尚 宇

（陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站，陜西 西安，710054）

0 引言

隨著世界各國經(jīng)濟的增長，自然界儲存的資源，如煤、石油等各種礦藏被廣泛地開發(fā)和利用。由于人口密集的大城市和工礦區(qū)的建立，使大量化學(xué)物質(zhì)進入環(huán)境，超過了大自然的自凈能力，在環(huán)境中不斷積累，產(chǎn)生了危急人類生存的公害。隨著科學(xué)技術(shù)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，重金屬的污染也日益嚴重[1]。以各種化學(xué)狀態(tài)存在的重金屬易通過食物鏈而生物富集，進入生物體，嚴重威脅人類和生物體的健康安全。

ICP-MS，即電感耦合等離子體質(zhì)譜法（inductively coupled plasma mass spectrometry），是以電感耦合等離子體作為離子源，以質(zhì)譜進行檢測的無機多元素分析技術(shù)。其主要用途是進行化學(xué)元素分析檢測，特別是對重金屬元素分析最擅長，目前在環(huán)境監(jiān)測行業(yè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。它的優(yōu)點是：①多元素快速分析；②動態(tài)線性范圍寬；③檢測限低；④在大氣壓下進樣，便于與其他進樣技術(shù)連用；⑤可進行同位素分析、單元素和多元素分析，以及有機物中金屬元素的形態(tài)分析。

1 ICP-MS在大氣環(huán)境監(jiān)測中的研究進展

霧霾是空氣污染和氣象因素共同作用的結(jié)果，霧霾天氣發(fā)生時，大氣能見度下降，大氣中的顆粒物特別是細顆粒物（PM2.5）是導(dǎo)致能見度降低的主要因素[2]，城市大氣PM2.5污染影響空氣質(zhì)量，威脅人群健康，是具有區(qū)域性特征、危害嚴重的大氣污染物。

王秦等[3]采用ICP-MS分析北京市某城區(qū)PM2.5中36種元素總量并采用富集因子法分析元素污染特征。結(jié)果表明，與正常天氣相比，霧霾天氣發(fā)生時PM2.5和其中的27種元素濃度均升高，其中 As、Cr、Pb、Ti和 V 等重金屬是 PM2.5中的主要無機污染物。其中As、Cr和Pb等重金屬元素的增加主要與人類活動如汽車尾氣、化石燃料排放引起空氣污染有關(guān)。

陳曦等[4]采用ICP-MS與電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）分析北京某城區(qū)采集獲得的PM2.5樣品，對霧霾天氣PM2.5的污染來源進行解析，選定了6個主要污染源類型，分別為“工業(yè)粉塵與人為活動污染源”、“生物質(zhì)燃燒和建筑塵污染源”、“土壤及風沙揚塵源”、“化石燃料污染源”、“電子廢棄物污染源”和 “區(qū)域性遷移污染源”，其方差貢獻率分別為40.3%、27.0%、9.1%、4.9%、4.8%和4.6%。

焦姣等[5]采用ICP-MS和電感耦合等離子光譜儀（ICP-OES）對樣品中的17種元素含量進行測定，結(jié)果表明，除 Al、Ca、Co 外，其他與人類活動相關(guān)的各元素更容易富集于PM2.5上。Zn、As、Pb、Ca在PM10和PM2.5中極強富集，表明重慶市燃煤、城市交通、工業(yè)等污染嚴重。

刀請等[6]建立了大氣顆粒物PM2.5、PM10中六價鉻的離子色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜 （ICICP-MS）檢測方法。采用碳酸氫鈉溶液超聲提取大氣顆粒物樣品中的Cr（Ⅵ），并使用含有0.22 g/L乙二胺四乙酸二鈉鹽的75 mmol/L硝酸銨溶液（pH=7.0）淋洗液通過離子色譜柱（AG7，50 mm×4 mm）分離出樣品中的 Cr（Ⅵ），ICP-MS測定。 結(jié)果表明該方法靈敏、穩(wěn)定、可靠，能夠滿足大氣顆粒物中Cr（Ⅵ）的測定需要。

2 ICP-MS在水環(huán)境監(jiān)測中的研究進展

目前，雖然我國水資源總量多，但由于人口數(shù)量龐大，人均用水量低，而其中作為飲用水的水資源有限。工業(yè)廢水、生活污水和其他廢棄物進入江河湖海等水體，超過水體自凈能力所造成的污染，會導(dǎo)致水體的物理、化學(xué)、生物等方面特征的改變，從而影響到水的利用價值，危害人體健康或破壞生態(tài)環(huán)境，造成水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。重金屬元素是水環(huán)境中普遍存在的一類污染物，具有高穩(wěn)定性、可累積性以及不可降解性等特點。

馬小玲等[7]采用高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜（HR-ICP-MS）和地積累指數(shù)法（Igeo）對黃河甘肅、寧夏和內(nèi)蒙古自治區(qū)連續(xù)三段表層沉積物中重金屬（Cr、Pb、Cd、Cu、Zn 和 Ni）的空間分布和季節(jié)性波動（豐水期、枯水期和平水期）以及污染狀況進行系統(tǒng)研究分析。結(jié)果表明：內(nèi)蒙古段的重金屬含量以及生態(tài)風險最高，Cr、Cd和Cu是最具有潛在風險的三個元素；就研究季節(jié)而言，豐水期的重金屬含量和潛在風險高于枯水期和平水期。

高裕雯[8]應(yīng)用ICP-MS分析大氣降水中的痕量重金屬。通過大量實驗數(shù)據(jù)，說明該方法具有良好的精密度（RSD為0.4%～4.6%）和準確度。對影響實驗準確度和精密度的因素進行探討，總結(jié)了ICP-MS在痕量重金屬分析方面的優(yōu)勢。

左航等[9]由ICP-MS測量黃河上游地區(qū)水樣中 As、Cd、Cr、Co、Cu、Mn、Ni、Pb 和 Zn 的含量，并確定黃河上游水體中重金屬分布特征和重金屬污染指數(shù)。結(jié)果顯示：Cr、Mn、Pb和Cu含量高于標準，黃河研究流域水體重金屬含量及HPI顯示平水期重金屬污染程度較枯水期高，可能與季節(jié)性生產(chǎn)及降水變化有關(guān)。

于靖等[10]采用ICP/MS分析了金礦開采區(qū)河道水體樣品，結(jié)果表明水體中Cu、Zn、As主要以溶解態(tài)存在，Pb、Cr、Cd以顆粒態(tài)為主。水體中重金屬元素形態(tài)分布主要受點源污染排放影響。結(jié)合地累積指數(shù)和潛在生態(tài)風險指數(shù)分析，Cd和Cu為主要的風險元素。

母清林等[11]建立了一種在線進樣技術(shù)，包括在線稀釋和在線預(yù)濃縮兩種模式，ICP-MS直接測定海水中 Cr、Mo、Cu、Pb、Zn、Cd、Fe、Mn、Ni、V、Co等11種痕量重金屬的分析方法。此方法可自動稀釋制作標準曲線，自動基體匹配，通過在線稀釋及在線預(yù)濃縮兩種模式，直接分析海水中11種痕量重金屬。

王樊等[12]建立了TiO2涂覆中空纖維膜微型化固相萃取-電熱蒸發(fā)（ETV）-電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）聯(lián)用測定環(huán)境水樣中痕量重金屬的新方法。該法被成功應(yīng)用于標準水樣、東湖水和雪水中 Cr（Ⅲ）、Cu（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）和 Pb（Ⅱ）的分析。

3 ICP-MS在土壤環(huán)境監(jiān)測中的研究進展

近幾十年來，隨著工業(yè)化、城市化、農(nóng)業(yè)集約化快速發(fā)展和經(jīng)濟持續(xù)增長，資源開發(fā)和利用強度日增，人們生活方式迅速變化，大量未經(jīng)妥善處理的污水直接灌溉農(nóng)田、固體廢棄物任意丟棄或簡單填埋、廢棄尾氣長距離運輸與沉降、大量不合理的化肥農(nóng)藥的使用與殘留等，導(dǎo)致土壤資源受到污染和破壞，特別是重金屬污染。污染土壤的重 金屬 包括毒性 顯著 的 Cd、Pb、Hg、Cr、As等。這類污染范圍廣、持續(xù)時間長、污染隱蔽，無法被生物降解，將導(dǎo)致土壤退化，農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量下降，并污染地表水和地下水。

李承[13]建立了全自動石墨消解-ICP-MS法測定土壤中 Cu、Zn、Pb、Cd、Ni和 Cr六種重金屬元素的方法，具有良好的線性和較低的檢出限。由于整個消解過程由儀器完成，避免由于人員操作不當帶來的實驗誤差，具有較好的精密度和準確性，特別適合大批量樣品的分析。

沈繼翠[14]將土壤中的無機砷和砷化合物經(jīng)過提取分離后，通過HPLC-ICP-MS進行測試。本方法的檢出限為：砷甜菜堿+砷膽堿 （AsB+AsC）160 mg/kg，亞砷酸鹽（As（Ⅲ））80 mg/kg，二甲基砷酸（DMA）80 mg/kg，一甲 基砷酸 （MMA）800 mg/kg，砷酸鹽（As（Ⅴ）80 mg/kg。

李承[15]建立了微波消解ICP-MS同時測定土壤中 Cu、Zn、Pb、Cd、Ni和 Cr六種重金屬元素的方法，檢出限低，精密度和準確度良好，加標回收率較高，經(jīng)實際土樣測定，可以滿足土壤監(jiān)測要求。同時該方法具備可以實現(xiàn)一次進樣，同時分析六種元素的優(yōu)點，大大提高了分析效率，整個微波消解過程用酸量較少，對人的影響較小。

李茂億[16]使用ICP-MS法對中山市居民區(qū)、工業(yè)區(qū)、種植區(qū)農(nóng)田土壤中鉛含量進行了測定，并用單項污染指數(shù)和地質(zhì)累積指數(shù)法對農(nóng)田土壤鉛污染情況進行了評價。結(jié)果表明，所研究農(nóng)田土壤中的鉛均達到土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準。地質(zhì)累積指數(shù)法表明，所研究農(nóng)田土壤的鉛污染屬于無污染到偏中污染水平，工業(yè)區(qū)污染是中山市農(nóng)田土壤鉛的主要污染。

何小峰等[17]用微波消解-ICP-MS方法在農(nóng)林土壤監(jiān)測中的應(yīng)用，使用該法檢測土壤元素總量，從消解到檢測時間約4 h一個批次，可測多種元素且檢測結(jié)果具有高度的可靠性。

4 ICP-MS在固體廢物環(huán)境監(jiān)測中的研究進展

城市污泥是活性污泥法處理城市生活污水和工業(yè)污水產(chǎn)生的固體廢棄物。污泥富集了污水中大部分有機污染物和重金屬，具有有機物含量高、密度小、顆粒細、細菌量大等特點。污泥中的重金屬因其不可降解及毒性大的特點成為限制污泥資源化利用的最主要障礙。

王曉林[18]采用ICP-MS和原子吸收光譜儀重點研究了山東省城市污水廠污泥中重金屬Cu、Cd、Ni、Pb、Mn、Zn 和 Cr的污染特征，并對其做了潛在生態(tài)風險評價。結(jié)果表明：山東省城市污水處理廠污泥呈現(xiàn)高有機質(zhì)、高氮、高磷和高鉀的特點，具有較好的利用價值。

陳思楊等[19]采用BCR三步浸提法對污泥中鉛砷鎘 Pb、As、Cd的三種形態(tài)進行提取，以HNO3-HClO4進行全量消解，利用ICP-MS檢測Pb、As、Cd的全量和各形態(tài)的含量，為北京城市污泥的資源開發(fā)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明北京城市污泥中Pb和Cd含量比上世紀末明顯降低。

田冬梅等[20]選擇水、醋酸和不同極性的有機溶劑對污水處理廠的污泥進行浸提分離，采用ICP-MS測定了污泥中主要污染的重金屬元素各活性形態(tài)的含量，結(jié)果表明：城市污泥中重金屬的醋酸浸提態(tài)含量較高，水溶態(tài)含量較低，二者隨時間和溫度條件的變化呈一致的規(guī)律性，有機浸提態(tài)重金屬的含量與溶劑極性大小呈正相關(guān)性。

5 結(jié)論

重金屬污染是嚴重威脅人類和生物體的健康安全的環(huán)境污染源，ICP-MS具有靈敏度高、分析精度高、動態(tài)線性范圍寬、檢測限低等技術(shù)優(yōu)勢，是重金屬元素分析必不可少的關(guān)鍵技術(shù)，為環(huán)境監(jiān)測分析提供了強有力的保障。隨著ICPMS技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用范圍必將越來越廣泛，將會在環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮其更重要的作用。