侯贤灯，江桂斌等：原子光谱分析前沿

栏目：基础教育时间：2023-01-31

　　原子光谱分析法包括原子吸收光谱分析法、原子发射光谱分析法、原子荧光光谱分析法和无机质谱分析法，至今仍然是痕量元素分析最常用和最准确的方法，几十年来其商品仪器更是蓬勃发展，在各行各业获得广泛应用。

　　20世纪50年代出现的原子吸收光谱分析法特别是其后的石墨炉原子化（现在统称为电热原子化）技术，使原子吸收光谱定量分析研究活跃了近 40 年；60 年代，电感耦合等离子体原子发射光谱分析法的出现，特别是 80 年代电感耦合等离子体质谱分析法的提出，由于多元素同时检测与高灵敏度的显著优势，原子吸收光谱分析的应用领域逐渐被电感耦合等离子体技术占领；但同时期，与原子吸收光谱分析法相关联的氢化物发生原子荧光光谱分析法以其独特的性能和廉价的优势在国内获得长足发展；虽然可氢化物发生的元素数目有限，但这些元素是地质、环境和食品分析中经常需要测定的元素，氢化物发生原子荧光光谱分析法分析这些元素具有独特的优势，因此得以迅猛发展，至今生机勃勃。

　　如今，各种原子光谱分析技术在元素定性定量分析、形态分析、成像分析等方面都获得了广泛应用，特别是激光光源的应用、同位素标记和溯源等技术使原子光谱分析法在食品分析、环境监测、生物分析、组学研究等应用领域得到不断拓宽。

　　半个世纪以来，我国原子光谱分析工作者不断努力，不仅使原子光谱分析和原子质谱技术在国内取得巨大成功，助力我国工农业建设和经济发展，还将继续为改善环境、确保食品安全发挥不可替代的作用。在原子光谱分析科研工作方面，我国科学家在国际舞台发挥着越来越重要的作用。

　　为系统总结我国原子光谱分析相关领域近几年来的研究进展，也便于国内同行交流，经“第六届全国原子光谱及相关技术学术会议”组委会讨论，认为编辑出版《原子光谱分析前沿》有利于促进和推动我国原子光谱分析的发展。

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　　本书集结了众多对原子光谱分析研究和应用最有热情的杰出同行参与撰写，内容涵盖从样品前处理到进样技术、仪器部件和仪器、机理研究、组学分析、同位素分析、环境分析、生物分析、食品分析和地质样品分析等。激光、纳米材料、微流控芯片、元素标记、微等离子体等技术的引入，激发了原子光谱分析研究新动力。

　　本书分为三大部分：方法基础与仪器装置；进样与联用技术；分析应用。

　　方法基础与仪器装置

　　在方法基础与仪器装置研究方面，我国学者首创钯化学改进剂（即原来的基体改进剂，现统称化学改进剂），为消除电热原子吸收光谱分析中的基体效应提供了通用的化学改进剂并建立了相应的原子化模型，获得国际同行的高度认可，在实践中得到了广泛应用；激光电离质谱法可直接分析固体样品，实现无标样定量分析；在减少和消除多接收电感耦合等离子体质谱分析（multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometry，MC-ICP-MS）中质量分馏对绝对同位素比值测量的影响方面，近年来发展的质量偏倚校正模型，提高了绝对同位素比值测量的精准度，并已有测量结果获得 IUPAC 认可；利用生物分子的内源性元素和外源性元素的选择性标记技术，以元素为桥梁并实现信号放大，将 ICP-MS 用于定量生物分析方面，获得重要成果；近年来，微等离子体在原子光谱/原子质谱分析中的应用方兴未艾，特别是介质阻挡放电（dielectric barrier discharge，DBD）等离子体和辉光放电（glowdischarge，GD）等离子体在原子光谱分析中的应用；常压微等离子体和电热钨丝原子化器的应用，结合基于微型电荷耦合器件的微型光谱仪，促进了小型化甚至便携式原子光谱仪的研制，特别适合于现场环境元素分析应用。

　　进样与联用技术

　　联用技术研究方面的发展体现了解决复杂科学问题的需求。各种原子光谱/质谱检测技术可以与气相色谱（gas chromatography，GC）、高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）、离子色谱（ionchromatography，IC）和毛细管电泳（capillary electrophoresis，CE）联用，金属组学的发展正是得益于原子光谱/质谱的高灵敏（通常也具有高分辨）检测与色谱的高分辨分离的联姻。在色谱-原子光谱/质谱联用技术接口的发展和多维色谱联用技术及其应用方面，CE 和 ICP-MS 联用的接口、雾室和雾化器的改进方面有了新的发展；微流控芯片与 ICP-MS 的联用颇具特色，微流控芯片在微萃取及其在（单）细胞中痕量元素/形态分析中具有新的应用；基于单纳米粒子的 ICP-MS技术，提高了检测灵敏度，拓展了 ICP-MS 在生物、环境和临床分析中的应用，并有可能在单细胞和单分子分析中获得应用；进样技术被称之为原子光谱分析的阿喀琉斯之踵（Achilles heel），当然也包括样品制备技术，化学蒸气发生法（chemical vapor generation，CVG；包括氢化物发生、光化学蒸气发生及其他化学蒸气发生法），目前研究的热门是光化学蒸气发生，既适用于传统原子光谱/质谱仪的进样，也适用于微等离子体原子光谱仪的进样。激光剥蚀最常用于 ICP-MS 的进样，广泛地应用于地质样品的同位素分析中，以及多种材料深度分析；在实际样品分析中，样品前处理往往是分析程序中的第一步，其组分的有效性和转移的准确定量性至关重要，本书中也对该专题进行了全面的介绍。

　　分析应用

　　原子光谱/质谱在生物分析研究中的应用最为活跃，最有代表性的体现是其奠定了金属组学的技术基础并推动了该学科的发展。本书综合讨论了高通量分析技术和金属组学发展现状。金属组学的研究技术被国内外团队应用于砷的环境行为、代谢机理和健康效应的研究，取得了新的认识，对减少人体暴露于有毒的含砷化合物、促进和保护公共健康，具有重要意义；关于汞及其形态和同位素分析，研究对象包括大气系统、水生生态系统（含稻田），从生物地球化学循环的角度审视和探讨含汞物种的迁移、积累与演化；利用 MC-ICP-MS 进行了生物和环境同位素分析，发展了重金属示踪、大气细颗粒物示踪和纳米颗粒物示踪新技术；结合 LA 采样，利用 ICP-MS 生物元素成像技术实现了生物组织和细胞内元素的原位成像分析，该技术可望用于元素代谢分布特征研究和生物分子作用机理的解析；纳米科学的相关研究工作一直是热点，本书也专题总结了原子光谱技术在各种纳米材料分析中的应用，新的技术包括纳米材料尺寸的原子光谱法表征等；食品分析、卫生检验和临床分析是直接与人民健康密切相关的大领域，也是原子光谱/质谱分析的大舞台，通过本书可以了解国内外相关应用进展；20 世纪中叶，国内原子光谱分析技术的先行发展及其国产仪器的开发在很大程度上受益于地质找矿和冶金分析的需求驱动，如今，原子光谱分析特别是ICP-MS 分析技术在地质样品分析中仍然是主力军，在地质样品的微量及痕量元素（同位素）分析中发挥了不可替代作用。众所周知，在使用各种分析技术分析实际样品时，一般都需要标准和标准物质以确保分析结果的可靠性，原子光谱分析也不例外，因此，标准和标准物质研制不可或缺。

　　原子光谱分析及相关技术是科学研究的重要工具之一，同时也是环境、食品、国家安全等方面依赖的重要技术手段。撰写本书的主要目的，是希望涵盖与总结这一技术发展的历史与现状，从基础、仪器到应用进行其全景描述。但限于作者水平，所述内容方面难以避免遗漏乃至不恰当的描述，敬请读者批评指正。我国已经跨入原子光谱和质谱分析研究与应用的国际前列，期待通过不断的总结凝练，活跃学术交流，持续推动其方法、技术和仪器（部件）方面的创新，以满足不断涌现的新型应用需求。这本《原子光谱分析前沿》只是开篇，让我们一起努力，期待续篇。

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