ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)的原理應(yīng)用與發(fā)展簡(jiǎn)介

電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)問(wèn)世至今已有34年。在這段時(shí)間里, ICP - MS 技術(shù)以其靈敏、快速掃描以及干擾較少的特點(diǎn)迅速發(fā)展成為一種應(yīng)用廣泛且廣受好評(píng)的分析技術(shù)。從各種國(guó)際分析化學(xué)會(huì)議和分析化學(xué)期刊上涌現(xiàn)出的學(xué)術(shù)文章數(shù)量不僅可看出ICP - MS技術(shù)被高度重視的程度, 同時(shí)也可看到該技術(shù)的日趨成熟。目前, 該技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)、環(huán)境、冶金、生物、醫(yī)學(xué)、工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域, 成為最有沖擊力的分析技術(shù)。

盡管按照檢測(cè)技術(shù)( 原理) 歸類的常規(guī), ICP - MS 技術(shù)似乎應(yīng)該歸類于“ 質(zhì)譜”, 但有趣的是, ICP - MS 技術(shù)從問(wèn)世至今, 在許多分析化學(xué)會(huì)議和文獻(xiàn)中, 更多的是隨ICP 與“ 原子發(fā)射光譜” 歸為一類。這是因?yàn)?SPAN lang=EN-US>, 盡管質(zhì)譜法所依據(jù)的原理與一般光譜法并不相同，但其把不同質(zhì)荷比的離子分別聚焦并分辨開(kāi)的過(guò)程( 質(zhì)量色散) 與光譜法中把不同波長(zhǎng)的輻射分別聚焦并分開(kāi)的過(guò)程( 波長(zhǎng)色散) 有些類似。另外一個(gè)重要因素是許多從事ICP -MS 的分析專家大多是從ICP - AES 轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的。

近年來(lái), 隨著人們對(duì)四極桿ICP - MS 技術(shù)內(nèi)在缺陷的研究革新, 等離子體質(zhì)譜的分析性能, 尤其是同位素分析能力有了顯著進(jìn)步。當(dāng)然, 目前“ ICP - MS” 的概念, 已經(jīng)不僅僅是最早起步的普通四極桿質(zhì)譜儀( ICP-QMS)了。它包括后來(lái)相繼推出的其他類型的等離子體質(zhì)譜技術(shù), 比如高分辨扇形磁場(chǎng)等離子體質(zhì)譜儀( ICP - SFMS) 、多接收器等離子體質(zhì)譜儀( ICP - MCMS) 、飛行時(shí)間等離子體質(zhì)譜儀( ICP - TOFMS) 以及離子阱三維四極等離子體質(zhì)譜儀( DQMS) 等。四極桿ICP - MS 儀器也不斷升級(jí)換代, 由于諸如動(dòng)態(tài)碰撞反應(yīng)池( DRC) 等技術(shù)的引入, 分析性能大大改善。各種聯(lián)用技術(shù), 如液相和氣相色譜以及毛細(xì)管電泳等分離技術(shù)與ICP -MS 的聯(lián)用, 激光剝蝕ICP - MS 等聯(lián)用技術(shù)發(fā)展迅速。

ICP - MS 是以電感耦合等離子體為離子源, 以質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行檢測(cè)的無(wú)機(jī)多元素分析技術(shù)。被分析樣品通常以水溶液的氣溶膠形式引入氬氣流中, 然后進(jìn)入由射頻能量激發(fā)的處于大氣壓下的氬等離子體中心區(qū), 等離子體的高溫使樣品去溶劑化、汽化解離和電離。部分等離子體經(jīng)過(guò)不同的壓力區(qū)進(jìn)入真空系統(tǒng), 在真空系統(tǒng)內(nèi), 正離子被拉出并按照其質(zhì)荷比分離。檢測(cè)器將離子轉(zhuǎn)換成電子脈沖, 然后由積分測(cè)量線路計(jì)數(shù)。電子脈沖的大小與樣品中分析離子的濃度有關(guān)。通過(guò)與已知的標(biāo)準(zhǔn)或參考物質(zhì)比較, 實(shí)現(xiàn)未知樣品的痕量元素定量分析。自然界出現(xiàn)的每種元素都有一個(gè)簡(jiǎn)單的或幾個(gè)同位素, 每個(gè)特定同位素離子給出的信號(hào)與該元素在樣品中的濃度成線性關(guān)系。

ICP 中心通道溫度高達(dá)約7000K, 引入的樣品完全解離, 具有高的單電荷分析物離子產(chǎn)率、低的雙電荷離子、氧化物及其他分子復(fù)合離子產(chǎn)率, 是比較理想的離子源。樣品隨載氣進(jìn)入高溫ICP 中被蒸發(fā)、解離、原子化和離子化。等離子體的中心部分進(jìn)入接口部分。等離子體質(zhì)譜的接口由采樣錐和截取錐組成, 兩錐之間為第一級(jí)真空。離子束以超音速通過(guò)采樣錐孔并迅速膨脹, 形成超聲射流通過(guò)截取錐。中性粒子和光子在此被分離掉,而離子進(jìn)入第二級(jí)真空的離子透鏡系統(tǒng)被聚焦。聚焦后的離子束傳輸至第三級(jí)真空質(zhì)譜分析器。這級(jí)真空的壓力必須保證四極桿分析器和倍增器在施加高壓的操作過(guò)程中不致產(chǎn)生電弧, 同時(shí)使由于離子束與真空中存在的氣體分子的碰撞而產(chǎn)生的散射不致過(guò)于嚴(yán)重。離子進(jìn)入加有直流和射頻電壓的四極桿過(guò)濾器的一端, 桿上施加的射頻電壓使所有離子偏轉(zhuǎn)進(jìn)入一個(gè)振蕩路徑而通過(guò)極棒。

目前, ICP - MS 尤其是四極桿ICP - MS 在元素分析方面已經(jīng)成為常規(guī)的分析技術(shù),但是 , 擁有了那么多一流的ICP - MS 儀器, 樣品制備和樣品引入仍然是目前最薄弱的環(huán)節(jié), 需要給予足夠的重視并投入更多的精力去解決它, 使之充分發(fā)揮作用。對(duì)于微升和納升級(jí)的分析, 將樣品直接引入等離子體將是21世紀(jì)的研究熱點(diǎn)。

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