综述：固体燃料废弃物中痕量元素LA-ICP-MS定量分析综述

本综述系统评述了激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）技术在固体燃料废弃物（如粉煤灰、生物质炭）痕量元素（TEs）分析中的应用。该技术凭借高灵敏度（ng/g级检测限）、微米级空间分辨率（1-100 μm）及原位微区分析能力，可精准表征有害金属（Pb、Cd、Cr）与稀土元素（REEs）的空间分布，为环境风险（如生态毒性）评估和资源回收（如灰烬中REEs浓度超500 μg/g的富集微区）提供关键技术支撑。文章同时指出当前面临基体效应、校准标准品缺乏等挑战，并对未来技术标准化与多技术联用提出展望。

　　

引言

清洁可负担的能源对可持续发展和低碳社会至关重要。固体燃料（如煤、油页岩、生物质和废物衍生燃料）在全球能源系统中扮演关键角色，但其利用过程会产生大量灰烬（如飞灰FA、底灰BA），引发环境担忧并蕴含资源回收潜力。这些灰烬中既含有砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）等有毒痕量元素，也富集稀土元素（REEs）等战略资源。例如，粉煤灰中REEs平均浓度约69 μg/g，部分样品超500 μg/g，已接近经济回收阈值。因此，精准分析TEs对评估环境风险和推动资源循环至关重要。

传统体相分析技术（如AAS、ICP-OES、XRF）虽能提供元素总量信息，但制样复杂、破坏样品微观结构，且无法获得空间分布信息。激光诱导击穿光谱（LIBS）可实现原位分析，但受基体效应干扰大、定量能力有限。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）技术巧妙结合激光微区采样与ICP-MS高灵敏度检测优势，无需复杂酸消解，直接在微米尺度（1–100 μm）下实现ng/g级检测限的多元素同步分析，完整保留样品原始结构与元素分布信息，为异质性的固体燃料废弃物分析提供了革命性解决方案。

固体燃料及其固体废弃物分析复杂性

固体燃料废弃物中TEs的定量分析面临三重挑战：其一，原料本身具有复杂的地球化学与矿物学非均质性；其二，燃烧过程中的极端热化学条件导致元素发生分异与转化；其三，TEs自身物理化学性质与分配行为多样。燃烧时，燃料中无机组分经历熔化、挥发、冷凝等过程，形成从硅酸盐玻璃相到多孔碳界面等复杂基体，TEs在此非均质体系中的分布高度不均，其可浸出性、生物可利用性及回收潜力强烈依赖于其微观赋存形态与位置。这要求分析技术必须具备高空间分辨能力。

LA-ICP-MS技术概述

LA-ICP-MS技术核心流程如图1所示：脉冲激光束聚焦于样品表面，通过热剥蚀作用将微区物质转化为气溶胶，由载气（通常为氦气或氩气）输送至ICP-MS离子源进行电离，最后由质谱仪检测元素及同位素信号。该技术优势在于原位、微损、高空间分辨率和高灵敏度，能直接绘制元素二维分布图，精准定位有毒元素热点或富含价值元素的微区（如REEs富集域）。

油页岩及油页岩灰分析

针对油页岩及其灰烬的定量分析，以往多采用ZEBC-GF AAS、HR-CS-GF AAS、ICP-MS、INAA等方法，但这些技术或需复杂前处理，或空间分辨能力不足。LA-ICP-MS的应用有效弥补了这些局限，为揭示油页岩灰中TEs在不同矿物相间的分布规律提供了独特视角。

LA-ICP-MS在固体燃料废弃物TEs定量分析中的进展、局限与展望

LA-ICP-MS已在油页岩、煤、生物质灰、城市固体废物残留物等固体燃料废弃物的TEs分析中展现出强大实力。其高空间分辨率与灵敏度使其能够精确原位分析有害元素（如Pb、Cd）及战略元素（如REEs）。然而，技术推广仍面临挑战：基体依赖性分馏效应、匹配校准标准品的稀缺、普适性校准策略的局限以及复杂数据的解析与标准化处理。

未来研究应聚焦于三大方向：i) 优化样品制备方案，确保表面平整性与代表性；ii) 发展先进的校准策略，如采用纳米颗粒悬浮液校准、飞秒激光减少分馏效应；iii) 融合互补分析技术，如将LA-ICP-MS与扫描电镜-能谱（SEM-EDS）、微区X射线荧光（μ-XRF）等技术联用，相互验证，全面解析废弃物微观结构与化学组成。通过技术创新与标准化协同，LA-ICP-MS有望在实现碳中和目标的进程中，为固体燃料废弃物的精确环境风险评估与高价值资源回收提供关键技术支撑。