陳 強(qiáng) 洪雄業(yè) 胡建坤

1.閩江學(xué)院 福建 福州 350108

2.福建省南平環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 福建 南平 353000

3.杭州譜育科技發(fā)展有限公司 浙江 杭州 310052

一、引言

重金屬前處理是指針對(duì)特定樣本進(jìn)行重金屬檢測(cè)的技術(shù)應(yīng)用與結(jié)果分析過程。[1]目前重金屬檢驗(yàn)已經(jīng)發(fā)展出物理類、化學(xué)類和生物類的多項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)，不同技術(shù)在檢測(cè)精度、檢測(cè)速度、樣本數(shù)量、成本控制等方面存在差異化特征，其適用范圍也因此不同。[2]ICP－MS技術(shù)全稱為電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，是一項(xiàng)化學(xué)性質(zhì)的重金屬檢測(cè)方式，能夠通過同位素稀釋法得到較好的檢測(cè)結(jié)果。[3]經(jīng)過約三十年的技術(shù)升級(jí)與實(shí)踐應(yīng)用，這一技術(shù)在材料分析、地質(zhì)勘探、環(huán)境檢測(cè)、食藥品監(jiān)督等方面均有廣泛的應(yīng)用，其檢測(cè)精度持續(xù)提升的同時(shí)成本也得到了進(jìn)一步控制，將成為痕量和超痕量元素分析的高端測(cè)試技術(shù)

二、重金屬檢測(cè)常用方法

重金屬檢測(cè)需要專業(yè)的儀器可可靠的技術(shù)，儀器主要影響檢測(cè)的便利型和結(jié)果有效性，而檢測(cè)技術(shù)是設(shè)備應(yīng)用與結(jié)果分析的核心內(nèi)容。[4]目前學(xué)界研究與日常工作中常用的重金屬檢測(cè)方法有可見分光光度法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法四項(xiàng)。

(一)技術(shù)原理與應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1、可見分光光度法

這一重金屬檢測(cè)方法主要使用紫外線這一工具向已添加顯色劑的樣本進(jìn)行照射，收集分析可見光范圍內(nèi)的特定波段吸收峰并對(duì)照不同金屬元素相應(yīng)數(shù)據(jù)，得到重金屬檢測(cè)分析結(jié)果。這一檢測(cè)法使用的儀器響應(yīng)值較低、成本可控且操作簡(jiǎn)便，在科研領(lǐng)域和實(shí)用領(lǐng)域都有較為廣泛的應(yīng)用。但是為避免樣本中存在多項(xiàng)能夠?qū)ψ贤饩€產(chǎn)生反應(yīng)并形成可見光反射干擾的元素，使用這一檢測(cè)方式時(shí)，使用顯色劑的同時(shí)還必須同時(shí)使用屏蔽劑。

2、原子吸收光譜法

原子吸收光譜法的技術(shù)原理是基于氣態(tài)的被測(cè)元素基態(tài)原子對(duì)其原子共振輻射的吸收進(jìn)行元素定量分析。從應(yīng)用現(xiàn)狀來看，此項(xiàng)技術(shù)在環(huán)境重金屬檢測(cè)中得到了較好的應(yīng)用，能夠精準(zhǔn)快速識(shí)別銅、鎳、鉛等重金屬元素，相對(duì)偏差水平已經(jīng)能夠控制在5%以內(nèi)，常用于含有痕量或者微量的重金屬元素樣品的檢測(cè)。[5]但是這一方法使用特制光源燈，每種重金屬檢測(cè)均需要更換光源燈，且只能就已知元素進(jìn)行定向分析檢測(cè)，對(duì)于難熔元素檢測(cè)的靈敏度也比較低。

3、原子熒光光譜法

這一檢測(cè)方法與原子吸收光譜法的檢測(cè)環(huán)境與條件基本一致，但其原理是測(cè)定樣本中重金屬元素在輻射影響下出現(xiàn)的熒光強(qiáng)度表現(xiàn)，其結(jié)果能直接反應(yīng)重金屬元素的類型與含量。在實(shí)際應(yīng)用中，這一方式相較于原子吸收光譜法的靈敏度更高、單次分析可測(cè)定多項(xiàng)重金屬、抗干擾能力也更強(qiáng)，是一種精準(zhǔn)快速開展環(huán)境重金屬測(cè)驗(yàn)的可行方式。

4、電感耦合等離子體質(zhì)譜法

這一檢測(cè)方法的原理是測(cè)定對(duì)象中原子或離子在光源中被激發(fā)產(chǎn)生特征輻射的強(qiáng)度而對(duì)重金屬濃度進(jìn)行判定，在檢測(cè)鈣、錳、鋅、鐵等重金屬元素方面效果顯著。ICP－MS技術(shù)對(duì)于實(shí)驗(yàn)器械精度依賴性較高，其設(shè)備由等離子體發(fā)生器、霧化系統(tǒng)、矩管、電子倍增管和四極桿質(zhì)譜儀等部分組成。[6]檢測(cè)原理是使用ICP作為離子源，通過在電感線圈上施加強(qiáng)大功率的高頻射頻信號(hào)而形成范圍性的等離子體，并使用氣體作用使得設(shè)備能夠持續(xù)保持等離子體的平衡和電離狀態(tài)。樣品被制成溶液后泵入形成氣溶膠并轉(zhuǎn)運(yùn)至等離子體焰炬中心區(qū)，在高溫電離作用下能夠形成正離子并輸送至質(zhì)譜儀進(jìn)行篩選和分析，最終得到金屬元素和強(qiáng)度的結(jié)果數(shù)據(jù)。

這一技術(shù)不僅可以單次完成多項(xiàng)重金屬的測(cè)定，還能單次完成大批量樣本的檢驗(yàn)，兼具進(jìn)度、速度和數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，尤其是相較于可見分光光度法精度更高。但是需要大量人工先行將受測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)溶液，限制了檢驗(yàn)效率提升。此外高基體的樣液極易造成干擾，也會(huì)對(duì)ICP－MS檢測(cè)設(shè)備造成極為嚴(yán)重的損耗，在操作中要重點(diǎn)識(shí)別與規(guī)避。

(二)對(duì)比分析

重金屬檢測(cè)研究發(fā)展至今已經(jīng)給形成了優(yōu)勢(shì)各異的多項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)，其中電感耦合等離子體質(zhì)技術(shù)即ICP－MS技術(shù)能夠同時(shí)對(duì)大批量的樣本進(jìn)行多元素、高精度的檢測(cè)，具有突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

三、ICP－MS技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

ICP－MS技術(shù)在三十余年的發(fā)展過程中不斷獲得升級(jí)與創(chuàng)新，并實(shí)現(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)室層面到工業(yè)實(shí)踐等方面的規(guī)模化運(yùn)用。ICP－MS技術(shù)作為一種能夠快速對(duì)數(shù)項(xiàng)樣品進(jìn)行多項(xiàng)重金屬元素分析的檢測(cè)技術(shù)，在材料分析、地質(zhì)勘探、環(huán)境檢測(cè)、食藥品監(jiān)督等方面均有廣泛的應(yīng)用，其中在食品重金屬檢測(cè)和環(huán)境重金屬檢測(cè)方面的優(yōu)勢(shì)尤其突出。

(一)食品檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

工業(yè)污染排放、生活垃圾堆疊、化肥農(nóng)藥濫用等問題的存在導(dǎo)致大量重金屬元素以不穩(wěn)定的狀態(tài)進(jìn)入大氣、水體和土壤中，主要涉及銅、鋁、水銀、鎘等重金屬元素。人類食用的食物主要分為植物性和動(dòng)物性兩大部分，其中植物性食物能夠直接從大氣、土壤中吸收重金屬元素，動(dòng)物性食物因生長于富含重金屬元素的環(huán)境中或食用含重金屬元素飼料而富集重金屬污染物。人類作為食物鏈頂端的生物，在生物富集效應(yīng)影響下會(huì)通過食物攝入大量對(duì)身體健康有害的重金屬元素，導(dǎo)致身體出現(xiàn)器官退化、功能衰竭、細(xì)胞病變等問題，嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量與生命長度。隨著生活水平提升，人們對(duì)重金屬的危害性了解水平持續(xù)提升，也有意規(guī)避重金屬污染對(duì)身體的傷害，食品領(lǐng)域的重金屬檢測(cè)需求持續(xù)擴(kuò)大。

目前，ICP－MS技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在食品重金屬檢測(cè)方面的應(yīng)用，其操作原理是將食品經(jīng)過硝酸和過氧化氫微波消化后放入ICP－MS電離檢測(cè)儀器中處理并收集質(zhì)譜結(jié)果數(shù)據(jù)，可以在1分鐘左右的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)Ag、Cd、Cs等至少28種重金屬元素的測(cè)度，具有分析速度快、可靠、穩(wěn)定的特點(diǎn)。

(二)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

環(huán)境檢測(cè)是一門發(fā)展歷史較為悠久的學(xué)科，檢測(cè)的內(nèi)容涵蓋氣候、地質(zhì)、水文、水體等眾多方面，其中重金屬檢測(cè)是一項(xiàng)重要的分支。近年來國內(nèi)部分區(qū)域因長期工業(yè)污染管制不當(dāng)導(dǎo)致水體污染、空氣污染等事件引起廣泛關(guān)注，政府政策也傾向于引導(dǎo)高污染經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式向環(huán)境友好型經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)型，重金屬檢測(cè)成為評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量的重要參考因素，其技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用與升級(jí)得到了大量支持。運(yùn)用ICP－MS技術(shù)對(duì)環(huán)境進(jìn)行重金屬檢測(cè)能夠單次大批量、精準(zhǔn)地測(cè)定多項(xiàng)重金屬元素，適應(yīng)區(qū)域性污染排查和污染治理成效管理等工作的開展，實(shí)踐中應(yīng)用較為廣泛。

(三)化妝品檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著生活水平提升，具有護(hù)膚、美白、補(bǔ)水、遮瑕、增色等不同功效的化妝品也逐漸走近人們的日常生活。但是在化妝品生產(chǎn)過程中，出于主動(dòng)添加鉛等重金屬增加美白效果或者原來選用或檢測(cè)不到位等因素，部分市售化妝品存在重金屬超標(biāo)問題。目前國內(nèi)已經(jīng)發(fā)布的《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》(2015年版)對(duì)化妝品中重金屬合格規(guī)范作出了詳細(xì)規(guī)定，禁用鉻、鉻酸及其鹽類，限用汞、砷、鉛、鎘等物質(zhì)。ICP－MS技術(shù)能夠以成本可控、批量處理、精準(zhǔn)分析的優(yōu)勢(shì)對(duì)化妝品中重金屬進(jìn)行定向檢測(cè)，且受干擾情況不突出，在化妝品重金屬檢測(cè)中有較為廣泛的應(yīng)用。

四、研究總結(jié)

總結(jié)來看，經(jīng)濟(jì)發(fā)展提升了人們的生活質(zhì)量，但是生產(chǎn)發(fā)展與人類活動(dòng)也造成大量重金屬元素污染，通過食品、環(huán)境等方式對(duì)人們的健康造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。科學(xué)技術(shù)發(fā)展是的重金屬檢測(cè)與規(guī)?；\(yùn)用獲得了重大突破，ICP－MS技術(shù)作為一種能夠快速對(duì)數(shù)項(xiàng)樣品進(jìn)行多項(xiàng)重金屬元素分析的檢測(cè)技術(shù)，在食品重金屬檢測(cè)、環(huán)境重金屬檢測(cè)和化妝品重金屬檢測(cè)等方面表現(xiàn)出了突出優(yōu)勢(shì)，也得到了廣泛的應(yīng)用。未來隨著相關(guān)學(xué)科研究進(jìn)一步深化，ICP－MS技術(shù)的技術(shù)路線將得到優(yōu)化，其在地質(zhì)科學(xué)、生物與醫(yī)學(xué)、食品安全等相關(guān)重金屬檢測(cè)領(lǐng)域還將發(fā)揮越來越重要的作用。