ICPMS升级环境实验室

环境样品的检测标准越来越严格，从而对分析检测仪器提出了更好的要求，本文以美国布里奇波特Reliance水分析实验室为例，介绍了ICP-MS在环境样品中重金属检测方面起到的重要作用。

布里奇波特Reliance实验室，是美国维吉尼亚西部的一个水分析实验室，依照饮用水安全法规和其它一些水质法规进行饮水和废水检测。其服务对象涉及政府、商业机构等，包括水和废水的有效处理，废弃物的管理，地下水储存，工程和法规，垃圾掩埋，电镀，油气资源勘探，采矿，制造业和农业机构。他们有着30多年饮用水和废水的检测经验。

中心实验室最初利用原子吸收光谱作为分析手段，但是发现这种方法能够提供的检出限不能满足大部分金属含量几个ppb甚至汞零点几个ppb的检测要求。所以实验室转向了最新的ICP-MS分析技术。技术的转向、以实验室技术优势确立的需要，使得实验室在新方法的开发、人员培训上面临巨大的挑战。

Reliance实验室的仪器供应商PerkinElmer公司，通过提供ICP-MS技术应用现状、方法的开发、培训和技术支持等方式帮助他们克服困难战胜挑战。“PerkinElmer公司在我们的ICP-MS仪器使用初期给予了我们全力的帮助，保证了我们高样品量样品的测定，”比尔.克拉克，Reliance实验室的主管说。

早期，实验室用的是火焰原子吸收，但是由于水质分析检出限降低了，这门技术也就被淘汰了。实验室后来又转向了石墨炉原子吸收，以达到要求的检出限。随着需要的检出限进一步降低，即使是石墨炉也不能够满足部分金属，比如汞的测定要求了。“AA很好地为我们服务了很多年，但是很显然，为了满足最新法规的要求，达到几个ppb甚至零点几个ppb的检出限，我们必须转向ICP-MS，”克拉克说。

ICP-MS操作与仪器的选择

在氩气的高温等离子体里样品被分解离子化，不同元素的离子依据荷质比被质谱检测，这是ICP－MS基本的工作原理。在雾化器高压氩气的作用下，样品溶液被雾化形成气溶胶，气溶溶胶经过雾室沉积掉部分大的气溶胶颗粒，然后通过中心管进入到氩的高温等离子体，在等离子体的作用下样品被原子化、离子化。离子流通过一个很小锥孔进入真空系统，在真空中经过离子透镜聚焦然后进入到质量分析器中。在一个四极杆的质量分析器中，离子流经一个由四根分别加上特定电压的金属杆组成的特殊电场，电场根据特定的荷质比选择离子通过四极杆到达检测器。

“我们选择PerkinElmer 公司的ELAN9000 型ICP-MS 是因为它提供了很低的检出限和高样品通量，并且PerkinElmer公司给我们提供了全面支持与服务。”克拉克说。

ELAN9000提供了ppt级或者更低的检出限。仪器分辩率可调的功能使得用户可以针对单个质量数调节分辨率，降低质谱干扰，扩展检测范围，并且改善检出限。进样系统采用蠕动泵进样节省了样品的提取时间，非制冷雾室提供了高效的样品冲洗，最小化了样品间的冲洗时间。自动开关机功能使得仪器可以在操作人员到达实验室前开始工作，并且在无人看管的情况下完成测定任务。

方法开发

“PerkinElmer公司让他们的技术人员帮助我们设置仪器并且开始最初的运行，”克拉克说，“后来他们派来一个方法开发人员帮助我们使用这台仪器按照法定的方法进行测定。”这些方法都是建立在美国环保总署(EPA)方法200.8下测定锑、砷、钡、铍、铬、镉、汞、镍、硒、铊、铅和铜等的方法基础之上，包括开始的建立标准曲线、测定仪器的检出限、方法的检出限，还有质控样品的分析，确定分析结果的准确性等。

仪器分析前首先经过30分钟的预热，然后自动使用一个含有10ppb Be、Mg、Co、In、Pb的溶液进行性能检查，如果检查不通过，仪器会自动进行最佳化调谐，比如：自动进行质量校正（变化超过0.1amu时），分辨率检查（5%峰高处分辨率大于0.75amu）等。全部通过后，仪器再进入空白和标准溶液的测定，最后是分析样品中关心的元素浓度。仪器的冷启动到开始分析样品，包括预热总时间不到1h。开始运行后，内置的质量控制软件可以自动地确保样品的分析符合EPA的要求。由于不同元素可能存在着质量数相同的同位素，比如，Sn和Cd都有质量数为114的同位素，所以分析中可能产生同位素的干扰，这些影响分析的干扰仪器可以自动通过干扰校正方程进行扣除。这个校正是通过测定Sn另外一个同位素的强度，然后根据Sn天然同位素丰度比值换算Sn在114这个质量数上产生的强度，扣除它的干扰。分子离子干扰的扣除方式也采用相类似的方法。

培训与技术支持

Penley Miller，Reliance实验室的实验管理人员，在PerkinElmer的工厂进行了一个星期的培训课程。“培训课程包括了仪器的原理，仪器调节，方法开发，日常维护和常见问题的处理等，”Miller说，“每一天都是在操作仪器中渡过。一周的时间里，我在对仪器使用和帮助分析人员应对日常工作中可能碰到的问题方面收获很大。”PerkinElmer的ICP-MS培训课程由最基础的仪器原理开始，通过实验操作演练仪器参数的设置、优化和仪器的维护，建立不同的分析方法进行数据的采集。PerkinElmer公司建议用户在参加培训课程之前至少花一个月左右的时间熟悉仪器，并具备一定的软件实用经验。

克拉克说，Reliance实验室得到了对仪器最好的技术支持。“无论什么时候我们碰到问题，我们可以在1h左右的时间内通过电话得到帮助，如果我们需要工程师到现场他们一般可以在一到两天的时间内到达。他们的技术支持都具有丰富的经验，并且很热心的帮助我们。我们已经使用PerkinElmer公司的仪器相当长时间了，我们之间的合作非常愉快。”

检测能力提高100%

如果样品的混浊度低于1NTU，那么样品就不需要前处理。如果混浊度是1或者更高，那么就需要用到一些消解。ELAN9000 ICP-MS在20min内差不多可以分析8个样品中20种元素，这样可以获得比最快的原子吸收技术测定高两倍的样品测定能力。分析人员将结果输入到一个表格，然后他们可以自动的被转入到实验室信息管理系统（LIMS）。分析人员可以查看这些结果然后发送给审阅人进行审阅。

“毫无疑问ICP-MS是现在重金属检测技术的领导者，因为它能够很好地满足现有以及即将出台的法规中越来越低测定检出限的需要，”克拉克推断，“无论如何，转向ICP-MS对习惯使用传统原子吸收方法的实验室来说是一个挑战。PerkinElmer公司通过提供完善的培训和技术支持，帮助我们完成了一次无缝的由传统的AA向ICP-MS的转变。最终的结果是我们的实验室提高了自身的竞争地位，并且为自身的持续发展做好了定位。” 

“AA很好地为我们服务了很多年，但是很显然，为了满足最新法规的要求，达到几个ppb甚至零点几个ppb的检出限，我们必须转向ICP-MS。”

——比尔.克拉克，Reliance实验室的主管