陈 强 洪雄业 胡建坤

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一、引言

重金属前处理是指针对特定样本进行重金属检测的技术应用与结果分析过程。[1]目前重金属检验已经发展出物理类、化学类和生物类的多项检测技术，不同技术在检测精度、检测速度、样本数量、成本控制等方面存在差异化特征，其适用范围也因此不同。[2]ICP－MS技术全称为电感耦合等离子体质谱技术，是一项化学性质的重金属检测方式，能够通过同位素稀释法得到较好的检测结果。[3]经过约三十年的技术升级与实践应用，这一技术在材料分析、地质勘探、环境检测、食药品监督等方面均有广泛的应用，其检测精度持续提升的同时成本也得到了进一步控制，将成为痕量和超痕量元素分析的高端测试技术

二、重金属检测常用方法

重金属检测需要专业的仪器可可靠的技术，仪器主要影响检测的便利型和结果有效性，而检测技术是设备应用与结果分析的核心内容。[4]目前学界研究与日常工作中常用的重金属检测方法有可见分光光度法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法和电感耦合等离子体质谱法四项。

(一)技术原理与应用现状分析

1、可见分光光度法

这一重金属检测方法主要使用紫外线这一工具向已添加显色剂的样本进行照射，收集分析可见光范围内的特定波段吸收峰并对照不同金属元素相应数据，得到重金属检测分析结果。这一检测法使用的仪器响应值较低、成本可控且操作简便，在科研领域和实用领域都有较为广泛的应用。但是为避免样本中存在多项能够对紫外线产生反应并形成可见光反射干扰的元素，使用这一检测方式时，使用显色剂的同时还必须同时使用屏蔽剂。

2、原子吸收光谱法

原子吸收光谱法的技术原理是基于气态的被测元素基态原子对其原子共振辐射的吸收进行元素定量分析。从应用现状来看，此项技术在环境重金属检测中得到了较好的应用，能够精准快速识别铜、镍、铅等重金属元素，相对偏差水平已经能够控制在5%以内，常用于含有痕量或者微量的重金属元素样品的检测。[5]但是这一方法使用特制光源灯，每种重金属检测均需要更换光源灯，且只能就已知元素进行定向分析检测，对于难熔元素检测的灵敏度也比较低。

3、原子荧光光谱法

这一检测方法与原子吸收光谱法的检测环境与条件基本一致，但其原理是测定样本中重金属元素在辐射影响下出现的荧光强度表现，其结果能直接反应重金属元素的类型与含量。在实际应用中，这一方式相较于原子吸收光谱法的灵敏度更高、单次分析可测定多项重金属、抗干扰能力也更强，是一种精准快速开展环境重金属测验的可行方式。

4、电感耦合等离子体质谱法

这一检测方法的原理是测定对象中原子或离子在光源中被激发产生特征辐射的强度而对重金属浓度进行判定，在检测钙、锰、锌、铁等重金属元素方面效果显著。ICP－MS技术对于实验器械精度依赖性较高，其设备由等离子体发生器、雾化系统、矩管、电子倍增管和四极杆质谱仪等部分组成。[6]检测原理是使用ICP作为离子源，通过在电感线圈上施加强大功率的高频射频信号而形成范围性的等离子体，并使用气体作用使得设备能够持续保持等离子体的平衡和电离状态。样品被制成溶液后泵入形成气溶胶并转运至等离子体焰炬中心区，在高温电离作用下能够形成正离子并输送至质谱仪进行筛选和分析，最终得到金属元素和强度的结果数据。

这一技术不仅可以单次完成多项重金属的测定，还能单次完成大批量样本的检验，兼具进度、速度和数量优势，尤其是相较于可见分光光度法精度更高。但是需要大量人工先行将受测对象转化为标准溶液，限制了检验效率提升。此外高基体的样液极易造成干扰，也会对ICP－MS检测设备造成极为严重的损耗，在操作中要重点识别与规避。

(二)对比分析

重金属检测研究发展至今已经给形成了优势各异的多项检测技术，其中电感耦合等离子体质技术即ICP－MS技术能够同时对大批量的样本进行多元素、高精度的检测，具有突出的应用优势。

三、ICP－MS技术应用现状分析

ICP－MS技术在三十余年的发展过程中不断获得升级与创新，并实现了从实验室层面到工业实践等方面的规模化运用。ICP－MS技术作为一种能够快速对数项样品进行多项重金属元素分析的检测技术，在材料分析、地质勘探、环境检测、食药品监督等方面均有广泛的应用，其中在食品重金属检测和环境重金属检测方面的优势尤其突出。

(一)食品检测领域的应用

工业污染排放、生活垃圾堆叠、化肥农药滥用等问题的存在导致大量重金属元素以不稳定的状态进入大气、水体和土壤中，主要涉及铜、铝、水银、镉等重金属元素。人类食用的食物主要分为植物性和动物性两大部分，其中植物性食物能够直接从大气、土壤中吸收重金属元素，动物性食物因生长于富含重金属元素的环境中或食用含重金属元素饲料而富集重金属污染物。人类作为食物链顶端的生物，在生物富集效应影响下会通过食物摄入大量对身体健康有害的重金属元素，导致身体出现器官退化、功能衰竭、细胞病变等问题，严重影响人们的生活质量与生命长度。随着生活水平提升，人们对重金属的危害性了解水平持续提升，也有意规避重金属污染对身体的伤害，食品领域的重金属检测需求持续扩大。

目前，ICP－MS技术已经实现了在食品重金属检测方面的应用，其操作原理是将食品经过硝酸和过氧化氢微波消化后放入ICP－MS电离检测仪器中处理并收集质谱结果数据，可以在1分钟左右的时间内实现Ag、Cd、Cs等至少28种重金属元素的测度，具有分析速度快、可靠、稳定的特点。

(二)环境监测领域的应用

环境检测是一门发展历史较为悠久的学科，检测的内容涵盖气候、地质、水文、水体等众多方面，其中重金属检测是一项重要的分支。近年来国内部分区域因长期工业污染管制不当导致水体污染、空气污染等事件引起广泛关注，政府政策也倾向于引导高污染经济发展模式向环境友好型经济发展方式转型，重金属检测成为评价环境质量的重要参考因素，其技术的研发、应用与升级得到了大量支持。运用ICP－MS技术对环境进行重金属检测能够单次大批量、精准地测定多项重金属元素，适应区域性污染排查和污染治理成效管理等工作的开展，实践中应用较为广泛。

(三)化妆品检测领域的应用

随着生活水平提升，具有护肤、美白、补水、遮瑕、增色等不同功效的化妆品也逐渐走近人们的日常生活。但是在化妆品生产过程中，出于主动添加铅等重金属增加美白效果或者原来选用或检测不到位等因素，部分市售化妆品存在重金属超标问题。目前国内已经发布的《化妆品安全技术规范》(2015年版)对化妆品中重金属合格规范作出了详细规定，禁用铬、铬酸及其盐类，限用汞、砷、铅、镉等物质。ICP－MS技术能够以成本可控、批量处理、精准分析的优势对化妆品中重金属进行定向检测，且受干扰情况不突出，在化妆品重金属检测中有较为广泛的应用。

四、研究总结

总结来看，经济发展提升了人们的生活质量，但是生产发展与人类活动也造成大量重金属元素污染，通过食品、环境等方式对人们的健康造成了严重的负面影响。科学技术发展是的重金属检测与规模化运用获得了重大突破，ICP－MS技术作为一种能够快速对数项样品进行多项重金属元素分析的检测技术，在食品重金属检测、环境重金属检测和化妆品重金属检测等方面表现出了突出优势，也得到了广泛的应用。未来随着相关学科研究进一步深化，ICP－MS技术的技术路线将得到优化，其在地质科学、生物与医学、食品安全等相关重金属检测领域还将发挥越来越重要的作用。