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人机交互的智能化功能是发展方向

时间:2021-08-24 14:28来源:金利仪器 作者:金利仪器 点击:
从使用角度来说,我比较在意仪器参数调谐界面的友好程度,让操作人员可以有针对性的对仪器进行优化;而从检测效率方面来说,仪器的快速进样功能最为实用。 土壤是环境的重要组成部分,土壤安全是保障国家粮食和生态环境安全的重要基础,土壤分析检测工作对于
  

从使用角度来说,我比较在意仪器参数调谐界面的友好程度,让操作人员可以有针对性的对仪器进行优化;而从检测效率方面来说,仪器的快速进样功能最为实用。

 
土壤是环境的重要组成部分,土壤安全是保障国家粮食和生态环境安全的重要基础,土壤分析检测工作对于保护土壤安全十分关键。随着社会的发展,土壤污染问题也变得日益复杂,这也不断给土壤分析工作带来新的挑战。
 
近期,仪器信息网采访了中国科学院南京土壤研究所(“以下简称中科院南京土壤所”)土壤与环境分析测试中心高级工程师龚华,作为一名有着十五年土壤分析经验的分析测试人员,龚华对于土壤分析工作有着深刻的认识和感受,对于技术方法开发和仪器使用也颇具心得。
 
从兴趣出发为科研做好服务
 
中国科学院南京土壤研究所有着悠久的历史,自成立以来,一直肩负着为中国农业发展和生态环境建设服务的重任,凝聚和培养了一大批优秀人才,开展了一系列卓有成效的研究工作,逐步发展成为在土壤科学领域研究实力雄厚、分支学科齐全,并在国际上享有较高声誉的国家级研究中心和高级人才培养基地,为我国乃至世界土壤科学的发展做出了重要贡献,可以说是中国土壤科学的发源地和研究中心。
 
2006 年,龚华进入中科院南京土壤所土壤与环境分析测试中心,负责土壤等环境样品金属元素(和某些非金属元素)的前处理及检测工作,主要利用 ICP-OES, ICP-MS, ICP-MS/MS 等分析手段针对元素含量,元素形态及纳米颗粒分布等方面的分析。他介绍到:“课题组将样品送至我们中心,我们根据不同的需求,选择合适的方法对样品进行前处理,并针对不同前处理、不同基体的样品对仪器进行优化并测试,尽可能提供准确可靠的数据。”
 
对于龚华来说,土壤分析工作是兴趣所在,印象最深的工作是对纳米颗粒的分析。他讲到:“ICP-MS 通常被用来分析元素含量,随着软硬件技术的提高,通过对样品脉冲信号的分析,就可以近似统计出纳米颗粒的粒径及其分布,实现用统计性数据对 TEM 几率性观察结果的验证,我觉得这非常有意思。”
 
谈及这份工作,龚华表示非常荣幸,也满怀感恩。“作为一个没有农学背景的普通分析人员,我从所里老前辈那里学习了很多,不仅是环境分析知识和技术,更多的是他们严谨的工作态度。他们在繁多的手工分析环节中,总结了一套科学合理的分析流程,确保分析数据的稳定可靠,为科研提供了坚实的数据基础。我也要衷心感谢郑春荣老师、黄钺老师对我的帮助。”龚华表示:“今后我还需要加强学习,不仅要做到数据在仪器分析层面的可靠,还要努力做到结合实际的科学问题,对数据进行合理的分析解释,更好的为科研服务。”
 
土壤样品尤为复杂检测标准应区别于固废
 
从分析检测的角度,土壤样品和其他环境样品有很大不同,土壤检测不同环节的特点,龚华作了详细的介绍。
 
首先是样品制备,要保证分析样品具有代表性,从采样开始就需要按照标准流程进行采集,后续的分选研磨保存也必须遵循这一原则。
 
其次是前处理,土壤成分复杂,样品间差异大,前处理时需要统一条件,要尽可能满足所有类型的土壤。例如土壤重金属全量分析,要考虑到黏土矿物高的红壤和有机质含量高的黑土的消解条件。有时需要针对不同类型的土壤进行针对性前处理,例如酸性土壤和碱性中性土壤对可提取态元素分析的前处理方法就要分开。
 
最后是分析环节,因为土壤消解后基体复杂,会存在很多分析水样时遇不到的干扰,比如 ICP-OES 分析土壤中 Pb 浓度, 220 nm 处必然是斜坡背景,很难得到准确的信号;又比如 ICP-MS 可满足检测水中 Se 浓度的要求,但检测土壤消解液中 Se 浓度就会遇到 Gd 双电荷等干扰,得到错误的 Se 信号,质谱干扰又存在不可见的特点,如果不了解土壤的特点,就会得到错误的结果。
 
关于土壤检测相关标准,龚华介绍到:“国现有土壤重金属元素分析国家标准落后于市场的分析技术与硬件水平,现有国标采用原子吸收分光光度法作为检测手段,在分析效率及分析元素种类上也不能满足市场的需求。近两年环境标准发展较快,我们所牵头申请的国家标准《土壤质量 土壤中 22 种元素的测定 酸溶-电感耦合等离子体质谱法》也在制定当中。”
 
“目前面对大批量土壤样品时,有些单位采用了固废的相关标准,我个人认为土壤与固废在有机质、化学添加物质含量、基体复杂程度及样品均一化程度上有较大差异,故不能简单套用固废的前处理及检测标准。”龚华讲到。
 
常与 ICP-MS “打交道”希望有更高灵敏度和分辨率
 
ICP-MS 是龚华土壤检测工作中最常“打交道”的仪器之一,ICP-MS 技术发展至今已较为成熟,国产 ICP-MS 技术近两年也有较快的发展。龚华和同事们利用 HPLC 和 ICP-MS 联用建立了 As 和 Se 形态的检测方法;利用 ICP-MS/MS 确定了土壤检测中 As、Se、Cd 可能存在的干扰因素;利用 ICP-MS 的 sp 模式进行了纳米银、纳米金、硫化汞等颗粒的分析;利用场流分离和 ICP-MS 联用,进行了场流分离法在溶液胶体颗粒分析应用研究。
 
根据长期使用经验,龚华也谈到他对于 ICP-MS 的使用感受:“从使用角度来说,我比较在意仪器参数调谐界面的友好程度,让操作人员可以有针对性的对仪器进行优化;而从检测效率方面来说,仪器的快速进样功能最为实用。”他介绍到:“如果使用标准的进样体系,测试效率在 2 min/样品左右,每次进样大约有 1.5 mL 的样品进行雾化。而对于土壤样品,会有大量的盐分沉积在锥上。同时我们为了尽量节省时间,一般都设置蠕动泵变速提升样品,这样对于土壤等复杂样品内标稳定性可能会下降。在安装了集成进样系统(ISIS)后,检测效率提升至 1 min/样品,每次约有 600-800 uL 样品进入雾化器,蠕动泵也可以匀速运行,仪器稳定性和分析效率都大大提升,现在每天可以轻松完成 400 个样品的元素含量分析。”
 
龚华继续说:“作为土壤检测的分析人员,我更关心的是 ICP-MS 在复杂基体下去除干扰的能力。我们中心于 2016 年就购置了安捷伦 8800 ICP-MS/MS,这是江苏省第一台串接 ICP-MS,这台仪器在测定土壤痕量元素时,给我们提供了多种去除干扰的解决方案,例如在氧气反应模式下确定了土壤检测中 Mo、Zr 氧化物对 Cd 的干扰;在氢气和氧气反应模式下,确定了土壤检测中 Gd 对 Se 的双电荷干扰。”
“相较于硬件的差别,安捷伦的软实力给我留下了更深的印象。作为科研单位的分析测试中心,课题组经常会提出一些非常规的检测需求,需要摸索新的检测方法、解决方案。安捷伦的应用工程师、产品专员等技术服务团队非常专业及敬业,他们有时会常驻我所,和课题组深入交流,给了我们很大的帮助。”龚华继续讲道。
 
龚华认为,虽然 ICP-MS 和 ICP-OES 技术都已经相对成熟,但应用在土壤及环境样品分析中还存在很大发展空间。比如:ICP-MS 测定固体样品消解液稀释倍数不够导致内标回收率过低,加大稀释倍数后某些痕量元素灵敏度又不够的矛盾;测定复杂基体样品时,存在未知干扰得到假信号的问题等。同时,作为仪器使用人员,他也提出了未来仪器发展方向的观点:“硬件方面,希望仪器厂家可以进一步提高仪器硬件的灵敏度和分辨率。而在软件方面中,“智能化”一定是个趋势。今后的仪器一定会有更多人机交互的功能,比如仪器维护提醒、异常数据的识别、更多的醒目的潜在干扰提示,以及合理的推荐方案等(如干扰方程、多谱线选择),让使用者心中有数,心里不慌。”
 
后记
 
作为一名一线分析测试人员,龚华常年要与分析仪器打交道,除了利用仪器进行样品检测,还要负责所用仪器的保养维护工作。十五年的工作积累,让他在这方面颇有心得。采访结束时,龚华分享了他在仪器保养维护方面的经验:
 
首先是保证环境符合要求且稳定,稳定的测试环境是仪器稳定运行的前提,温湿度波动不宜过大,比如在南京,每年的梅雨期就要特别关注实验室湿度。
 
然后是培养良好的使用习惯,每次分析开始时,将仪器性能指标(四级杆真空度、雾化气压力、灵敏度等)进行记录,长久坚持下来就会对异常参数变得敏感,就能较早发现潜在故障,及时进行维护。
 
最后是严格控制上机条件,ICP-OES 和 ICP-MS 对测定的样品都有要求(TDS,酸度,有机成分含量等),分析人员要熟悉仪器的特性,这样可以提高仪器测定时的稳定性,降低维护频率。
 
 
 
(责任编辑:金利仪器lyh)
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