洞察｜ICP-MS的应用

感应耦合等离子体质谱法（ICP-MS）是一种特殊的质谱技术，自20世纪80年代初首次被报道以来，已经在广泛的应用中得到了广泛的应用[1]。

像所有的质谱技术一样，它依赖于样品的电离，然后是样品碎片的分离和检测。根据对样品碎片的分析，可以确定样品的身份。

与其他质谱技术相比，ICP-MS的独特之处主要在于用于电离的方法，即使用电感耦合等离子体源进行轰击。与其他需要真空条件才能成功电离的样品电离方法相比，使用等离子体的电离是在环境压力下进行的[3]。

这一关键的区别使其具有许多操作上的优势，包括连续监测样品的能力（因为不需要真空压力），这可以提供关于样品成分如何随时间变化的重要信息[4]。此外，像其他基于质谱的方法一样，可以轻易实现极高的灵敏度（通常是十亿分之一或更低）[5]。

ICP-MS的显著挑战包括应用的实际问题，如需要昂贵的仪器和训练有素的实验室技术人员来操作该设备。这些要求阻碍了便携式ICP-MS设备的发展，从而限制了现场采样和分析。然而，如果在现场采样，然后将样品运到实验室进行分析，许多复杂的系统仍然可以用ICP-MS进行分析。

此外，ICP-MS中潜在的不希望出现的光谱干扰仍然是一个重大的挑战，主要是由于多原子物种和其他与目标分析物共析的物种[6]。尽管如此，系统的高灵敏度和对广泛的分析物进行采样的能力使ICP-MS在一系列应用中大受欢迎，下面将详细回顾几个例子。

3.1、应用1：ICP-MS用于固态分析 [7]

激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱法（LA-ICP-MS）将ICP-MS与激光烧蚀相结合，将固体样品转化为粉末，用于ICP-MS分析。

这项技术明显地扩大了ICP-MS可以分析的样品范围，包括非挥发性物质。LA-ICP-MS的效用已经在各种固态分析工作中得到证明，包括表面分析。

由Currie等人报告的一个例子表明，LA-ICP-MS可以用来测量经过含硼防腐剂处理的木板中的硼浓度，说明固体木材样品的激光烧蚀直接使大量穿透深度的硼得到量化[8]。

在一个相关的案例中，研究人员发现LA-ICP-MS分析允许对来自已知铀矿区的橡树环中的铀进行量化，使用激光烧蚀从树的表面以及相当深的地方获得样品[9]。

值得注意的是，现场特定的表面分析使研究人员能够识别橡树样本中存在的异质性，如果没有进行定向激光烧蚀的能力，是很难识别的。其他使用LA-ICP-MS的树木分析揭示了铅和铅同位素的存在[10,11]，以及硫、磷和钾[12]。

与其他用于检测树木和木制品中的金属离子的方法相比，LA-ICP-MS的关键优势在于能够在高位置精度下进行采样。这提供了使用其他方法不容易获得的特定位置信息[13]。

3.2、应用2：ICP-MS在医疗方面的应用

ICP-MS在各种医疗应用中具有显著的效用，特别是在医疗诊断、生物医学成像和治疗方法的质量控制方面。在这一应用中，ICP-MS的关键优势包括它能以极高的灵敏度识别成分，即使在复杂的环境中，如人体中发现的成分。

在兽医诊断医学的一个耐人寻味的应用中，研究人员使用ICP-MS分析动物的干血斑，并准确地确定哪些动物遭受了有毒金属暴露[14]。

这种方法的优点包括所需的血量极少（50 μL），可以获得一系列金属污染物的高度敏感结果，包括砷、镉、汞和铅。相比之下，其他方法已经报道了类似的检测限（1.5-~3.7 μg/L，取决于金属污染物），但需要明显更多的血量来获得准确的结果。

由于动物的总血量不多，所以难以取得或无法获得更大的血量。

使用ICP-MS的生物医学成像已经被广泛用于各种场合，激光烧蚀法（见上文）能够提供关于固体肿瘤成分的空间分辨率信息[15]。

此外，使用ICP-MS在细胞内成像也有报道。在一个例子中，研究人员发现LA-ICP-MS提供了足够的信息来测量乳腺癌细胞表面的受体表达，甚至可以使用高分辨率成像结合LA-ICP-MS技术测量单细胞的受体表达[16]。

在生物医学环境中使用LA-ICP-MS所面临的挑战包括：激光烧蚀会导至非微不足道的样品降解和/或改变。使用ICP-MS进行生物医学成像而不使用激光烧蚀也有报道，但一般需要使用外源性药剂，如荧光探针[17]、纳米颗粒[18]和/或放射性标记材料[19]。

最后，药物的质量控制也受益于ICP-MS的使用，在分析非传统药物和补充性药物方面有特别的好处。

据报道，ICP-MS对质量控制工作大有裨益的一种情况是对10,000多个中药样品的综合分析。在这种情况下，研究人员确定许多药品中含有令人担忧的铅、砷、镉或汞的浓度[20]。有趣的是，研究人员能够使用ICP-MS来确定污染情况在传统药物的种植地[21]和中药产品的销售地之间有什么不同[22]。

3.3、应用3：ICP-MS用于环境监测

由于ICP-MS具有在极低浓度下检测许多分析物的能力，它对环境监测的应用具有显著的好。

例如，研究人员使用ICP-MS结合高效液相色谱法（HPLC）来检测受污染土壤样品中的铬[23]。这种方法提供了良好的检测限（0.2 μg/L），ICP-MS具有独特的能力，可以提供连续监测并确定铬在复杂样品中的移动。

在另一项环境监测研究中，研究人员报告说，ICP-MS被用来提供关于核设施周围铀污染的信息[24]。铀对健康的已知危害[25]，以及铀可以通过空气、水和土壤在环境中快速移动的事实[26]，使得这些研究很有价值。

3.4、应用4：ICP-MS在法医科学和执法中的应用

另一个从ICP-MS的使用中获益良多的应用是法医学和执法。ICP-MS已经被用来识别微量物质，确定死亡原因和识别犯罪分子。

枪击残留物通常使用ICP-MS检测[27]，它寻找包括铅、钡、锑和锡在内的无机物的存在，以确定**被射击[28]。在这种情况下使用ICP-MS的优势集中在ICP-MS能够同时测量多个物种，并从特定地点取样，以准确确定枪击的位置。

在另一个例子中，ICP-MS被用来确定一位老年妇女的死因，结果显示她死于犯罪者在一次杀人未遂中使用的自制子弹的铅中毒[29]。最后，LA-ICP-MS提供了以无与伦比的灵敏度分析指纹残留物的能力[30]，提供了关于指纹残留物化学成分的信息，促进了识别和逮捕罪犯的执法工作[31]。

总的来说，在广泛的应用中使用ICP-MS有明显的优势，这项技术提供了高灵敏度，可以在复杂的环境中检测各种分析物，包括金属物种，意味着它非常适合检测这些分析物。

此外，将ICP-MS与激光烧蚀技术相结合，极大地扩展了可以挥发和检测的样品范围。这种搭配提供了空间分辨率，可以测量生物环境和金属污染的树木的异质性，确定枪声的位置，便于识别犯罪分子，并对固态肿瘤进行成像，便于肿瘤切除手术。

虽然使用ICP-MS的缺点，包括操作成本高，仍然存在，但总的来说，这种技术极大地提高了一系列高影响力应用的分析化学能力。