ICP儀器的應(yīng)用前景

ICP儀器的應(yīng)用前景
ICP–AES(包括ICP–MS)自發(fā)明以來，得到廣大檢測人員的喜愛，有關(guān)的文章以數(shù)十萬篇計，涉及金屬材料(包括貴金屬、稀有金屬)、非金屬材料、礦石、土壤、核燃料、煤、石油及其產(chǎn)品、化肥、化工原料、半導體晶片、陶瓷材料、食品、藥品、血液、水(純水、廢水)、空氣等幾乎所有材料中雜質(zhì)(或粒子)的測定；但是，作為標準的ICP–AES(包括ICP–MS)測定方法卻非常地稀少，國際標準才17個，其中鋼鐵的測定標準8個，其余為測定水、石油、空氣等物質(zhì)中雜質(zhì)的方法；國家標準26個，其中22個為稀土的方法，其余為鋅、剛玉、蜂蜜、潤滑油的方法，行業(yè)標準有16個，其中檢驗檢疫的標準有4個(SN)：涉及鋼鐵、鋁錠、鋅精礦、金屬猛，其它為：檢定規(guī)程3個、HS、SH各3個，YS2個、SY一個，涉及金屬材料和石油產(chǎn)品；其它國家的標準有：日本10個，俄羅斯3個，英國14個，法國13個德國15個，涉及的領(lǐng)域有：水、金屬、石油產(chǎn)品、食品等。
　　ICP–AES(包括ICP–MS)測定方法由于步驟簡單、一次性測定全部待測元素，是一個花費少，污染少，流程短的環(huán)保性方法，有著廣寬的發(fā)展前景。
元素分析是化學分析的一個重要組成部分，傳統(tǒng)的元素分析方法包括分光光度法、原子吸收法（火焰與石墨爐）、原子熒光光譜法、ICP發(fā)射光譜法等。這些方法都各有其優(yōu)點，但也有其局限性，例如：或是樣品前處理復雜，需萃取、濃縮富集或抑制干擾；或是不能進行多組分或多元素同時測定，耗時費力；或是儀器的檢測限或靈敏度達不到指標要求等。電感耦合等離子體質(zhì)譜—ICP-MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)技術(shù)是幾乎克服了傳統(tǒng)方法的大多數(shù)缺點，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的更加完善的元素分析法，因而被稱為當代分析技術(shù)的重大發(fā)展。

ICP-MS的工作原理及其分析特性: 在ICP-MS中，ICP作為質(zhì)譜的高溫離子源（7000K），樣品在通道中進行蒸發(fā)、解離、原子化、電離等過程。離子通過樣品錐接口和離子傳輸系統(tǒng)進入高真空的MS部分，MS部分為四極快速掃描質(zhì)譜儀，通過高速順序掃描分離測定所有離子，掃描元素質(zhì)量數(shù)范圍從6到260，并通過高速雙通道分離后的離子進行檢測，濃度線性動態(tài)范圍達9個數(shù)量級從ppq到1000ppm直接測定。因此，與傳統(tǒng)無機分析技術(shù)相比，ICP-MS技術(shù)提供了最低的檢出限、最寬的動態(tài)線性范圍、干擾最少、分析精密度高、分析速度快、可進行多元素同時測定以及可提供精確的同位素信息等分析特性。ICP-MS的譜線簡單，檢測模式靈活多樣：　 （1）通過譜線的質(zhì)荷之比進行定性分析； （2）通過譜線全掃描測定所有元素的大致濃度范圍，即半定量分析，不需要標準溶液，多數(shù)元素測定誤差小于20%； （3）用標準溶液校正而進行定量分析，這是在日常分析工作中應(yīng)用最為廣泛的功能； （4）同位素比測定是ICP-MS的一個重要功能，可用于地質(zhì)學、生物學及中醫(yī)藥學研究上的追蹤來源的研究及同位素示蹤。


ICP-MS發(fā)展簡史及應(yīng)用范圍:電感耦合等離子體質(zhì)譜ICP-MS，是20世紀80年代發(fā)展起來的新的分析測試技術(shù)。它以獨特的接口技術(shù)將ICP-MS的高溫（7000K）電離特性與四極桿質(zhì)譜計的靈敏快速掃描的優(yōu)點相結(jié)合而形成一種新型的元素和同位素分析技術(shù)，可分析幾乎地球上所有元素。ICP-MS技術(shù)的分析能力不僅可以取代傳統(tǒng)的無機分析技術(shù)如電感耦合等離子體光譜技術(shù)、石墨爐原子吸收進行定性、半定量、定量分析及同位素比值的準確測量等。還可以與其他技術(shù)如HPLC、HPCE、GC聯(lián)用進行元素的形態(tài)、分布特性等的分析。隨著這項技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境、半導體、醫(yī)學、生物、冶金、石油、核材料分析等領(lǐng)域。

1. ICP-MS在環(huán)境樣品分析中的應(yīng)用 保護環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，正成為全世界的共識。世界各國政府及組織紛紛通過各種環(huán)境保護法規(guī)，對環(huán)境分析化學提出了越來越高的要求，環(huán)境分析化學樣品多種多樣，包括大氣、水、巖石、砂土、泥土、污泥以及和生態(tài)環(huán)境相關(guān)的各種植物樣品。世界各國的法規(guī)對這一些樣品的濃度范圍均作了嚴格的規(guī)定。為了保證所測定的結(jié)果的準確性，對于這些環(huán)境樣品的分析所采用的分析儀器，分析方法、采樣方法等也作了嚴格的法規(guī)規(guī)定，其中最典型的就是美國國家環(huán)保局所規(guī)定的ICP-MS技術(shù)用語，飲用水、地表水、地下水各種元素的EPA method 200.8和用于廢水、固體廢棄物、沉積物、泥土等樣品中的各種元素分析的EPA method 6020。 隨著環(huán)境法規(guī)對一些有毒有害元素的檢測限的要求提高，對分析技術(shù)也提出了越來越多的需求。比如，根據(jù)建設(shè)部《城市供水業(yè)2000年技術(shù)進步發(fā)展規(guī)劃》，新增水質(zhì)指標項，其中要求檢測的金屬和非金屬元素共有23種（新增12種）：Fe、Mn、Cu、Zn、As、Se、Hg、Cd、Cr、（Ⅳ）、Pb、Ag、Al、Na、Ca、Mg、Si、Ba、B、Be、Ni、Sb、V、Co。這些元素的濃度范圍大到數(shù)十甚至數(shù)百ppm（如Na、Ca、Mg、Si等），小至ppt級（如Hg）。由于檢測項目大量增加，而且它們的基準和測限（濃度）都非常低，傳統(tǒng)的分析方法如ICP-AES技術(shù)對Se、Hg、Be、As、Pb、Tl、U等元素不能達到檢測限要求，必須與石墨爐原子吸收（GF-AAS）和汞冷原子吸收（CV-AAS）技術(shù)結(jié)合使用才能達到大部分元素的分析要求。而ICP-MS技術(shù)的出現(xiàn)，在某種程度上可以取代ICP-AES、GF-AAS和CV-AAS等分析，且可以測定它們均不能分析的飲用水標準中特殊要求的U和Tl。同時ICP-MS技術(shù)還可以直接測定海水中與環(huán)境污染或水文變化相關(guān)的多種元素。

2、ICP-MS與其他技術(shù)的聯(lián)用及其在生命科學研究中的應(yīng)用 隨著生命科學研究發(fā)展的需要，對環(huán)境衛(wèi)生規(guī)劃的新要求也不斷提高，要求對元素分析的檢測限也越來越低，對元素存在的形態(tài)要求也越明確。因為元素的形態(tài)不同，其作用的機理完全不同。因此，如果僅研究體系中元素的總含量，已經(jīng)不足于研究該元素在體系中的生理和毒理作用。如Cr(Ⅲ)對人體大有益處，而Cr(Ⅵ)則會引起皮膚病、肺癌等，ICP-MS技術(shù)與離子色譜技術(shù)聯(lián)用分別測定Cr(Ⅲ) 和Cr(Ⅵ)已經(jīng)是十分成熟的方法，其檢測限可以達ppt級，每個樣品的操作時間不超過7分鐘，操作簡便，大大節(jié)省人力、物力。 HG-ICP-MS（氫化物發(fā)生器與ICP-MS）聯(lián)用技術(shù)應(yīng)用于海水中超痕量污染物如As、Se、Sb等易受干擾難測元素的分析具有優(yōu)越性。 GC-ICP-MS技術(shù)已被用于多種污染物的形態(tài)分析，如船用涂料中有機Sn的影響，使牡蠣大量死亡，用GC-ICP-MS技術(shù)可分離出不同形態(tài)的有機錫代謝產(chǎn)物，從而推動了船用涂料的改進。在低泥中也曾用GC-ICP-MS聯(lián)用技術(shù)分離測定二甲基鉛、二乙基鉛多種有機鉛形態(tài)，推動汽車污染的環(huán)境遷移研究。生物對Hg的甲基化及富集作用是GC-ICP-MS技術(shù)的另一個應(yīng)用范圍。

高效毛細管電泳（CE）技術(shù)是目前最強有力的分離技術(shù)，CE與ICP-MS的強檢測能力結(jié)合起來是將來聯(lián)用技術(shù)最有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域。許多科學家都已在這一領(lǐng)域作了探索工作，并在生物化學領(lǐng)域有了一些具體的應(yīng)用。 與環(huán)境化學、毒理學等生命科學研究關(guān)系最密切的應(yīng)用當屬高效液相色譜分離（HPLC）與ICP-MS聯(lián)用技術(shù)。HPLC是一種具有高效的分離技術(shù)，尤其適用于熱穩(wěn)定性差、分子量大、極性較強的物質(zhì)的分離。把HPLC與具有極低的檢測限、寬的動態(tài)線性范圍、干擾少、分析精密度高、速度快和可測定多元素等優(yōu)點的ICP-MS聯(lián)用，可用于研究中草藥、藻類、魚類、人類等生物體內(nèi)含Cd、Se、As、Cu、Zn、Pb等元素與多種氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)結(jié)合的機理以及某些元素對酶的位點的作用過程。另外，某些維生素大環(huán)化合物和DNA片斷與金屬元素的作用也在HPLC-ICP-MS的聯(lián)用技術(shù)發(fā)展中得到應(yīng)用。能在復雜的基體中準確地分析微量、痕量元素同位素，同時將ICP-MS用作HPLC的檢測器跟蹤被測元素同位素在各形態(tài)中的信號變化，使得色譜圖變得簡單，有助于元素形態(tài)的確認及進行定量析。

3、展望 我國加入WTO后，新一輪的市場競爭將對國有產(chǎn)品提出更新的挑戰(zhàn)。無論是產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)、加工、包裝到商標等，都必須與國際法規(guī)接軌，否則我們的產(chǎn)品將面臨被淘汰的危險。為了適應(yīng)新一輪的市場競爭的需求，讓我們的產(chǎn)品走向國際市場，產(chǎn)品的質(zhì)量控制在理論上必須提供和世界檢測水平相符的可靠數(shù)據(jù)。不管是農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保、食品、還是工業(yè)產(chǎn)品等，用ICP-MS進行這些產(chǎn)品中多元素的分析測定，可稱之為是目前國際上在這一領(lǐng)域檢測水平最高的分析技術(shù)，可為產(chǎn)品提供可靠的，國際技術(shù)領(lǐng)域認可的實驗數(shù)據(jù)。因此，ICP-MS在未來的經(jīng)濟發(fā)展和科學研究中將發(fā)揮更為積極而重要的作用。