电感耦合等离子体质谱分析法

】电感耦合等离子体质谱分析法（ICP-MS）是二十世纪八十年代发展起来的一种元素分析技术，从1980年发表第一篇里程碑文章，至今已有27年。目前，ICP-MS法成为公认的最强有力的痕量元素和同位素分析技术，应用范围广泛。ICP-MS的分析特点包括：灵敏度高、极低的检出限(10-15～10-12量级)、极宽的线性动态范围（8～9个数量级）、谱线简单、干扰少、分析速度快、可提供同位素信息等。但对于电离电位高的元素（诸如As、Se、Hg等）灵敏度低。在原子光谱分析法中，提高检测灵敏度的方法很多，其中最常用的包括化学蒸气发生（CVG）进样。它是利用待测元素在某些条件下能形成挥发性元素或化合物的特点，将待测物以气态的形式从样品溶液中分离出来，然后进行测定的一种进样方法。本文利用CVG-ICP-MS测定了水样中的汞。在众多的蒸气发生体系中，本文选择冷蒸气发生与ICP-MS联用。所生成的产物为气态汞或其化合物，经过气液分离后导入到ICP-MS中进行测定。本文选择了SnCl2、KBH4、VisPhoto-HCOOH、UVphoto-HCOOH四种化学蒸气发生体系测汞，并就灵敏度、检出限、和抗干扰能力对几种体系进行了比较，同时还与常规ICP-MS进行了比较。首先，优化了ICP-MS的工作参数以及各试剂浓度，并且在最佳条件下测定了校正曲线，计算了检出限和灵敏度。结果发现，最灵敏的方法是使用KBH4为还原剂的化学蒸发生体系，其灵敏度为2.5×105Lμg-1，这表明KBH4的还原能力是最强的。SnCl2、VisPhoto-HCOOH、UVphoto-HCOOH三个体系的检出限接近，分别为0.002，0.001，0.003μgL-1；但KBH4体系的检出限要差一些，为0.01μgL-1。这主要是由于KBH4体系有大量的H2生成，使等离子炬不稳定，引起信号波动造成的。最稳定的方法是常规ICP-MS，虽然灵敏度比KBH4化学蒸发生法小得多，但检出限与KBH4体系接近，为0.05μgL-1。无论如何，蒸气发生技术的引入，使汞的检出限得到了不同程度的改善，同时提高了抗基体干扰的能力。实验发现，使用SnCl2和可见光诱导的HCOOH为还原剂的蒸气发生体系的稳定性比使用KBH4和紫外光诱导的HCOOH为还原剂的蒸气发生体系要好。紫外光诱导的HCOOH比可见光诱导的HCOOH还原能力强，因而UV-CVG体系更灵敏，但螺旋形反应管的引入，降低了信号的稳定性，因此检出限较可见光诱导的HCOOH体系没有改善。实验还发现，使用KBH4和SnCl2为还原剂的蒸气发生体系比使用HCOOH为还原剂的蒸气发生体系或常规气动雾化法的记忆效应更严重，需要更长的清洗时间，这可能与进样系统的设计有关。然后，考察了过渡金属离子Fe3+、Co2+、Ni2+、Cu2+以及Zn2+、Pb2+对各化学蒸气发生体系的干扰情况。结果表明，当干扰离子浓度高达汞离子浓度1000倍时，对KBH4、SnCl2及光诱导HCOOH体系中汞的测定均不产生明显的干扰。为了验证该法的准确性和可靠性，在最佳的仪器工作条件和溶液条件下，测定了标准水样和2个模拟水样中汞的含量，分析结果与标准值吻合，模拟水样回收率在98-107％之间。通过综合比较，我们认为以HCOOH为还原剂的UVphoto-CVG-ICP-MS是测汞的较好方法，它检测能力强，是一种比较绿色、抗干扰能力强的分析方法。随着环境科学和生命科学的迅速发展，ICP-MS法在生物样品分析中获得了广泛的应用。此类样品元素含量低，样品量一般较少，需要高灵敏度的分析方法，与其它元素分析技术相比，ICP-MS优势明显。大熊猫是我国的国宝，目前仅分布在四川山区，在甘肃、陕西省也有少量分布。大熊猫食物结构单一，繁殖能力低下，随着人类生活区域的不断扩大，它们不得不向高海拔地区退缩，群体愈来愈小，生存繁衍更为困难。微量元素与大熊猫的生长繁殖是密切相关的。大熊猫微量元素的测定，对大熊猫的保育极其重要。大熊猫骨骼中微量元素的分析方法尚未见正式报道，本文用ICP-MS法等对熊猫骨骼样品进行了分析。本文测定了一例死亡的大熊猫肋骨样品中的微痕量元素，比较了湿法消解和微波消解两种消解方法。在优化的仪器条件下，绘制了As、Cd、Hg和Pb各元素校正曲线，计算了各元素的仪器和方法检出限。除了As元素以外，其它元素的检出限都比较低，这主要是由于样品制备中，使用了HClO4，而HClO4的使用会影响低含量As的测定。采用外标校准法，测定了样品中As、Cd、Hg和Pb的含量，并加标计算了回收率，测定值的相对标准偏差在1％-4％之间。采用微波消解法的回收率为94-105％，采用湿法消解的回收率为83-114％。Ca、Na、Mg、Cu、Al和Fe元素含量也用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-OES）进行了测定。为了进一步证实方法的准确性，我们还利用ICP-OES测定了样品中As的含量，利用氢化物原子荧光光谱法（HG-AFS）测定了As的形态。ICP-MS与ICP-OES法的测定值基本吻合。实验结果表明，两种消解方法没有显著性差异，但采用微波消解更省时，试剂耗量少，是一种更绿色的方法。利用ICP-MS法测定熊猫骨中微痕量元素操作简便、快速、准确。研究中草药中的微痕量元素是当代医药研究和生命科学中的一个重要课题，它对阐明传统药理、毒理及中药材质量有重要意义。药材的质量直接涉及到人体的健康与安全，因此有必要准确测定其中的有毒元素含量。中药成分复杂，微痕量元素含量低，因而对中药中微痕量元素的测定，灵敏度和选择性是选择测定方法的首要考虑。ICP-MS法由于优势明显在中药分析中的应用开始受到人们的重视，本文利用微波消解ICP-MS法对采自不同省份的27种中草药及中成药中的As、Cd、Hg、Pb进行了准确测定。采用聚类分析法对测定结果进行了聚类分析研究，结果表明，采自不同省份的中药这四种元素含量存在差异。本研究的成果为中药的质量控制和产地鉴别提供了基础。对农产品中药物残留以及添加剂用量检测是食品安全分析的重点之一。基于高效液相色谱-串联质谱联用技术的优势,其已成为食品安全检测中必不可少的组成部分。本文用蜂产品、奶粉作为研究对象,开发检测药物残留、添加剂使用量的高效液相色谱-串联质谱联用法,适用于样品快速痕量检测。具体内容如下：(1)综述了食品安全现状及相关检测技术的进展,充分认识到高效液相色谱-串联质谱联用技术在食品安全检测领域的应用前景。同时,对高效液相色谱-串联质谱联用技术及其在食品安全检测上的应用等进行介绍。(2)建立检测蜂蜜中氯霉素的内标定量法。优化相关参数,在电喷雾离子源负离子模式下进行多反应监测,分析时间为8min。在检测范围为0.10-20.00ng/mL内呈良好的线性关系,定量限为0.025μg/kg。(3)建立同时检测蜂蜜中6种抗生素(四环素类、磺胺类)残留的检测方法。优化相关参数,在ESI正离子模式下进行MRM反应,分析时间：20min。在10.00-200.00ng/mL的范围内,线性良好,定量限均为2.0μg/kg,相对较低。(4)建立检测奶粉中糖精钠添加量的HPLC-MS/MS法。优化相关参数,采用ESI正离子模式下进行MRM反应,分析时间：15min。在0.01～10.00mg/L的范围内,标准线性回归方程线性良好,检出限为0.05mg/kg,定量限0.1mg/kg。化学性食物中毒因子解析因其毒物的不确定性和基质的复杂性一直都是卫生检验领域的一个难题。本论文以常见的毒物和药物为研究对象,在建立其超高效液相色谱-飞行时间质谱(UPLC-TOF-MS)数据库的基础上,优化了适于典型中毒样本的前处理方法,初步形成了饮用水、尿液、血清中多种毒物药物筛查的样品处理技术,以期为化学性食物中毒事件处置提供方法借鉴。主要研究结果如下：1.采用UPLC-TOF-MS技术和Masslynx软件建立了常见毒物药物的质谱库,包括谱图数据库和精确质量数文本数据库,共包含1196种有毒有害物质(农药、药物、麻醉品等),结合Masslynx软件的检索和比对功能,可实现未知样品中目标化合物的鉴定。2.建立了饮用水中210种农药的在线固相萃取快速筛查方法。10mL经OasisHLBDirectConnectHP柱在线富集后再由UPLC-Q-TOF测定,利用已建成毒物质谱库进行数据分析。结果表明,194种目标农药(约92%)检出限(LOD)低于100ng/L,两个加标水平下,大部分农药(70%)的回收率在80%以上,相对标准偏差(RSD%,n=6)均小于30%。本方法适用于饮用水中多种农药的快速筛查。3.以133种典型毒物药物为代表,建立了尿液和血清中有毒有害化学物的广谱快速筛查方法。从检出限、基质效应、回收率和精密度四个方面对比了乙腈直接提取和QuEChERS净化法两种前处理方法的效果。结果显示QuEChERS方法对于125种目标化合物的回收率在80%以上,灵敏度和重现性较好,适于尿液和血清中有毒有害化学物的快速筛查。多溴联苯醚、多溴联苯、全氟辛基羧酸/磺酸、十氯酮和溴代二(口恶)英等属于斯德哥尔摩公约2009年新增列和潜在的持久性有机污染物,近年来受到环境研究者的广泛关注.其在环境中的残留特征、污染来源、演变趋势、迁移传输、生物累积和毒理效应方面的研究依赖于分析技术的发展.多溴联苯醚和多溴联苯与传统持久性有机污染物具有类似的理化性质,采样和分析测定过程同有机氯农药和多氯联苯相近,可使用索氏提取、自动索氏提取、超声萃取、微波辅助萃取、压力溶剂萃取等多种提取方法,酸洗、多层复合层析柱和凝胶渗透色谱是最常用的净化手段,分析时采用GC/MS-EI或GC/MS-NCI对指示性单体进行定性定量.由于环境背景中的残留很低,使用高分辨质谱和串联质谱可降低方法检出限.对于水环境和沉积物中的全氟烷基羧酸、磺酸及其盐,目前主要采用固相萃取HPLC/MS/MS测定.亲水亲油平衡的萃取柱对全氟辛基羧酸和磺酸有良好的回收,弱阴离子交换萃取柱对短链和长链全氟烷基羧酸和磺酸都有满意的回收.十氯酮有一定极性,采用含有丙酮的萃取体系具有较高的回收率,GC/ECD和GC/MS分析时对色谱系统的清洁性有较高的要求,否则容易导致色谱峰拖尾影响定性和定量.溴代二(口恶)英与二(口恶)英的分析技术路线类似,需要更严格的净化过程分离多溴联苯醚,并在分析时控制热脱溴.此外,方法的应用还依靠溴代二(口恶)英标准物质的完善本研究的主要目的是为食品安全检测建立高效分离的、高选择性和高灵敏度的多残留关键技术和确证方法。本文将先进的高效液相色谱-质谱联用技术应用于食品安全检测中,建立了四类有害物质残留量的一系列检测方法。这四类研究对象包括10种禁用染料、8种禁用兽药和2类有限量规定的兽药,都是食品安全检测中重点关注的物质。建立的所有方法均经确证并已应用于实际检测,解决了食品安全检测中的一系列技术难题。归纳出了一个应用高效液相色谱-质谱联用技术检测食品中有害物质方法开发的基本模型,为开发同类方法提供了理论指导和范例。同时对化合物分子在二级质谱内的碎裂方式和机理进行了初步理论探讨。提出了用高效液相色谱法(HPLC)同时测定食品中苏丹1-4号染料的方法,食品中的苏丹染料用正已烷提取,经中性氧化铝固相萃取柱净化后,用高效液相色谱分离,二极管阵列检测器检测定量,并根据可见光谱图的相似系数进行定性。提出了用HPLC-离子阱质谱联用法同时鉴定和分析食品中苏丹1-4号染料的方法。样品用甲醇超声提取15min,静置过滤后直接进行仪器检测。采用AgilentZorbaxXB-C18色谱柱,0.1%的乙酸溶液和乙腈(15：85,V／V)为流动相来分离四种染料。采用ESI离子阱质谱进行质谱检测,质谱条件根据被测物分子量采用智能模式选定。对二级质谱的碰撞能量进行了优化。分析了苏丹染料分子在质谱中的碎裂方式和机理,纠正了权威文献上关于苏丹4号分子结构及其谱图解析的错误。方法检出限可达lng/mL,线性范围为5～100ng/mL,加标回收率在85%-97%之间。本方法列为中华人民共和国检验