電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)在飲用水金屬元素分析中的應用研究.pdf

1、電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)是由上世紀80年代發(fā)展起來的具有高靈敏度和快速測定能力的多元素分析方法。巴恩斯曾預言21世紀是ICP-MS分析技術發(fā)展的黃金時代。經(jīng)過30多年的完善和發(fā)展，ICP-MS分析技術已廣泛應用到環(huán)境衛(wèi)生、醫(yī)藥制劑、石油化工、半導體工業(yè)、核工業(yè)、地質(zhì)調(diào)查、法醫(yī)鑒定等多個領域。ICP-MS在飲用水金屬元素分析中具有靈敏度高、檢測速度快、檢測限低等優(yōu)勢，因此，其在飲用水安全評價中的應用越來越受到學術界的關注。

2、r>　　由于國外ICP-MS技術對我國我軍實施技術封鎖，自主研發(fā)國產(chǎn)的ICP-MS技術，并應用到部隊水質(zhì)檢測中，有助于及時預警，縮短水質(zhì)調(diào)查、監(jiān)測以及平、戰(zhàn)時水源選擇、飲水污染事件處理的過程，提升衛(wèi)生保障水平。本研究依托國家重大科學儀器設備開發(fā)專項分題（2011YQ14015009），按照計劃對進口 ICP-MS在飲用水金屬元素檢測的中的應用開展相關研究，積累一些本底數(shù)據(jù)，為下一步儀器研發(fā)成型后檢測方法的建立，對其檢驗效能進行評價以及與

3、進口儀器進行比對分析奠定良好的基礎。
　　飲用水安全問題關系到人們的身體健康以及社會的穩(wěn)定發(fā)展。在過去的數(shù)十年間，關于飲用水中金屬元素的研究受到人們的關注。飲用水中金屬含量過高或者缺乏均可能給人體健康造成影響。一些種類的金屬元素是人體所必需的，人體的攝入量在一定限值內(nèi)，有益于人們的身體健康。而一些金屬元素是對身體有害的，它們可能會通過食物鏈等方式進入到人體中，給人類健康甚至整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定帶來威脅。本研究應用ICP-MS檢測技術

4、，與健康風險評價、歐共體標準物質(zhì)局（BCR）三步提取法等技術相結合，建立飲用水及其沉積物中多種金屬元素定量分析及形態(tài)分析的檢測方法，并開展了一些地區(qū)的飲用水及其沉積物的安全評價研究。
　　本論文主要包含以下幾部分內(nèi)容：
　　論文第一部分建立了ICP-MS檢測飲用水中多種金屬元素的方法。著重分析了ICP-MS技術的基本原理，并根據(jù)其原理探索檢測中存在的干擾及控制干擾的方法。最后，通過優(yōu)化儀器條件，建立ICP-MS檢測飲用水中多

5、種金屬元素的方法，包括樣品的預處理、標準曲線的選擇和配制、儀器方法的建立及數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容，評價了方法的準確性，為后續(xù)的實驗研究奠定基礎。
　　論文第二部分研究了我國青藏和內(nèi)蒙古邊境地區(qū)飲用水中金屬元素的分布規(guī)律。應用已建立的ICP-MS檢測方法，選取青藏地區(qū)和內(nèi)蒙地區(qū)不同類型的飲用水水源作為研究對象，對兩地區(qū)的飲用水中金屬元素的分布狀況開展相關研究。研究結果表明，兩個地區(qū)多數(shù)飲用水樣品中16種金屬元素（Cr, Mn, Ni, Cu

6、, Zn, As, Cd, Sb, Ba, Pb, Co, Be, V, Ti, Tl, Al）的濃度均符合我國國家水質(zhì)標準(GB5749-2006,GB3838-2002),兩地區(qū)金屬元素的分布狀況存在一定的差異。大多數(shù)元素之間的存在明顯的正相關性,這表明多數(shù)金屬元素可能具有共同的來源。
　　論文第三部分對青藏和內(nèi)蒙地區(qū)的飲用水中的金屬元素開展健康風險評價研究。使用ICP-MS方法檢測金屬元素的總量，結合美國環(huán)保署推薦的健康風險

7、評價模型，分別對青藏地區(qū)和內(nèi)蒙地區(qū)的飲用水中的致癌金屬與非致癌金屬開展健康風險評價研究。結果發(fā)現(xiàn)，兩個地區(qū)飲用水的健康風險值均超過了推薦的最大可接受風險水平，這說明符合國家標準的飲用水仍可能對當?shù)鼐用竦慕】翟斐梢欢ǖ耐{。另外，結果顯示，兩個地區(qū)的致癌風險水平明顯高于非致癌風險水平，Cr產(chǎn)生的健康風險占總健康風險的80％~90%，是兩個地區(qū)飲用水中的主要污染物，對人體健康威脅最大。通過對不同人群的研究結果發(fā)現(xiàn)，總健康風險水平排序為：嬰幼

8、兒＞成年人＞青少年＞老年人。嬰幼兒為最敏感人群，應給予高度關注。蒙特卡洛分析結果顯示，本研究中參數(shù)的不確定性不會影響對金屬污染預防與控制的決策，結果可信度較高，敏感性分析結果表明，飲水量和元素的濃度為風險評價模型中最敏感的參數(shù)，對風險值貢獻最大，且均表現(xiàn)出正敏感性。這提示我們，進一步收集這兩個敏感參數(shù)的信息，以減少其不確定性，能增強研究結果的可靠性。
　　論文第四部分對密云水庫飲用水水源中的金屬元素的分布及形態(tài)特征開展相關研究。應

9、用建立的ICP-MS檢測方法，結合歐共體標準物質(zhì)局（BCR）三步提取法，對水庫水及其沉積物中金屬元素的分布及形態(tài)特征開展相關研究。研究結果發(fā)現(xiàn)，密云水庫水中16種金屬元素的含量均符合國家飲用水和地表水標準（GB5749-2006，GB3838-2002），各元素的含量均明顯低于青藏和內(nèi)蒙地區(qū)，金屬污染產(chǎn)生的健康風險較低。土壤沉積物中金屬元素總量與北京地區(qū)土壤背景值相比，除Pb元素外，其他金屬元素的含量均明顯超過了土壤背景值，說明這些元素

10、在沉積物中呈現(xiàn)積累性，部分地區(qū)存在Cr污染。土壤沉積物中As，Ni， Sn，Bi四種元素之間以及Cr，V，Ni，Cu，Co五種元素之間存在顯著正相關性，說明這這些元素可能存在相同的來源或者地球化學性質(zhì)較為相近。而 Cd，Sb， Pb三種元素與其他元素均不相關，說明這三種元素可能沒有相同的外源匯入和人為干擾。沉積物中金屬元素形態(tài)分析結果顯示，大多數(shù)金屬元素均表現(xiàn)為酸可提取態(tài)含量最低，殘渣態(tài)含量最高，部分采樣點的As, Cd, Pb的形態(tài)中