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重金属污染对环境的危害日渐引起人们的关注,因为重金属在低的暴露水平就具有较强的毒性,同时可以通过食物链在生物体内累积。金属毒理研究表明,元素的性质及毒性不仅仅取决于其存在的总量,更重要的是取决其存在的形态。目前,元素形态分析已成为一个热门和具有挑战性的研究领域,开展元素形态分析相关研究具有重要意义。电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)由于其具有高灵敏度、宽线性范围、能多元素同时检测等优点,被认为是痕量元素最有效的检测手段之一。然而ICP-MS以及其它元素特异性检测技术都存在一个共同的特点,就是只能测定元素的总量,而不能对形态进行区分。为了实现形态分析,往往都需要有一个形态的预分离过程。本论文的核心在于探索新型的固相萃取(SPE)和固相微萃取(SPME)样品前处理技术和液相色谱分离技术,用于痕量元素的形态分析。开发新型的固相材料;发展与ICP-MS在线或离线联用的装置;建立高效液相色谱(HPLC)-ICP-MS分析方法。主要研究内容包括:(1)串联使用两根毛细管整体柱,搭建了一种与ICP-MS在线联用的顺序固相微萃取系统,用于两种无机砷形态的同时分离与富集。N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷(AEAPTES)有机-无机杂化整体柱被用作SPME系统中的萃取介质。依靠串联双柱和氧化线圈的设计,As(V)被第一根整体柱定量萃取,流出液中的As(Ⅲ)随后与KMnO4在氧化区域混合并被氧化,然后被第二根整体柱定量萃取。通过阀切换技术,富集在柱1和柱2上的As(Ⅴ)和As(Ⅲ)被稀HNO3先后洗脱,进入ICP-MS完成测定。所建立的方法被成功用于饮用水和环境水体中无机砷形态的测定。(2)制作了一种集成多个SPE单元的圆盘离心芯片,用于Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的高通量分离。AEAPTES与四乙氧基硅烷(TEOS)聚合得到氨基化的毛细管整体柱,该毛细管整体柱被集成在聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片上,用作选择性萃取Cr(Ⅵ)的固相萃取介质。芯片中的溶液依靠离心力驱动,从而实现了多个样品的同时操控。考察了 Cr(Ⅵ)吸附和洗脱的条件,以及电机转速对实验的影响。对于提出的方法,通过标准物质、实际样品以及加标回收实验进行了确证。与传统的形态分析方法相比,该离心微流控平台具有分析速度快、简单、便携等优点,可以用于现场的样品前处理。(3)基于一步共缩合的方法合成了一系列巯基/氨基双官能团化的介孔硅材料。对于不同硅烷试剂投料比条件合成的材料,采用各种仪器对其物理化学性质进行了详细的表征。基于表面双官能团的作用,As(Ⅴ)和As(Ⅲ)能够分别通过静电吸引和螯合作用被材料所吸附。研究了 As(V)和As(Ⅲ)的吸附等温线和吸附动力学曲线。另一方面,将该材料填充于过滤头中,构建了一种基于注射器的简易SPE装置,提出了一种选择性洗脱的方法用于分析As(Ⅴ)和As(Ⅲ)。该双官能团化的介孔二氧化硅材料具有制备简单、合成成本低、吸附容量高和选择性解吸等特点,使得该材料能够用于砷的去除和形态分析。(4)采用辛烷基修饰的磁性四氧化三铁(C8-Fe304@Si02)纳米材料作为磁固相萃取(MSPE)材料,建立了一种MSPE与ICP-MS联用的方法用于水中痕量锑的形态分析。利用吡咯烷二硫代氨基甲酸铵(APDC)与锑络合,在不同pH范围时,C8-Fe3O4@SiO2纳米材料能够选择性萃取溶液中Sb(Ⅲ)和总Sb的APDC络合物,从而实现对Sb(Ⅲ)和Sb(V)的分别测定。对于影响MSPE和ICP-MS测定的各因素进行了考察,如溶液pH、APDC浓度、洗脱溶剂和超声时间等。所建立的分析方法简单、准确和灵敏,被成功用于实际水样中锑形态的测定。(5)将HPLC与ICP-MS在线联用,建立了一种分析中药材中Cr(Ⅵ)的HPLC-ICP-MS方法。考察了阴离子交换色谱分离铬形态的条件,如流动相pH和NH4N03缓冲盐的浓度,在优化的条件下,铬形态分离度高、检测限低、重现性好。结合US EPA3060A方法,系统研究了碱浓度和温度对Cr(Ⅵ)测定的影响,发现高温和强碱的提取条件会导致铬形态发生细微转变。因此对US EPA 3060A方法进行了适当修正,提出了适用于中药材中痕量Cr(Ⅵ)的提取方法。