HPLC/ICP-MS在环境样品的痕量元素形态分析中的应用分析

嘉昕 袁野

摘要：近些年来，随着我国的经济与科技水平的不断提高，诞生了许多高新的技术，痕量分析技术就是近些年来得到巨大进步的技术。痕量分析是一种测定痕量元素在试样中总浓度的技术，其主要分为取样、样品处理和样品测定三部分。由于痕量元素在待测式样中的浓度不及百万分之一，因此对技术的要求较高，现阶段常用的痕量分析技术主要有HPLC技术（高效液相色谱）和ICP-MS技术（电感耦合等离子体质谱）。本文主要介绍了HPLC和ICP-MS技术的特点，并分析了其在痕量元素分析中的具体应用。

关键词：痕量分析;环境样品;高效液相色谱;电感耦合等离子体质谱

中图分类号：X830 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）12-0-01

Abstract：In recent years， with the continuous improvement of Chinas economic and technological level，many high-tech technologies have been born.Trace analysis technology is a technology that has made tremendous progress in recent years.Trace analysis is a technique for determining the total concentration of trace elements in a sample.It is mainly divided into three parts： sampling，sample processing and sample determination.Since the concentration of trace elements in the sample to be tested is less than one part per million，the technical requirements are high.The trace analysis techniques commonly used at this stage mainly include HPLC technology （high performance liquid chromatography） and ICP-MS technology （ Inductively coupled plasma mass spectrometry）.This paper mainly introduces the characteristics of HPLC and ICP-MS technology，and analyzes its specific application in the analysis of trace elements.

Key words：Trace analysis;Environmental sample;High performance liquid chromatography;Inductively coupled plasma mass spectrometry

由于環境样品中的痕量元素含量较低，不及总体的百万分之一，其且分布极不均匀，往往会随着时间或空间的变化有着十分巨大的差异，从样品的采集过程到元素测定等过程对技术的要求都很高，因此，在痕量分析的工程中需要对各个相关参数进行严格把控，不能出现较大的测量误差，传统的测量技术难以满足痕量元素测定的要求。但随着近些年来诞生的HPLC/ICP-MS技术可以较好的应用于环境样品中的痕量元素形态分析中，且具有分析灵敏度高、准确性高、测量速度快等优点。

1 HPLC技术和CICP-MS技术的概述

HPLC，即高效液相色谱，是色谱法的一个重要分支，以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，在柱内各成分被分离后，进入检测器进行检测，从而实现对试样的分析。相较于经典液相色谱法使用粗粒多孔固定相，使用长玻璃、大口径的试管，高效液相色谱法使用的是全多孔微粒固定相，使用短不锈钢、小口径的试管，应用高压输液泵增加溶质的扩散速度，从而在较短的时间内获得更高的效率与较为准确的测量值。由于其测量的精度较高，在诸多领域得到了较为广泛的应用。ICP-MS，即电感耦合等离子体质谱，主要由ICP焰炬、接口装置和质谱仪组成。ICP-MS通常使用感应耦合等离子体作为电离源，该感应耦合等离子体主要是通过三层由石英管组成的炬管从里到外分别通载气，且炬管上安装负载线圈进行电源耦合供电，来产生垂直方向的磁场。再通过相应的设备使通入的氩气进行电离，产生高温的同时，也加快了氩离子的运动速度，从而增加了亚原子碰撞的次数与概论，再进一步增加温度。经过一段时间后，可以使氩气形成温度很高的等离子焰炬，再持续地推动等离子体。ICP-MS具有灵敏度高、选择性好、可以进行同位素检测等诸多优点，现阶段常常应用于环境科学、地质研究、医学与食品学、金属矿物分析的领域，且其应用范围也在不断扩大。

2 HPLC技术和CICP-MS技术的特点

高效液相色谱是分析痕量元素的常用仪器之一，其优点主要有以下几点：在测定预处理过程中应用高压泵，加快了溶质的扩散速度，加快了处理速度;分析速度较快，载液流速较快，一般情况下可以小于一个小时;分离效率较高，通过使用固定相和多孔管提高了分离效率;应用范围较广，可以应用于大多数的有机化合物分析分离，且灵敏度较高。

高效液相色谱法虽然拥有以上诸多优点，但在具体操作过程中如果操作不慎，可能严重影响测量的高效性与准确性。为了发挥高效液相色谱法的最大性能，在操作相关仪器时需要注意以下几个问题：在使用试管时需要注意试管的洁净问题，如果应用不够清洁的试管会严重影响实验结果的准确性;同时还需要考虑试管的吸附问题，例如在检测阿米替林等治疗药物时会产生药物吸附在试管壁上的问题，因此为了防止影响实验结果，需要添加或选择可以防止吸附产生的提取剂;还需要考虑试管的材质，如在使用塑料试管时就不能装有与之相溶的试剂，需要替换成玻璃试管;在操作进样阀时也有很多的注意事项，如在控制进样量时需要严格遵守规定，最大不能超过注射样品环体积的一半，以防止试样的溢出;还需要考虑进样阀的清洁问题和堵塞问题等。另外，在实验的过程中还需要时刻注意色谱柱的使用情况。色谱柱是高效液相色谱法中的重要零件，是实验中的关键部分。在色谱柱应用的过程中应该常常更换泵与进样器之间的预柱和阻挡污染物进入色谱柱的保护柱，这样可以有效增加色谱柱的使用效率。另外还需注意色谱柱中是否可以进入气体，如果不行，需要在操作和安装色谱柱时格外注意是否有气泡的进入。还需要在每次应用完后及时对色谱柱进行清洗，防止为后续的测量分析实验造成影响。

ICP-MS近些年来常被应用于痕量元素分析实验中。ICP-MS具有非常快的多元素分析能力，可以在很短的时间内定量分析出大量的人类已知的元素。截到目前位置，ICP-MS是检出限最低的多元素分析技术，同时配备着高效的进样系统以及丰富的技术支持和优化，其检出率远远高于其他等离子光谱技术。ICP-MS在运行中产生的干扰较少，生成的图纸参数较为简洁，大多数情况下只产生一个或几个线谱，且其干扰参数可以经过简单分析得出，因此ICP-MS抗干扰性极强。另外，ICP-MS技术还具有引入和更换样品简单、样品需求量较小、分析精度高以及可提供同位素信息等优点。

3 HPLC/CICP-MS在痕量元素形态分析中的具体应用

在大多数比较复杂的痕量元素分析实验中，通常需要同时联合很多技术进行分析，因此，HPLC和ICP-MS很多情况下也以联用的方式进行实验。HPLC可以清晰的反映出元素不同时间的物质形态，ICP-MS可以作为HPLC的检测器，时刻监测待测元素的形态变化。通过HPLC和ICP-MS技术的联合使用可以降低检测限度、扩大测定范围、简化实验步骤、降低实验的干扰、提高实验的分析效率。

例如，我们需要分析大气中的金属元素时，首先需要分析进行待测样品的采集，采集样品后需要对样品进行实验前的预处理，预处理的过程中需要应用到很多技术。在实验样品的预处理中，样品通常含有的基体较为复杂其各种形态的含量值较低，因此需要对样品进行分离或富集处理。同时还有时刻注意物质形态，不能在预处理的过程中改变物质的形态，传统的方法不再适用，应该采用微波辅助萃取、固相微萃取或加速溶剂萃取等。另外，在分离和富集相关操作的过程中还可以采用超声波辅助萃取、利用高效的酶，如化纖酶，半化纤酶等来达到更高的效果。

例如，在测量环境样品为海水等一些废水时，就需要考虑其环境样品中的可溶盐较多，常规的雾化法可能由于可溶盐的沉积造成对实验设备的负面影响，甚至损害设备，因此需要先将该环境样品中的痕量元素进行分离或富集，然后在进行通常的操作步骤进行痕量元素的分析。

4 小结

HPLC/ICP-MS技术高效的融合了这两种技术的优点，可以十分准确地分析痕量元素的形态分析，解决了很多以前难以解决的问题。但目前该技术尚存在着很多缺点，这就需要研究开发人员与现场应用人员不断地从实际中总结经验并创新技术，来满足痕量元素分析实验越来越高的精度要求。通过HPLC/ICP-MS技术的不断发展，会有效促进诸如环境科学、地质研究、医学与食品学、金属矿物分析等领域的研究，为人们的生活带来更好的体验。

参考文献

[1]郭志英，于水.HPLC/ICP-MS在环境世界科技研究与发展，2015（02）：42-47.

[2]Cheng Heyong，Zhang Wenwen，Wang Yuanchao，Liu Jinhua. Graphene oxide as a stationary phase for speciation of inorganic and organic species of mercury， arsenic and selenium using HPLC with ICP-MS detection.[J]. Mikrochimica acta，2018，185（9）.

收稿日期：2019-10-27

作者简介：嘉昕（1980-），男，汉族，本科学历，高级职称，研究方向为环境监测。