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(yīng)用研究.pdf

1、電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)是由上世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的具有高靈敏度和快速測(cè)定能力的多元素分析方法。巴恩斯曾預(yù)言21世紀(jì)是ICP-MS分析技術(shù)發(fā)展的黃金時(shí)代。經(jīng)過(guò)30多年的完善和發(fā)展，ICP-MS分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用到環(huán)境衛(wèi)生、醫(yī)藥制劑、石油化工、半導(dǎo)體工業(yè)、核工業(yè)、地質(zhì)調(diào)查、法醫(yī)鑒定等多個(gè)領(lǐng)域。ICP-MS在飲用水金屬元素分析中具有靈敏度高、檢測(cè)速度快、檢測(cè)限低等優(yōu)勢(shì)，因此，其在飲用水安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注。

2、r>　　由于國(guó)外ICP-MS技術(shù)對(duì)我國(guó)我軍實(shí)施技術(shù)封鎖，自主研發(fā)國(guó)產(chǎn)的ICP-MS技術(shù)，并應(yīng)用到部隊(duì)水質(zhì)檢測(cè)中，有助于及時(shí)預(yù)警，縮短水質(zhì)調(diào)查、監(jiān)測(cè)以及平、戰(zhàn)時(shí)水源選擇、飲水污染事件處理的過(guò)程，提升衛(wèi)生保障水平。本研究依托國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)分題（2011YQ14015009），按照計(jì)劃對(duì)進(jìn)口 ICP-MS在飲用水金屬元素檢測(cè)的中的應(yīng)用開(kāi)展相關(guān)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(cè)方法的建立，對(duì)其檢驗(yàn)效能進(jìn)行評(píng)價(jià)以及與

3、進(jìn)口儀器進(jìn)行比對(duì)分析奠定良好的基礎(chǔ)。
　　飲用水安全問(wèn)題關(guān)系到人們的身體健康以及社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。在過(guò)去的數(shù)十年間，關(guān)于飲用水中金屬元素的研究受到人們的關(guān)注。飲用水中金屬含量過(guò)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(duì)身體有害的，它們可能會(huì)通過(guò)食物鏈等方式進(jìn)入到人體中，給人類健康甚至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定帶來(lái)威脅。本研究應(yīng)用ICP-MS檢測(cè)技術(shù)

4、，與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、歐共體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)局（BCR）三步提取法等技術(shù)相結(jié)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(cè)方法，并開(kāi)展了一些地區(qū)的飲用水及其沉積物的安全評(píng)價(jià)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(cè)飲用水中多種金屬元素的方法。著重分析了ICP-MS技術(shù)的基本原理，并根據(jù)其原理探索檢測(cè)中存在的干擾及控制干擾的方法。最后，通過(guò)優(yōu)化儀器條件，建立ICP-MS檢測(cè)飲用水中多

5、種金屬元素的方法，包括樣品的預(yù)處理、標(biāo)準(zhǔn)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(píng)價(jià)了方法的準(zhǔn)確性，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)。
　　論文第二部分研究了我國(guó)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(yīng)用已建立的ICP-MS檢測(cè)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(duì)象，對(duì)兩地區(qū)的飲用水中金屬元素的分布狀況開(kāi)展相關(guān)研究。研究結(jié)果表明，兩個(gè)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(guó)國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(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(guān)性,這表明多數(shù)金屬元素可能具有共同的來(lái)源。
　　論文第三部分對(duì)青藏和內(nèi)蒙地區(qū)的飲用水中的金屬元素開(kāi)展健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究。使用ICP-MS方法檢測(cè)金屬元素的總量，結(jié)合美國(guó)環(huán)保署推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)

7、評(píng)價(jià)模型，分別對(duì)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(kāi)展健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)地區(qū)飲用水的健康風(fēng)險(xiǎn)值均超過(guò)了推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平，這說(shuō)明符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水仍可能對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦慕】翟斐梢欢ǖ耐{。另外，結(jié)果顯示，兩個(gè)地區(qū)的致癌風(fēng)險(xiǎn)水平明顯高于非致癌風(fēng)險(xiǎn)水平，Cr產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)占總健康風(fēng)險(xiǎn)的80％~90%，是兩個(gè)地區(qū)飲用水中的主要污染物，對(duì)人體健康威脅最大。通過(guò)對(duì)不同人群的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，總健康風(fēng)險(xiǎn)水平排序?yàn)椋簨胗?/p>

8、兒＞成年人＞青少年＞老年人。嬰幼兒為最敏感人群，應(yīng)給予高度關(guān)注。蒙特卡洛分析結(jié)果顯示，本研究中參數(shù)的不確定性不會(huì)影響對(duì)金屬污染預(yù)防與控制的決策，結(jié)果可信度較高，敏感性分析結(jié)果表明，飲水量和元素的濃度為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中最敏感的參數(shù)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值貢獻(xiàn)最大，且均表現(xiàn)出正敏感性。這提示我們，進(jìn)一步收集這兩個(gè)敏感參數(shù)的信息，以減少其不確定性，能增強(qiáng)研究結(jié)果的可靠性。
　　論文第四部分對(duì)密云水庫(kù)飲用水水源中的金屬元素的分布及形態(tài)特征開(kāi)展相關(guān)研究。應(yīng)

9、用建立的ICP-MS檢測(cè)方法，結(jié)合歐共體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)局（BCR）三步提取法，對(duì)水庫(kù)水及其沉積物中金屬元素的分布及形態(tài)特征開(kāi)展相關(guān)研究。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，密云水庫(kù)水中16種金屬元素的含量均符合國(guó)家飲用水和地表水標(biāo)準(zhǔn)（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(fēng)險(xiǎn)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(guò)了土壤背景值，說(shuō)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(guān)性，說(shuō)明這這些元素可能存在相同的來(lái)源或者地球化學(xué)性質(zhì)較為相近。而 Cd，Sb， Pb三種元素與其他元素均不相關(guān)，說(shuō)明這三種元素可能沒(méi)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(jié)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?jiān)鼞B(tài)含量最高，部分采樣點(diǎn)的As, Cd, Pb的形態(tài)中