基于电感耦合等离子体质谱的大气细颗粒物的多维表征研究进展

左培杰，黄俞铭，李翔宇，李林谦，陆达伟*，刘 倩，江桂斌

（1.中国科学院生态环境研究中心，环境化学与生态毒理学国家重点实验室，北京 100085；2.中国科学院大学，北京 100049；3.江汉大学 环境与健康学院，湖北 武汉 430056）

大气细颗粒物（PM2.5）是指空气动力学直径小于2.5 μm的悬浮颗粒物［1］。PM2.5可通过呼吸进入人体的肺部、血液、心脏、大脑等部位［2-4］，并与呼吸系统疾病、心血管疾病、神经系统疾病等多种疾病的发生发展密切相关［5-9］。研究表明，即使在空气质量达标的情况下，长期暴露于低浓度PM2.5亦会增加死亡风险［10］。PM2.5化学组成非常复杂，且在环境中高度动态［11］。目前，受限于分析技术的挑战，对环境中PM2.5的实际化学组成与形态等认识仍存在不足。传统方法对PM2.5的分析主要是通过采样器采集并需要复杂的前处理过程［12］，这可能破坏其真实结构而无法获取准确的实时和原位组成信息；此外，对形态结构、同位素指纹信息等的分析也存在通量较低、周期较长的限制。因此，亟需开发针对复杂环境基质中PM2.5关键组分的实时与原位分析、形貌表征以及同位素指纹识别的系统研究方法。

电感耦合等离子体质谱（Inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）及相关技术的快速发展已被证明可以在一定程度上满足PM2.5的多维表征需求，即对PM2.5在组分识别、单颗粒分析、同位素分析、空间原位分析等维度进行表征。比如，气体交换装置（Gas exchange device，GED）进样系统的优化可以实现PM2.5的直接进样并对其关键金属组分的含量进行实时分析；单颗粒模式（Single particle inductively coupled plasma mass spectrometry，spICP-MS）的发展也实现了PM2.5中部分金属超细颗粒物的粒径表征；多接收器电感耦合等离子体质谱（Multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometry，MC-ICP-MS）的发展实现了PM2.5中多种元素稳定同位素指纹的高精准分析，为PM2.5的精准溯源提供了新的研究视角［13］；激光剥蚀系统（Laser ablation，LA）与ICP-MS 的联用实现了PM2.5部分化学组成的原位分析。PM2.5的多维表征是准确识别其来源-转化-归趋的重要前提，但迄今为止，仍然缺乏系统梳理基于ICP-MS及相关技术开展PM2.5多维表征的研究综述。

以往有关ICP-MS 及其联用技术的研究综述多是聚焦仪器技术创新或在形态分析方面的应用。比如，Ammann 主要总结了ICP-MS 的特点和优势，及其联用技术在形态分析中的应用［14］；Meermann 和Nischwitz 详细介绍了ICP-MS 在纳米尺度的应用，尤其是单颗粒分析、LA-ICP-MS 技术以及用于形态分析的分离技术［15］；Pröfrock 和Prange 总结了ICP-MS 在环境和生命科学领域痕量分析中的应用、挑战和发展趋势［16］；Ogrizek等［17］综述了ICP-MS、LA-ICP-MS等技术在PM元素总量分析中的应用。本文拟聚焦ICP-MS 在PM2.5多维表征中的应用，通过总结其在PM2.5组分识别、单颗粒、同位素、原位分析等方面的研究案例，揭示ICP-MS 在解析大气细颗粒物污染变化、来源组成和暴露健康危害研究中的重要作用。

1 ICP-MS简介

1.1 ICP-MS工作原理

ICP-MS 主要由进样系统、离子源、接口和质谱仪4 个部分组成，其工作原理如图1［18］所示。ICPMS的进样方式分为气体、液体和固体3种。其离子源为电感耦合等离子体，工作原理是：在高压射频发生线圈作用下，氩气等载气被激发，升温至5 500 ℃以上，并迅速将样品气化、原子化并离子化。因此，该种离子化方式使得ICP-MS 具有高通量、耐盐和耐溶剂的优势［14］，从而更加适合PM2.5等复杂环境样本的分析。离子化后的等离子体穿过由采样锥和截取锥组成的接口，进入常温真空的质谱仪部分并完成后续的质量分析。需要注意的是，环境样品，特别是PM2.5样品基质复杂，易溅落在采样锥/截取锥面上，污染接口，因此需要及时清洁。离子化的待测样品在质谱仪的质量分析器中主要按照质荷比（m/z）分离，并通过检测器进行检测。常见的ICP-MS的质量分析器可分为以下几种（表1）：飞行时间（Time of flight，TOF）、四极杆（Quadrupole，Q）、串联四极杆（MS/MS 或QQQ）和扇形磁场（Sector field，SF）。其中，电感耦合等离子体飞行时间质谱仪（ICP-TOF MS）和电感耦合等离子体四极杆质谱（ICPQ-MS）均可以区分任意两个不同的元素，但分辨率较低。为了解决ICP-Q-MS 易受到多原子离子和多电荷离子干扰的问题，碰撞池和反应池技术应运而生［19］。基于此开发的ICP-MS/MS 是在两个四极杆中间增加一个碰撞反应池（Collision and reaction cell，CRC），通过以下两种方式减少干扰［20］：（1）通过反应气（O2、NH3、H2等）与待测离子反应，生成不受干扰的多原子离子。例如，32S+监测中易受质量数较近的多原子或多离子［16O16O］+的干扰，可通过在反应池中使O2与32S+反应生成［32S16O］+，监测m/z48的离子即可避免干扰［21］。（2）使用惰性气体（He、Xe、N2等）碰撞破碎多原子干扰离子。此外，提高分辨率也可以降低干扰，例如电感耦合等离子体扇形磁质谱（ICP-SF-MS）的分辨率可达10 000，将SF 技术与多接收器技术集成研发的MC-ICP-MS已成为目前金属同位素分析的有力工具。

表1 ICP-MS及联用技术的类型和特点Table 1 The characteristics of ICP-MS and its hyphenated techniques

图1 ICP-MS原理图［18］Fig.1 Schematic of ICP-MS［18］

1.2 ICP-MS进样系统

近年来，围绕ICP-MS 的进样系统优化取得了快速发展，显著提高了其对PM2.5等复杂颗粒态污染物的分析能力。比如，基于传统的液体进样模式开发了液相色谱、气相色谱、场流分离、毛细管电泳等色谱分离装置与ICP-MS 的联用技术［22］，实现了对颗粒态污染物形态、粒径等特征的质谱表征。值得一提的是，将液体稀释至合适浓度，并将质谱的读取时间尽可能缩短（≤100 μs）可以同时鉴定溶解态和颗粒态元素，并能够提供元素组成、数浓度、尺寸、粒径分布等信息［23］。基于气态进样模式开发的GED 与ICP-MS 联用技术，实现了PM2.5中29 种金属组分的实时分析［24-26］。GED 由两根孔径为0.07 μm的同心管组成，可以将气溶胶中的空气置换为Ar，从而将样品引入ICP-MS 分析［27］。基于固态进样模式开发了LA-ICP-MS联用技术，在激光高能量烧蚀下，样品表层的微小颗粒将以气溶胶的形式被引入ICP-MS，实现颗粒态污染物空间位置的原位分析。

1.3 校正方法

应用ICP-MS 对PM2.5等复杂颗粒态污染物分析的过程中，应特别注意基质效应和分馏效应对测试结果的影响。PM2.5的组成非常复杂，其高浓度的有机组分易产生较为显著的信号增强或掩蔽现象，同时也易引起分析过程中的仪器质量分馏现象。目前有效的校正方法主要是：（1）开发更为彻底的样品前处理方法以尽可能地降低基质干扰。通常采用高温高压、强酸强碱等实现PM2.5的消解以便于ICP-MS的直接分析。对于MC-ICP-MS的基质去除则更为复杂，需要进行严格的柱分离操作［28］。（2）外标法。主要是将组成信息已知的标准参考物质加入到空白溶剂中，进行和样品相同的分析流程，通过分析比对结果确认其校正效果。对于没有相同或类似基质标准参考物质的情形，通常可以采用将已知组成信息的标准溶液加入到部分样品中以加标回收的方式进行质量校正。外标法被广泛用于ICP-MS 对PM2.5组分浓度的测量或基于LA-ICP-MS 的原位分析中。（3）内标法。主要是通过在ICP-MS 仪器分析过程中引入质量数相近的元素或同位素的标准溶液，通过标准溶液在仪器分析过程中的变化监控测试过程中的仪器稳定性。值得注意的是，在PM2.5样本的ICP-MS 分析过程中往往是内标法和外标法同时使用来完成校正。比如，在使用MC-ICP-MS 对PM2.5中的元素同位素进行分析时，采用的是“样品-样品交叉法”和“内标”相结合的校正方式。

2 ICP-MS在PM2.5组分识别方面的应用进展

基于ICP-MS 对PM2.5中的金属组分等进行分析已成为我国（HJ 657-2013）、美国EPA［29］和欧盟［30］推荐的标准方法。近年来，基于ICP-MS的PM2.5组分识别取得快速发展，主要体现在3个方面：（1）痕量/超痕量分析能力；（2）基于CRC 技术的非金属类组分识别；（3）PM2.5中元素组成的实时分析。在痕量/超痕量分析方面，ICP-MS 对于大多数金属元素的检测水平可达ng/g级别，个别元素甚至可以达到pg/g级别。近来年，基于ICP-MS 实现了对V、Ni、Pt、Pd、Co、Ti、Tl等痕量人为活动源金属元素的准确分析。需要注意的是，虽然这些人为活动产生的元素在PM2.5中的含量很低，但是其往往是某类人为活动的重要指示性元素，具有重要意义。比如Pt、Pd、Rh等是典型的机动车催化剂材料，具有独特的机动车尾气排放指示作用［31］。此外，个别痕量元素具有不可忽视的健康危害，如Cd、As、Co、Ni、Pb、Cr（Ⅵ）、V、Tl、Hg、Mn、Cu、Zn、Sb、Se 等［32-33］。在CRC 方面，ICP-MS/MS（QQQ）实现了以往难以通过ICP-MS 准确分析的K、S、P 等PM2.5中高丰度元素的识别分析。CRC 技术有效克服了［40Ar16O］+、［14N14N］+等的干扰，显著降低了ICP-MS对Fe、Si等PM2.5中常见组分的定量限。以上离线分析的方式操作相对复杂，前处理时间也较长，操作过程可能造成样品污染或损失，不能反映PM2.5组分的实时变化及动力学规律。因此，一些研究尝试开发将PM2.5直接引入ICP-MS分析的在线分析模式。如Kawaguchi等［34］利用同心雾化室将气溶胶直接引入ICP-MS，实现了Cu和Zn的在线检测。Nishiguchi等［35］基于内外同心管（内：多孔硅管；外：硼硅化管）将空气置换为载气氩气，通过GED 实现了金属纳米颗粒物等的在线分析。具体操作是，载有颗粒物的空气通入多孔硅制的内管，在外管（多孔硅管外侧）通入氩气，并在不同气态分子分压的作用下完成空气和氩气的交换。此外，由于颗粒态的扩散速度显著低于气态分子，所以完成气态交换的氩气可载着颗粒物进入ICP-MS 完成后续分析。Suzuki等［25-26］尝试通过该方法开展了大气细颗粒物的在线分析。进一步，中国科学院生态环境研究中心纪晓萌等提高了该方法的定量检出限，建立了高灵敏、高时间分辨的PM2.5中多种金属元素含量的在线分析方法（图2）［24］。

图2 基于GED与ICP-MS联用的PM2.5在线分析系统示意图［24］Fig.2 Schematic diagram of online analytical system of PM2.5 by coupled GED with ICP-MS［24］

研究者通过PM2.5切割器截留直径大于2.5 μm 的大气颗粒物，然后将PM2.5引入GED 装置，并通入氩气吹扫气将去除空气的PM2.5直接载入ICP-MS 分析。该过程采用内标法校正，即通过金属标准气体发生器生成一定量的3种金属标准气溶胶（Cr、Mo、W），将其和颗粒物同时引入ICP-MS实现校正。该方法具有较高的时间分辨率（3.3 min）和较低的检出限（0.001～6.30 ng/m3）［24］，实现了PM2.5中12种元素（As、Cd、Cs、Cu、Fe、Mg、Mn、Pb、Rb、Sn、Tl、V）的识别分析，并在北京地区开展了连续33 天的真实大气环境中PM2.5组分识别的分析应用。

3 ICP-MS在PM2.5单颗粒分析方面的应用进展

PM2.5的粒径尺寸影响其环境行为，PM2.5在呼吸系统的沉积［36］及体内的健康效应［37］，也可以反映其具体来源［38-39］。通常，颗粒物的粒径尺寸主要是借助光学或电子显微学的分析手段进行检测。比如，基于动态光散射技术的纳米颗粒物粒径分析，基于原子力显微镜或光学显微镜的CdSe量子点形貌和极化线性解析，基于高分辨透射电子显微镜的颗粒物结构性指纹精准识别。然而，上述方法的研究视野通常有限，很难对真实大气环境中数量繁多且异质性强的PM2.5进行快速单颗粒计数和定量分析。近年来，spICP-MS得到快速发展，该技术具有操作简便、灵敏度高等特点，可以较为全面地解析颗粒物的数量浓度和粒径分布等特征，较为适合大气PM2.5的分析。spICP-MS 主要是基于ICP-MS 的时间分辨模式（TRA）对识别到的目标分析物信号进行定量分析。当浓度较低的样品中单个颗粒物的原子经过ICP时会迅速（约0.5～1 ms）形成一个气态离子云，这在ICP-MS 上将被识别为一个脉冲信号。因此，如果可以保证在每个检测单元的积分时间内只有单颗粒引入，其脉冲信号将不会与其他颗粒的积分窗口重叠，这样即可将时间分辨模式下的脉冲信号识别为单个颗粒。由于脉冲数与颗粒数成正比，脉冲强度与元素浓度正相关，因此可以结合统计学实现单颗粒分析。如图3 所示，Lee 等［40］对spICP-MS 能检测的颗粒物种类、粒径检出限和数目浓度进行了系统总结。目前，spICP-MS可以满足的金属纳米颗粒物的分析多达40种，粒径范围一般为5～20 nm至1～5 μm，粒径检出限取决于仪器的灵敏度、颗粒物组成及浓度［40］，可以检测的纳米颗粒的数浓度为每立方厘米103～105个［41］。但目前使用spICP-MS对大气颗粒物及源样品进行分析的研究还相对较少。Goodman等［42］使用spICP-Q-MS分析了降雪样品中矿物尘（MDA）的数目、粒径分布、元素组成等信息。传统的spICP-Q-MS通常只能同时测定1～2种元素，而spICP-TOFMS可以同时测定多种元素［43］。Holbrook等［44］使用LA-spICP-TOF-MS同步分析了道路尘等样品中Cu、Zn、Pb、Ce、Pd等24种元素的单颗粒特征，并结合机器学习建立了自动识别颗粒物来源的算法。

图3 不同颗粒物spICP-MS模式下的最小可检测尺寸［40］Fig.3 Evaluated the minimum detectable size for the particles in the mode of spICP-MS［40］

4 ICP-MS在PM2.5同位素指纹分析方面的应用进展

近年来，稳定同位素指纹已成为PM2.5精准溯源的有力研究工具。稳定同位素是质子数相同、中子数不同的非放射性元素形式。由于同一元素不同同位素的质量差异，同位素组成可在一些涉及PM2.5的生成和排放过程中发生特异性改变，形成独特的同位素指纹。这些特征将保留在PM2.5中，根据排放源和PM2.5的非传统稳定同位素特征即可实现PM2.5源解析［13，45］。相比于传统的基于浓度指示物的溯源方法，同位素指纹具有精准性高的优势。PM2.5中金属组分的同位素指纹主要基于MC-ICP-MS 实现。如图4所示，MC-ICP-MS 配备的静电场和磁场质量分析器，可以实现不同质量同位素的偏转聚焦，并具有多个接收器可满足不同质量同位素的分析需求［13］。MC-ICP-MS分析同位素组成具有进样简单、高通量、离子化效率高、灵敏度高等优势。截至目前，已基于MC-ICP-MS对大气PM2.5中Fe、Cu、Si、Zn、Pb、Sr、Nd、Ni、Hg 9 种元素的同位素指纹进行了分析［13］。本文以PM2.5中Fe 同位素的分析应用为例介绍其在颗粒物溯源方面的研究进展。Fe 主要有54Fe（5.84%）、56Fe（91.76%）、57Fe（2.12%）和58Fe（0.28%）4种稳定同位素［46］。PM2.5中的Fe主要有两种价态（+2和+3），包括溶解态Fe、Fe2O3、Fe3O4等多种形式。PM2.5中的Fe 同位素组成（δ56Fe）主要以欧盟的IRMM-014（定义为同位素零点）为参考，以其千分偏差（‰）表示如下：

图4 MC-ICP-MS的原理图［13］Fig.4 The schematic of MC-ICP-MS［13］

PM2.5中Fe 同位素的分析过程主要受载气Ar 的干扰，Ar 极易形成质量数接近的多原子或多离子干扰，如40Ar14N、40Ar16O、40Ca16O、40Ar16OH、40Ca16OH［47］。通常，可以通过分析待测同位素与多原子或多离子干扰的质量差提出同位素分析过程中的质量分辨需求。比如，40Ar16O 和56Fe 的质量差为0.022 35，其分辨率（m/Δm）需满足大于2 500。因此，PM2.5中Fe 同位素的分析需在中高分辨的模式下进行。

近年来，研究发现大气颗粒物中Fe 的同位素组成存在显著的粒径差异：粗颗粒中的Fe 同位素组成［48-49］与地壳中的Fe 同位素组成较为接近（-0.1‰～0.1‰）［50-51］，而相比之下细颗粒物（PM2.5）倾向于富集轻同位素（即同位素亏损），说明细颗粒可能更多是受人为源影响，比如钢铁厂［52］、机动车［53］、焚烧厂［54］等人为活动。Majestic 等［55］证实了上述研究结果，其分析了美国菲尼克斯郊区PM10和PM2.5的特征，发现PM10的δ56Fe 和风向密切相关，而PM2.5的δ56Fe 则明显偏小，可能与工业过程相关。2022 年，中国科学院生态环境研究中心左培杰等［56］进一步对北京地区沙尘期间PM2.5中磁性Fe颗粒的同位素组成进行了系统分析，发现沙尘天气中的PM2.5存在混合来源的磁性Fe 颗粒物。其中，一部分主要来自天然源，另一部分仍以人为源为主，推断其可能来自于沙尘传输途中人为源的汇入。大气PM2.5中不同Fe组分的同位素组成差异也为进一步评估大气PM2.5在全球Fe循环中的作用提供了方法学支撑。比如，通常认为海洋中浮游植物的Fe主要来自天然源的大气沉降［57］，但研究发现天然矿物中可溶态的Fe相对较少，意味着生物可利用的Fe 含量较低，而大气PM2.5中来自人为源的Fe 具有较好的生物可利用性［58-59］，其对海洋Fe 的贡献被严重低估［48-49］。此外，大气PM2.5中不同Fe 组分的同位素组成也为准确识别人体内颗粒物的来源提供了重要数据支持。近年来，研究者们分别在人体的大脑和胸腔积液中发现大量含Fe颗粒物。但是由于体内生物矿化作用也可以生成外源性颗粒物［60］，致使体内含Fe颗粒物的来源研究仍是瓶颈问题。本研究团队通过分析人体胸腔积液中Fe同位素等特征，并与不同来源Fe同位素指纹进行比对，发现其主要来自于高温燃烧过程等排放的PM2.5［2］。

5 ICP-MS在PM2.5空间原位分析方面的应用进展

PM2.5的原位分析是准确认识其形成、暴露及体内转化代谢的重要研究手段。目前，应用最广泛的PM2.5的原位分析方法为X射线荧光光谱法（XRF）。其已被美国EPA［61］、IMPROVE 项目［62］、中国的环境监测部门（HJ 829-2017 和HJ 830-2017）等列为推荐方法。这种方法无须复杂的前处理，快速简便，具有较高的准确度。但是，XRF存在检出限较高、不能应用于石英滤膜样品及生物样本等缺点。

近年来，一些研究开始探索将LA-ICP-MS 应用于PM2.5的原位分析［63］。但由于LA-ICP-MS 的空间分辨率一般大于PM2.5的粒径，故无法实现单颗粒级别的分析表征。常见方法是将PM2.5采集到滤膜上，再使用LA-ICP-MS 分析PM2.5滤膜样品。其分析过程为：在高能量激光的线扫下，样品表层出现溶蚀气化，部分颗粒物（包括颗粒破碎生成的小颗粒）溅射形成气溶胶，进而可在载气作用下通过传输线引入ICP-MS。需要注意的是，激光照射后溅射的颗粒粒径与剥蚀粒径设置及样品基质等有关，目前可达到微米水平。LA-ICP-MS 主要的指标有：空间分辨率、样品剥蚀效率、传输效率以及检出限和定量限。LA-ICP-MS 的定量方式一般有两种［64］：（1）使用已知浓度参考物质（RM）的外标法。RM 应与目标样品的基质相似，然而目前商用滤膜样品的标准参考物质只有聚碳酸酯滤膜（NIST SRM 2783）1种，且已停产。同时该物质也不适用于其他材质的滤膜，如聚四氟乙烯滤膜、石英纤维滤膜、玻璃纤维滤膜、纤维素滤膜等。所以，一些研究中使用自制的参考物质定量。（2）内标法。内标法可以校正由于仪器状态变化而导致的信号不稳定。内标可以是样品中本身含有的，或者添加的。内标的浓度已知且应当均匀地分布在样品中。

Rovelli 等［65］优化了LA-ICP-MS 测定PM 滤膜样品的方法：使用甘油覆盖固定颗粒物，滴加标准溶液晾干后进行定量，并与ICP-MS 的结果进行对比。结果表明，LA-ICP-MS 无需复杂的样品制备，即可完成多种元素的准确定量。Qiao 等［66］将纤维素纸浸泡在不同浓度的标准溶液中制备标准物质，并绘制标准曲线，成功实现了对PM2.5样品的定量分析。LA-ICP-MS简化了前处理流程，大大节省了分析时间。王晴晴等［67］通过采集珠江三角洲地区的PM2.5，并截取圆形滤膜样品，使用LA-ICP-MS 分析了样品中16种元素的水平并研究了其来源。Suzuki［68］使用LA-ICP-MS 等分析了树皮中颗粒物的元素组成和分布，发现树皮上沉积有工业排放的含Pb、Sb 颗粒物。基于LA-ICP-MS 的信号强度，也可识别污染源排放的特征元素。例如，Gallagher等［69］将柴油汽车尾气和多种燃料燃烧生成的PM2.5采集到石英滤膜和聚四氟乙烯滤膜上，使用LA-ICP-MS分析了PM2.5典型污染源的37种元素的排放特征。

6 总结与展望

ICP-MS 是目前公认的最有力的元素分析手段。如图5 所示，ICP-MS 及其联用技术可以实现PM2.5的多维表征，如组分识别、单颗粒分析、同位素分析、空间原位分析等。在组分识别方面，ICP-Q-MS具有检出限低的优势，而ICP-QQQ-MS 通过碰撞反应池技术可以实现S、P 等非金属类元素的含量分析。近期发展的GED-ICP-MS 通过气体交换功能实现了真实PM2.5金属组分的实时分析。在单颗粒分析方面，基于spICP-TOF-MS 和spLA-ICP-MS 的单颗粒分析模式实现了单颗粒多元素分析和单颗粒原位分析的突破。在同位素组成方面，ICP-SF-MS 和MC-ICP-MS 凭借高分辨的优势可以实现PM2.5中多种金属元素同位素组成的高精准分析。而LA-ICP-MS则可以通过原位剥蚀进样的方式记录颗粒物的空间信息，进而实现原位分析。需要指出的是，目前LA-ICP-MS 的空间分辨率仍无法满足PM2.5中纳米级颗粒物的原位分析要求。综上，基于不同类型ICP-MS 的PM2.5多维表征可为PM2.5的源解析、污染控制、健康风险评估等研究提供有力支撑。然而，目前基于ICP-MS 的PM2.5多维表征仍面临诸多挑战，如空间分辨率不足、前处理复杂、校正方法繁琐等。未来需在以下方面进一步努力以更大程度提高ICP-MS对PM2.5多维表征的能力：

图5 基于ICP-MS的PM2.5多维表征示意图Fig.5 The schematic of multi-dimensional characterization on PM2.5 based on ICP-MS

（1）在组分识别方面，经典的滤膜采集-微波消解-ICP-MS分析过程繁琐，且容易丢失PM2.5的动态化学信息。未来，一方面可以进一步简化分析流程，优化前处理技术，结合智能机器人等智能化设备实现大气PM2.5的自动化快速分析。另外，应继续加强GED-ICP-MS 技术的研发，特别是质量控制和标准物质方面的同步研发，提高在线分析的准确度和普及度。

（2）在单颗粒分析方面，一方面应进一步加强ICP-TOF MS对实际PM2.5样品中颗粒物，特别是超细颗粒物的分析能力；另一方面应开发基于spMC-ICP-MS 的单颗粒同位素分析方法，解析PM2.5中颗粒物的同位素异质性，提高溯源的针对性。此外，单颗粒的分析方法应进一步提高抗基质干扰能力，开发准确的校正方法，实现更准确的尺寸表征。

（3）在同位素分析方面，可以进一步优化前处理方法和同位素分析流程，实现快速分析；同时应提高MC-ICP-MS的自动化水平和分析稳定性，开发面向未来的同位素大数据分析方法和更加广泛可靠的标准参考物质。

（4）在空间原位分析方面，应进一步提高空间分辨率，开发多种校正方法，实现高时空分辨的精准分析。此外，可以同步无机原位分析与有机原位分析，即开发适用于LA-ICP-MS 和基质辅助激光解吸/飞行时间质谱分析技术（MALDI-TOF MS）或空气动力辅助解吸电喷雾-四极杆静电场轨道阱高分辨质谱（AFAI-Orbitrap Exploris 120）的前处理和分析方法。值得思考的是，可以尝试优化适用于解析生物基质中PM2.5的同位素原位分析方法，通过LA-MC-ICP-MS 等技术追踪PM2.5的暴露途径和生物转化利用情况。