【行業(yè)新聞】ICP-MS元素分析在民生應用中譜寫華章
人類賴以生存的空氣、水、土壤、食品等因工業(yè)和生活發(fā)展而受到污染，相關的食品、環(huán)境、疾病相關的問題也不斷曝出。如含有無機元素汞的形態(tài)物甲基汞是一種劇毒神經毒素，60多年前在日本發(fā)生的駭人聽聞的“水俁事件”就是由甲基汞中毒造成的。在美國和我國部分省份等地也不斷發(fā)現(xiàn)甲基汞含量超標的水域。及時發(fā)現(xiàn)水體中甲基汞等重金屬污染對維護人類健康非常重要。能否快速、準確地判斷攝入的水、食品和藥品的安全是分析應用行業(yè)關注的問題。
無機元素分析在與人類生存與健康相關的領域以及生活的其他方面發(fā)揮著不可或缺的作用。石墨爐原子吸收光譜、火焰原子吸收光譜、氫化物發(fā)生原子吸收光譜、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）等方法都是無機元素分析的主要工具。隨著分析技術的發(fā)展與成熟，ICP-MS因其在檢出限、線性范圍、平均檢測成本方面有更大優(yōu)勢而逐漸成為無機分析實驗室的首選。日前，在安捷倫科技與清華大學分析測試中心聯(lián)合舉辦的“無機質譜創(chuàng)新技術專家研討會”上，來自國內各界的專家和學者，在學術交流和技術探索方面分享了他們的心得。
在復雜基質中尋求高靈敏度和低檢出限
基質干擾是元素分析應用中的一大難題，涉及食品、環(huán)境、生物樣本等復雜基體樣本相關的研究與應用常會碰到基質干擾帶來的數(shù)據(jù)結果影響。有效去除基質干擾是近些年分析技術發(fā)展的方向之一。光譜技術伴隨著應用需求不斷進步，隨著四極桿和串聯(lián)四極桿與ICP聯(lián)用技術的出現(xiàn)與發(fā)展，光譜技術在復雜基質中抗干擾的能力得到大大增強。
清華大學分析中心在研究分析儀器硬件創(chuàng)新的同時，也將聚焦點投向了儀器應用的新方法。分析中心研究員邢志介紹，中心的元素分析實驗室主要關注金屬元素及非金屬元素相關的科學研究與應用研究，分析工作包括通過總金屬元素溯源判斷霧霾成因和來源，通過檢測鎘元素快速識別“鎘大米”，以及通過鉻元素分析快速建立應對“毒膠囊”的應用方法等?！拔覀儾粌H做元素總量檢測，還包括元素價態(tài)和形態(tài)分析，以此來綜合判斷環(huán)境和食品的安全性?！毙现菊J為，如何把元素分析的靈敏度進一步提高并得到很好的應用是分析化學面臨的挑戰(zhàn)之一。“質譜技術越來越成熟，ICP-MS以及ICP-串聯(lián)質譜的出現(xiàn)給元素分析帶來了更準確的結果?！?他舉了一個研究中的例子，對生命科學研究中生物樣本磷元素的測定，傳統(tǒng)光譜技術很難精確定量，而采用ICP-串聯(lián)質譜技術則能夠達到10-9高靈敏度定量。安捷倫ICP--MS 8800已經在該實驗室運轉了數(shù)年，由于其在分析復雜基質時優(yōu)越的抗干擾能力，已成為該實驗室在復雜基質元素分析應用中的首選。
無機元素分析是北京市疾控中心的一項重要工作，該中心實驗室在光譜技術的應用方面不斷開發(fā)新方法?！芭c疾病相關的風險控制與預防是我們的首要職責，我們?yōu)榧部叵到y(tǒng)開發(fā)與人體健康相關的標準方法?！敝行膶嶒炇腋敝魅蝿Ⅺ惼颊f。原子吸收光譜、原子熒光光譜及ICP-MS是該實驗室進行新方法開發(fā)應用的重要工具。2006年頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）中的無機元素分析標準方法就是由該實驗室主持建立的。劉麗萍介紹說：“在該方法中我們新增了一些重金屬元素及修訂了部分無機元素的分析方法。砷的形態(tài)分析、甲基汞的標準方法當時都在安捷倫的液相色譜和ICP-MS平臺上進行方法開發(fā)?！痹搶嶒炇以诜治鰪碗s基質或關鍵的樣品時，總會優(yōu)先使用安捷倫ICP-MS，“這是因為它在抗基質干擾能力，之前的使用經驗告訴我們即使在復雜基質樣本中，它也能給我們帶來穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)結果?！?/p>
對于食品中元素分析，目前已經有一系列成熟的相應儀器和分析方法。中國計量科學研究院化學所副研究員韋超認為，雖然可選的方法很多，但在基質成分復雜、待測物形態(tài)多樣時，干擾物消除和待測物準確定量仍然具有一定難度。韋超所在中國計量科學研究院化學所食品安全室是以食品安全計量標準方法開發(fā)、標準物質研發(fā)為主的實驗室。食品中的元素分析是其標準物質及標準方法涉及的一個重要方面。該實驗室配備有多臺ICP-MS及安捷倫ICP-MS 8900。元素形態(tài)的檢測要求儀器能夠具有高靈敏度從而提供更低的檢出限，對于磷、硫元素，如果使用單四級桿其檢出限一般在ppb級。而串聯(lián)質譜可將其檢出限降低至0.1甚至0.01ppb的水平，使得低于0.1ppb的元素和形態(tài)都能得到很好的檢出效果。“安捷倫ICP-串聯(lián)四極桿的二級篩選以及mass-shift反應是當前ICP-MS的重要創(chuàng)新?！表f超說，這對提高標準物質的質量非常有幫助，從而將改善檢測機構、食品企業(yè)等實驗室的能力驗證、盲樣考核等實驗進程。
面對更低濃度挑戰(zhàn)，準確還原物質真實組成
ICP-MS的抗基質干擾能力不僅應用在食品和環(huán)境領域，生物基體中的元素分析也需要能夠消除機制干擾的高靈敏度分析平臺。中科院生態(tài)研究中心致力于環(huán)境生態(tài)研究，在化學污染物和生命必需元素在環(huán)境中的行為、環(huán)境污染控制、飲用水質凈化等諸多方面提供先進的方法和技術。近些年，該中心也逐漸在把重心從純粹的環(huán)境研究轉移到人體和環(huán)境相關的動態(tài)分析。該中心研究員胡立剛介紹，中心實驗室越來越多的研究任務涉及生物樣品，如蛋白質。研究人員開始更多地通過內暴露環(huán)境的外來元素分析來測定重金屬污染毒性級人體健康狀況。人體內暴露環(huán)境中的原來元素往往僅在痕量級水平，在生物組織中準確測定低濃度元素是傳統(tǒng)方法無法實現(xiàn)的挑戰(zhàn)，而針對復雜基質中痕量物質分析的串聯(lián)質譜就能夠有效地化解這一問題。該中心研究員胡立剛說，“最新的ICP-MS具有串聯(lián)質譜和可選擇的碰撞模式，這對實驗室分析中的消除機制干擾和準確定量低濃度元素很有幫助?！痹搶嶒炇以诓捎肐CP-MS測定基體內的金屬（S、Fe）蛋白時，能夠達到ppb級的檢出限。
稀土是我國重要戰(zhàn)略資源，有“工業(yè)維生素”之美譽。雖然其稀土看似與日常生活距離很遠，而事實上稀土與大眾生活息息相關。如高鐵軌道中就需要添加稀土以增強其機械性能和改善物理性能。稀土是材料行業(yè)中磁性材料、發(fā)光材料、鋼鐵冶煉的重要原料。稀土元素在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領域都得到了廣泛的應用。國家鎢與稀土產品質量監(jiān)督檢驗中心是國內稀土元素分析的權威機構，據(jù)了解，該中心每年要做5000個以上的稀土樣本。該中心檢測部副部長徐娜介紹，高純稀土中的雜質含量很低，如果想準確測出高純稀土中某一雜質含量，可能需要繁瑣復雜的分離純化過程?！按饲拔覀円恢痹趯ふ乙慌_能夠幫助我們去除基質干擾還原稀土雜質濃度的光譜分析儀器?！毙炷缺硎?，“此前采用單桿ICP-MS或其他分析方式測定氧化鋁中的釓(Gd)、鋱(Tb)竟會得到幾百甚至上萬個ppb，而這樣的結果并不是產品本身的含量，而是基體干擾帶來的。同樣的樣品在安捷倫ICP-MS 8800 的碰撞反應模式和選擇質量數(shù)控制技術下，得到釓(Gd)、鋱(Tb)等元素的濃度結果為ppb級，這才是可信的結果。安捷倫的ICP串聯(lián)質譜能夠有效去基質干擾，還原產品最真實的雜質情況，這是做礦物研究非常重要的技術特點，也是以稀土為原料的工業(yè)生產企業(yè)最為渴求的。”
常量、微量和痕量元素同時分析，5分鐘 = 2天
ICP-MS使中藥材和保健品檢測效率更上一層樓中藥材和保健食品是生活中除了食品和環(huán)境之外，大眾關注的另一個重要方面。上海市食品藥品檢驗所專門針對中藥材和保健食品開設了分析平臺。對于樣品中的元素分析，天然藥物和保健食品業(yè)務所主管夏晶說：“中藥中的元素分析涉及到常量、微量和痕量，檢測范圍要求很寬。而同時分析不同濃度級別的多種元素，若采用常規(guī)技術則只能得到很低的分析效率。”在該實驗室引進了安捷倫ICP-串聯(lián)質譜技術，在一次中藥分析中就可以得到不同含量級別幾十種元素的準確含量。中國藥典規(guī)定了黃芪中包括鉛、砷、汞、鉻、銅在內的有害元素的檢測。據(jù)夏晶介紹，按照含原子吸收、分光光度法等在內的常規(guī)技術，測定這五種重金屬元素需要兩天的時間。而采用安捷倫ICP-MS僅僅5分鐘就能得到滿意結果。“這種效率的提升對于我們這樣樣品量很大的實驗室來說，的確帶來不小的進程改善?！?/p>
在ICP-MS技術發(fā)展中，安捷倫科技從用戶角度出發(fā)，以解決貼近大眾生活的分析難題為切入點，從儀器技術和應用方法方面給不同領域的分析實驗室提供支持。Agilent 8800 三重四極桿 ICP-MS是世界首款ICP-串聯(lián)質譜，給元素分析實驗室提供了實現(xiàn)更高分析要求的可能。8900延續(xù)8800的 MS/MS 模式，對抗基質干擾帶來了前所未有的改變，即使樣品成分極為復雜多變，也均可得到一致、可靠的分析結果。根據(jù)樣品的復雜程度，ICP-MS經常要與液相等分離設備聯(lián)用，這就要求ICP-MS具有一定程度的耐鹽性。安捷倫8900 ICP-QQQ將耐鹽性提升至25%，即使與液相聯(lián)用也能保持穩(wěn)定的儀性能。
