质谱法在那环境分析中应用

原子质谱法与分子质谱法在环境分析中的应用主要内容1.概论2.目前应用情况3.环境分析中的应用举例4.结论5.参考文献1.概论质谱法：质谱法(massspectrometry)是通过对被测试样离子的质荷比进行测定的一种分析方法。被分析试样首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场中运动行为不同，把离子按质荷比(m/z)分离而得到质谱，通过试样的质谱和相关信息，可以得到试样定性定量结果。1.概论第一台质谱仪是英国科学家弗朗西斯·阿斯顿于1919年制成的。阿斯顿用这台装置发现了多种元素同位素，研究了53个非放射性元素，发现了天然存在的287种核素中的212种，第一次证明原子质量亏损。他为此荣获1922年诺贝尔化学奖。1.概论质谱法涉及学科范围和应用领域很广，基于研究对像、仪器结构、原理和技术、应用等不同，分类也不同。质谱法(massspectrometry)原子质谱法(atomicmassspectrometry)分子质谱法(molecularmassspectrometry)1.概论原子质谱和分子质谱在仪器结构上基本相似，都由离子源、质量分析器、检测器组成，两者只是离子源不同。进样系统离子源系统质量分析器检测器数据处理系统2.目前应用情况目前质谱法在世界各国都得到广泛应用，特别是它与色谱仪及计算机联用的方法，已广泛应用在有机化学、生化、药物代谢、临床、毒物学、农药测定、环境保护、石油化学、地球化学、食品化学、植物化学、宇宙化学和国防化学等领域。3.环境分析中的应用举例例一:微波消解／ICP-MS测定水系沉积物中的9种重金属元素本文采用不同的酸消解体系对样品进行消解处理，建立了ICP-MS同时测定九种金属元素的方法，并将该方法用于白洋淀沉积物的测定。白洋淀是中国海河平原上最大的湖泊，位于河北省中部。3.环境分析中的应用举例仪器：XSeriesⅡICP-MS电感耦合等离子体质谱(ThermoFisherScientific)MARSXpress微波消解仪(美国CEM公司)摩尔实验室超纯水器。试剂：70％HNO3，30％H2O2，40％HF，HCl(均为优级纯)；超纯水；3.环境分析中的应用举例试剂：Ni，Pb，Cr，Cd，Co，Mn，Zn，Sb（锑），Cu(1000mg·L-1)环境标准溶液(国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院)，使用前配成一定浓度梯度的多元素混标液；内标液选用(Ge，In，Bi的混标液；质控样为标准土样(ESS-1GSBZ50011-88，国家环境保护总局标准样品研究所)。3.环境分析中的应用举例样品的采集：在白洋淀内选取11个代表性点位，点位分布见下图。3.环境分析中的应用举例样品制备：采集表层样品，带回实验室后捡出碎石、沙砾及植物残体等杂质，放阴凉处自然风干。风干后的样品研磨，过120目尼龙筛。放于专用塑料自封袋内保存备用。3.环境分析中的应用举例样品的处理：准确称取0.15g左右经处理的样品于消解罐中，用少量水润湿后加入6mLHNO3，2mLH2O2和2mLHF混匀，放置预消解1h左右后放入微波消解仪内，按下表所设置的升温程序进行消解。3.环境分析中的应用举例消解完毕后赶酸、定容至50mL。稀释一定倍数后用ICP-MS测定(仪器的优化参数见下表)，用同样的方法制备并测定样品空白溶液。3.环境分析中的应用举例结果与讨论：ICP-Ms中最严重的干扰是光谱干扰，此外．基体干扰也是常见的干扰。为了消除干扰，本方法采用了内标元素校正作为减少干扰的手段．并选择有较少或没有干扰的同位索进行测定，并计算加标回收率，元素质量数和内标元素的选择见下表。3.环境分析中的应用举例3.环境分析中的应用举例结果表明，九种元素的线性相关系数都在3个9以上。按上所述方法制备空白溶液，平行连续测定11次，其平均值的3倍标准偏差对应的浓度值即为各元素的检出限，经测定结果在0.011～0.328微克/升。说明该方法具有较高的检出能力。3.环境分析中的应用举例之后按所述的方法处理和测定标准土壤样品(ESS-1GSBZ50011-88)，平行测定5次．测定结果见下表。3.环境分析中的应用举例可知相对标准偏差(RSD)在0.75％～5.73％；测定均值都在保证值范围内，相对偏差在0.068％～4.5％。说明样品在消解和测定的过程中准确度和精密度都比较高。均符合痕量分析要求。同时向样品溶液中加入一定量的标准溶液。测定并计算加标回收率，回收率在98％～100.73％，进一步说明了此方法准确可靠。3.环境分析中的应用举例用以上的方法对白洋淀水系沉积物中的九种元素进行测定．测定结果见下表。3.环境分析中的应用举例结果表明，电感耦合等离子体质谱测定这九种重金属元素，其准确度、精密度、检出限均满足监测分析要求，并且高效、快速，可用于大量样品的多元素的同时测定，同时内标元素的加入补偿了基体效应和信号偏移。用该方法对白洋淀水系沉积物进行测定，证明了本方法的可行性。3.环境分析中的应用举例例二：ICP-MS分析郑州市高新区PM2.5中的金属元素PM2.5为颗粒物中空气动力学当量直径小于2.5μm的部分，其比表面积较大，很容易富集多环芳烃(PAHs)、诱变剂、病菌等有毒有害物质以及重金属（如Pb、Ni、Cr、Cd、Sb（锑）、V（钒）、Mn）。3.环境分析中的应用举例仪器与试剂：美国TischTE-6070D大流量颗粒物采样仪德国Berghof公司MWS-3+微波消解仪美国Agilent7500cx电感耦合等离子质谱仪英国ELAGclassicDIMK2超纯水仪Eppendorf移液枪瑞士MettlerToledoXS205高精度天平安谱SCAA-103有机相针式滤器所有实验用到的器皿均用稀HNO3浸泡8～10h后使用，用电阻率≥18MΩ的超纯水冲洗3次备用。3.环境分析中的应用举例仪器参数如下：3.环境分析中的应用举例内标溶液：用ICP-MS内标混合液(100mg/L,ICP-MSpart#5118-6525)配制成50μg/L的Sc（钪）、Ge、Rh（铑）、In、Bi各种内标溶液，存于聚四氟乙烯瓶中在0℃冰箱中保存，分析时通过仪器在线加入所有的空白溶液、标准溶液和样品溶液。3.环境分析中的应用举例标准溶液：Ag、Al、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Sb、Se（硒）、Sr（锶）、V、Zn的标准溶液分为4个浓度梯度1.00μg/L、10.00μg/L、50.00μg/L和100.00μg/L。3.环境分析中的应用举例以相应的多元素标准溶液为储备液(10μg/L，IV-ICP-MS-71A)配置，以体积分数5％硝酸溶液为介质，逐级稀释，配成含20种元素的混合标准溶液并贮存于聚四氟乙烯瓶中。调谐液：ICP-MSpart#5185-5959调谐液。HNO3、HCL均为优级纯。3.环境分析中的应用举例采样点：采样点位于郑州大学新校区综合科研楼四楼平台。采样点高度为13m，采样口位置距平台地面约1.5m．郑州大学新校区位于郑州市高新区，周围开阔，无高大建筑物阻挡，因此，从该采样点取样可以用于评价郑州市高新区大气局部污染现状。3.环境分析中的应用举例样品采集：采样器为美国TischTE-6070D大流量颗粒物采样仪，流速1.13m3/min；采集大气颗粒物PM2.5样品的采样膜为美国PALL公司生产的石英滤膜(2500QAT-UP8×10)。同时用美国戴维斯气象站(DavisVantagePro2,US)记录气温、气压、湿度、风向、风速等天气条件。3.环境分析中的应用举例采样时间为2010年1月-2011年1月，每个季节采样14张，从上午9：00到次日上午8：30。将采样膜装入铝箔纸袋内，放在-20℃冰箱中保存。3.环境分析中的应用举例样品分析：用圆形铳子在采样膜上截取6片，将其剪碎于聚四氟乙烯消解罐中，加入15mL消解液(5.55％HNO3/16.75％HCL(体积分数，下同))，盖上防爆垫片和消解罐盖子，按一定的消解程序消解。3.环境分析中的应用举例消解完成后待消解罐冷却，添加15mL高纯水至每一个消解罐中，充分混匀，用注射器自消解罐中抽取部分样品通过0.45μmNylon材质微孔滤膜注入干净的15mL试管中保存，在最优化实验条件下用ICP-MS测定提取液中各元素的含量，同时，用空白滤膜做对照实验，用消解液做空白实验。3.环境分析中的应用举例实验选择的内标元素为：Sc、Ge、Rh（铑）、In、Bi，所有待测元素选用的内标系数为各内标元素校正系数的拟合值。半定量分析，确定了样品消解液用量为15mL，定容量为30mL。3.环境分析中的应用举例按照样品分析的全步骤，重复11次空白试验，将各测定结果换算为样品中的浓度，计算11次平行测定的标准偏差，计算方法检出限。测定下限为4倍检出限，经计算，该实验方法的检出限为0.003～1.172μg/L。3.环境分析中的应用举例在该文实验条件下，对样品溶液连续测定11次，计算各元素的相对标准偏差(RSD)。为了检验方法的准确度，选取大气颗粒物样品进行了加标回收试验，其分析结果见下表。3.环境分析中的应用举例3.环境分析中的应用举例可知，大气颗粒物PM2.5样品中各待测元素的加标回收率为80.9％～110.3％，相对标准偏差为0.65％～3.42％，表明该方法的准确度和精密度均较好。该方法测试精度高，检出限低，简便快速，为大气颗粒物中多元素同时测定的理想方法。3.环境分析中的应用举例例三：气相色谱-质谱法测定土壤中8种多氯联苯多氯联苯(PCBs)是典型的持久性有机污染物(Persistentorganicpollutants，简称POPs)，具有稳定的化学结构，在自然环境中很难降解，土壤是其在环境中重要的载体。3.环境分析中的应用举例其特性主要有:难降解性、生物蓄积性、生物毒性、远距离迁移性等。同时，多氯联苯对生态环境危害极大，可导致癌症、不孕、脑损伤及发育迟缓等。3.环境分析中的应用举例主要仪器与试剂：气相色谱/质谱联用仪GC-MS(VarianSaturn2100T)旋转蒸发仪(德国海尔道夫);氮吹浓缩仪(北京康林科技有限责任公司)3.环境分析中的应用举例二氯联苯15(PCB15)、三氯联苯28(PCB28)、四氯联苯52、81、77(PCB52、PCB81、PCB77)、五氯联苯101、103、105、114、118、123、126(PCB101、PCB103、PCB105、PCB114、PCB118、PCB123、PCB126)、六氯联苯138、153(PCB138、PCB153)3.环境分析中的应用举例七氯联苯156、157、167、169、180、189(PCB156、PCB157、PCB167、PCB169、PCB180、PCB189)、八氯联苯204(PCB204)，购于美国Accustandard公司。3.环境分析中的应用举例正已烷(CH3CH2CH2CH2CH2CH3)，农残级，美国天地公司。丙酮(CH3COCH3)，农残级，美国天地公司。氯化钠(NaCl):优级纯，上海试剂四厂，在450℃马弗炉中烘烤4h，冷却后装入磨口塞玻璃瓶内，置于干燥器中备用。3.环境分析中的应用举例无水硫酸钠(Na2SO4):优级纯，上海试剂四厂，在450℃马弗炉中烘烤4h，冷却后装入磨口具塞玻璃瓶内，置于干燥器中备用。样品前处理包括萃取和硫酸净化。3.环境分析中的应用举例萃取：称取10.00g土壤样品研磨，加入5.00g无水硫酸钠，混匀，用滤纸包好后，放置索氏提取器。加10μl的5.0μg/mL替代物(PCB103、PCB204的混合溶液)，加入100ml正己烷/丙酮混合液作溶剂(体积比为1∶1)，索氏提取4h。将提取液旋转蒸发浓缩至约10mL左右时，再加入10mL正己烷用以交换溶剂，继续浓缩体积至10mL。3.环境分析中的应用举例硫酸净化：上述浓缩液中加入2mL的浓硫酸