spectrometry were expounded in this article.The research and application in recent years about environment monitoring,food safety,health medicine and mineral material were summarized.The proposed methodology,which can be used for quantitative detection for metals and their compounds,showed good performance,such as low detection limit,wide linear range,and good selectivity.Finally,the author proposed some suggestions in view of this method to address the ongoing problems,and prospected the broad application prospects in environmental monitoring,food safety,health medicine and mineral materials.

inductive coupled plasma mass spectrometry,environment monitoring,food safety, health medicine,mineral material

X830.2

A

1008-813X（2015）05-0051-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2015.05.13

2015-9-21

王述伟（1982-），男，山东高密人，毕业于华东交通大学载运工具运用工程专业，硕士，工程师，主要从事环境监测工作。

＊通讯作者：赵燕芳（1984-），女，山东菏泽人，毕业于济南大学分析化学专业，硕士，工程师，主要从事环境监测工作。