電感耦合等離子體質(zhì)譜法在測(cè)定土壤中的應(yīng)用探討

鄭乃迅

摘 要：電感耦合等離子體質(zhì)譜法在質(zhì)譜分析中是一種很常見(jiàn)的方法。由于其具有的多元素快速分析、動(dòng)態(tài)線性范圍寬、靈敏度高等特點(diǎn)，又可以同時(shí)對(duì)多種元素進(jìn)行檢測(cè)，而被廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域中去。文章從電感耦合等離子體質(zhì)譜法的概念出發(fā)，對(duì)其當(dāng)前在測(cè)定土壤的應(yīng)用中存在的問(wèn)題，提出相應(yīng)解決措施。

關(guān)鍵詞：電感耦合等離子體質(zhì)普法；測(cè)定土壤；措施

引言

電感耦合等離子體質(zhì)譜法是在二十世紀(jì)末不斷發(fā)展起來(lái)的，在目前來(lái)說(shuō)，是一種相對(duì)有效的分析技術(shù)，作為一種多元素分析器，它因具有多元素快速分析、動(dòng)態(tài)線性范圍寬、靈敏度高的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、環(huán)境、材料等多領(lǐng)域中，盡管如此，其發(fā)展過(guò)程中還是存在很多的問(wèn)題。

1 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

1.1 電感耦合等離子體質(zhì)譜概述

電感耦合等離子體質(zhì)譜，英文簡(jiǎn)稱ICP-MS，其優(yōu)點(diǎn)主要有多元素快速分析、動(dòng)態(tài)線性范圍寬、靈敏度高等，能夠在復(fù)雜的情況下對(duì)痕量元素進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。

1.2 ICP-MS的發(fā)展

ICP-MS的主要部件有ICP-MS接口、MS、ICP，ICP是質(zhì)譜高溫離子源，通過(guò)讀樣品進(jìn)行從蒸發(fā)、解離到電離的過(guò)程，然后由ICP-MS接口通過(guò)離子傳送系統(tǒng)將離子樣品傳送至MS，在電腦聯(lián)機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的同時(shí)，真空的MS進(jìn)行離子的分析和檢測(cè)。近幾年科學(xué)技術(shù)的不斷頸部，推動(dòng)者M(jìn)S儀器性能的不斷完善，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：首先，ICP-MS與各種色譜的研究；其次，聯(lián)用技術(shù)與信息處理的研究；最后，MS技術(shù)的改進(jìn)[1]。

1.3 ICP-MS的特點(diǎn)介紹

目前在我國(guó)的環(huán)境檢測(cè)中，ICP-MS的運(yùn)用十分廣泛，其在土壤的檢測(cè)中也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

（1）能夠?qū)ν辉剡M(jìn)行分析，在樣品中加入富集同位素試劑等夠準(zhǔn)確的測(cè)得樣品中的同位素比值，同時(shí)根據(jù)同位素稀釋法對(duì)樣品中未知的待測(cè)元素的含量進(jìn)行快速計(jì)算。

（2）線性動(dòng)態(tài)范圍較寬，在對(duì)多元素進(jìn)行分析的時(shí)候基本能夠準(zhǔn)確測(cè)得范圍0-100ug·L-1的元素，而曲線相關(guān)系數(shù)對(duì)于在ng·L-1-mg·-1范圍內(nèi)的元素可達(dá)到0.999以上。

（3）所需樣品量少，其進(jìn)樣量為50-100Ul。

（4）較高的靈敏度，檢出限度低，在痕量分析中，其下限一般能達(dá)到10-12，對(duì)一個(gè)樣品的檢測(cè)時(shí)間大概需要3分鐘，分析過(guò)程既簡(jiǎn)單又快速，對(duì)于樣品較多的時(shí)候來(lái)說(shuō)，是提高效率保證質(zhì)量的重要方式。

2 土壤中元素的測(cè)定

2.1 ICP-MS的干擾及校正

2.1.1 質(zhì)譜干擾及非質(zhì)譜干擾組成了ICP-MS的分析干擾

質(zhì)譜干擾主要是從由雙原子離子氰化物離子等組成的多原子離子、雙電荷離子、同質(zhì)異位素等譜線的重疊干擾。非質(zhì)譜干擾則由接口效應(yīng)和基本效應(yīng)組成。接口效應(yīng)采取高鹽溶液的長(zhǎng)時(shí)間噴入使得采樣錐堵塞，會(huì)降低靈敏度，而基本效應(yīng)中，在等離子火焰中高濃度的集體元素被電離的過(guò)程中抑制或者增加被測(cè)元素的電離，不同的元素的靈敏度有不同的影響。

2.1.2 消除ICP-MS干擾的辦法

（1）樣品稀釋后分析，降低基本元素的濃度，通過(guò)把樣品的基體元素的總濃度稀釋到產(chǎn)生干擾的界限以下，抑制基體效應(yīng)。

（2）用標(biāo)準(zhǔn)加入法，使用標(biāo)準(zhǔn)加入法來(lái)達(dá)到補(bǔ)償基體效應(yīng)的目的。

（3）化學(xué)分離，從基體中將被測(cè)物分離出來(lái)，以消除基體效應(yīng)的影響。

（4）儀器分析，每次使用前，對(duì)儀器用調(diào)諧液進(jìn)行校正，保證質(zhì)量軸、靈敏度、氧化物等都能達(dá)到設(shè)定的要求，使儀器分析所得的參數(shù)得到優(yōu)化。

（5）流動(dòng)注射技術(shù)的使用，也可以減少基體效應(yīng)。

2.2 土壤樣品前處理

我國(guó)土壤類型多而復(fù)雜，成土母質(zhì)差異明顯，因此需要選擇不同的方式來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行處理。通過(guò)全解方式對(duì)土壤類型中各元素含量以及含有量可以有更好的檢測(cè)，此方法適用于區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的研究以及區(qū)域背景值的調(diào)查，而酸浸提則更適用于對(duì)土壤污染地的處理意見(jiàn)污染事故的調(diào)查。土壤元素的全量測(cè)定應(yīng)用于地方病因以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠?qū)ζ涮峁┫鄳?yīng)的儲(chǔ)備，也許測(cè)定其可以直接提供使用的有效形態(tài)。因此在運(yùn)用ICP-MS進(jìn)行測(cè)定時(shí)，對(duì)樣品的前期處理至關(guān)重要，它不僅是分析測(cè)定結(jié)果的決定性因素，也是工作是否能合理有效的進(jìn)行的有力保障[2]。

3 ICP-MS在土壤檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1 同位素比值分析

在同位素壁紙分析中，熱電離質(zhì)譜占有巨大的優(yōu)勢(shì)地位，近年來(lái)，隨著諸如飛行時(shí)間等離子體質(zhì)、多接收器的分辨磁扇形等離子體質(zhì)譜儀等質(zhì)量分析器以及ICP-MS技術(shù)的不斷進(jìn)步同位素分析在其分析的精密度方面有了很大的提高。同傳統(tǒng)的二次電離質(zhì)譜、熱電離源質(zhì)譜等技術(shù)相比有了更強(qiáng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，在離子化效率方面來(lái)說(shuō)，熱電離質(zhì)譜的數(shù)量相比等離子體數(shù)量來(lái)說(shuō)低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，有些高電力能元素的測(cè)定，在許多熱電離源無(wú)法測(cè)定的時(shí)候，都可以通過(guò)等離子體質(zhì)來(lái)精確測(cè)定其同位素的組成情況。而且ICP-MS可以與激光系統(tǒng)實(shí)行聯(lián)用，應(yīng)用于對(duì)固定樣品的分析中，從而促使地球化學(xué)與同位素年代學(xué)的研究范圍不斷擴(kuò)大。在對(duì)于環(huán)境的研究方面來(lái)說(shuō)，定義土壤中Pb的污染來(lái)源的鑒別方法對(duì)鉛同位素的比值分析有很好的借鑒作用，對(duì)地球成因以及人類活動(dòng)對(duì)Pb來(lái)源的同位素差異造成的不同影響，可以利用扇形等離子地質(zhì)譜通過(guò)行對(duì)深度剖面的多個(gè)土壤樣品中的Pb同位素的進(jìn)行測(cè)定來(lái)獲得[3]。

3.2 鉑族元素和稀土元素的測(cè)定

ICP-MS對(duì)土壤樣品中稀土元素的含量的分析師在高分辨等離子的質(zhì)譜儀上進(jìn)行的，所測(cè)定的結(jié)果應(yīng)與國(guó)家對(duì)一級(jí)土壤的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的驗(yàn)證結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)相符。其中加標(biāo)的回收率以及巧種稀土元素的標(biāo)準(zhǔn)分別為96.5%-114.7%和10%以下。就經(jīng)濟(jì)方面來(lái)說(shuō)，鉑族元素的在經(jīng)濟(jì)方面的價(jià)值極高，因此在測(cè)定的過(guò)程中，部分含有硅酸鹽或者難深礦物的土壤，使用酸溶法來(lái)消除可能會(huì)出現(xiàn)不完全分解的情況。因此，在大部分情況下，為了使回收率提高，會(huì)采用堿溶殘?jiān)屯跛确岱忾]微波消除相結(jié)合的方法。環(huán)境釋放的鉑族元素中其主要成分為Pt，在對(duì)這些微量元素用ICP-MS進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，需要注意質(zhì)譜干擾問(wèn)題。

3.3 形態(tài)分析中聯(lián)用技術(shù)的使用

3.3.1 CE-ICP-ME聯(lián)用技術(shù)

具有預(yù)處理簡(jiǎn)單、樣品用量小等優(yōu)勢(shì)的毛細(xì)管電泳，可以對(duì)復(fù)雜混合物進(jìn)行快速有效的分離，具有對(duì)不同金屬有機(jī)化合物以及氧化還原物質(zhì)進(jìn)行區(qū)別的優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)元素的形態(tài)進(jìn)行分析的過(guò)程中，尤其對(duì)元素的生理活性有著很大的作用。

3.3.2 GC-ICP-MS聯(lián)用技術(shù)

在對(duì)于金屬有機(jī)物、揮發(fā)性金屬進(jìn)行測(cè)定的時(shí)候，GC-ICP-MS聯(lián)用技術(shù)可以把待分析物質(zhì)的基體以及不同的形態(tài)分開，且其分離的速度高于液相色譜。在GC-ICP-MS聯(lián)用技術(shù)中，如何保證被分析物從GC傳遞到ICP-MS的過(guò)程中為氣態(tài)，是GC-ICP-MS聯(lián)用技術(shù)中最大的難題。

3.3.3 HPLC-ICP-MS聯(lián)用技術(shù)

ICP-MS所具有的良好的元素選擇性以及高靈敏度，以及高效液相色譜所具有的分離效果好、分離速度快等優(yōu)勢(shì)，使得兩者在連用的過(guò)程中存在很大的潛在優(yōu)勢(shì)，尤其是HPLC對(duì)性質(zhì)相近的成分能夠有效的分離，所以HPLC-ICP-MS聯(lián)用技術(shù)多應(yīng)用于形態(tài)分析。HPLC-ICP-MS聯(lián)用技術(shù)作為一種分離的手段，其在無(wú)機(jī)成分檢測(cè)中的前景是很大的，但由于對(duì)于分離體系的研究還不深入，使得HPLC-ICP-MS距離常規(guī)分析還有很長(zhǎng)一段距離。克服基體效應(yīng)和質(zhì)譜的干擾、采用多級(jí)聯(lián)用技術(shù)作為其主要的研究方向，可持續(xù)擴(kuò)大元素的測(cè)定范圍[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

監(jiān)測(cè)的目的不同，對(duì)土壤環(huán)境檢測(cè)的分析方法也不同。土壤污染事故、污染土地的處理、形態(tài)分析等等采用不同的分析方法。土壤中元素含量的多樣化，濃度的跨度大，這就使得在對(duì)環(huán)境樣品的分析測(cè)定中，ICP-MS有著十分重要的地位和作用。在實(shí)際的問(wèn)題中，可通過(guò)測(cè)定的不同目的和需要，尋找合適的方法來(lái)對(duì)其進(jìn)行分析。

參考文獻(xiàn)

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