1、
ICP-MS在环境样品分析中的应用
保护环境,实现可持续发展,正成为全世界的共识。世界各国政府及组织纷纷通过各种环境保护法规,对环境分析化学提出了越来越高的要求,环境分析化学样品多种多样,包括大气、水、岩石、砂土、泥土、污泥以及和生态环境相关的各种植物样品。
世界各国的法规对这一些样品的浓度范围均作了严格的规定。为了保证所测定的结果的准确性,对于这些环境样品的分析所采用的分析仪器、分析方法、采样方法等也作了严格的法规规定。
其中,最典型的就是美国国家环保局所规定的
ICP-MS技术用语,饮用水、地表水、地下水各种元素的EPA method 2008和用于废水、固体废弃物、沉积物、泥土等样品中的各种元素分析的EPA method 6020。
随着环境法规对一些有毒有害元素的检测限的要求提高,对分析技术也提出了越来越多的需求。
比如,根据建设部《城市供水业2000年技术进步发展规划》,新增水质指标项,其中要求检测的金属和非金属元素共有23种(新增12种):Fe、Mn、Cu、Zn、As、Se、Hg、Cd、Cr、(Ⅳ)、Pb、Ag、Al、Na、Ca、Mg、Si、Ba、B、Be、Ni、Sb、V、Co。这些元素的浓度范围大到数十甚至数百ppm(如Na、Ca、Mg、Si等),小至ppt级(如Hg)。
由于检测项目大量增加,而且它们的基准和测限(浓度)都非常低,传统的分析方法,如:ICP-AES技术对Se、Hg、Be、As、Pb、Tl、U等元素不能达到检测限要求,必须与石墨炉
原子吸收(GF-AAS)和汞冷
原子吸收(CV-AAS)技术结合使用才能达到大部分元素的分析要求。
而
ICP-MS技术的出现,在某种程度上可以取代ICP-AES、GF-AAS和CV-AAS等分析,且可以测定它们均不能分析的饮用水标准中特殊要求的U和Tl。
同时
ICP-MS技术还可以直接测定海水中与环境污染或水文变化相关的多种元素。
2、
ICP-MS与其他技术的联用及其在生命科学研究中的应用
随着生命科学研究发展的需要,对环境卫生规划的新要求也不断提高,要求对元素分析的检测限也越来越低,对元素存在的形态要求也越明确。
因为元素的形态不同,其作用的机理完全不同。因此,如果仅研究体系中元素的总含量,已经不能反映该元素在体系中的生理和毒理作用。如:Cr(Ⅲ) 对人体大有益处,而Cr(Ⅵ)则会引起皮肤病、肺癌等,
ICP-MS技术与
离子色谱技术联用分别测定Cr(Ⅲ) 和Cr(Ⅵ)已经是十分成熟的方法,其检测限可以达ppt级,每个样品的操作时间不超过7分钟,操作简便,大大节省人力、物力。
HG-
ICP-MS(氢化物发生器与
ICP-MS)联用技术应用于海水中超痕量污染物,如As、Se、Sb等易受干扰难测元素的分析具有优越性。
GC-
ICP-MS技术已被用于多种污染物的形态分析,如船用涂料中有机Sn的影响,使牡蛎大量死亡,用GC-
ICP-MS技术可分离出不同形态的有机锡代谢产物,从而推动了船用涂料的改进。在低泥中也曾用GC-
ICP-MS联用技术分离测定二甲基铅、二乙基铅多种有机铅形态,推动汽车污染的环境迁移研究。生物对Hg的甲基化及富集作用是GC-
ICP-MS技术的另一个应用范围。
高效毛细管电泳(CE)技术是目前最强有力的分离技术,CE与
ICP-MS的强检测能力结合起来是将来联用技术最有潜力的应用领域。
许多科学家已在这一领域作了探索工作,并在生物化学领域有了一些具体的应用。
与环境化学、毒理学等生命科学研究关系最密切的应用当属高效
液相色谱分离(HPLC)与
ICP-MS联用技术。
HPLC是一种具有高效的分离技术,尤其适用于热稳定性差、分子量大、极性较强的物质的分离。
把HPLC与具有极低的检测限、宽的动态线性范围、干扰少、分析精密度高、速度快和可测定多元素等优点的
ICP-MS联用,可用于研究中草药、藻类、鱼类、人类等生物体内含Cd、Se、As、Cu、Zn、Pb等元素与多种氨基酸、多肽和蛋白质结合的机理以及某些元素对酶的位点的作用过程。
另外,某些维生素大环化合物和DNA片断与金属元素的作用也在HPLC-
ICP-MS的联用技术发展中得到应用。
能在复杂的基体中准确地分析微量、痕量元素同位素,将
ICP-MS用作HPLC的检测器跟踪被测元素同位素在各形态中的信号变化,使得色谱图变得简单,有助于元素形态的确认及进行定量析。