ICP-MS電感耦合等離子體質譜技術的原理應用與發展簡介
ICP-MS電感耦合等離子體質譜技術的原理應用與發展簡介
電感耦合等離子體質譜技術問世至今已有34年。在這段時間里, ICP - MS 技術以其靈敏、快速掃描以及干擾較少的特點迅速發展成為一種應用廣泛且廣受好評的分析技術。從各種國際分析化學會議和分析化學期刊上涌現出的學術文章數量不僅可看出ICP - MS技術被高度重視的程度, 同時也可看到該技術的日趨成熟。目前, 該技術已被廣泛地應用于地質、環境、冶金、生物、醫學、工業等各個領域, 成為最有沖擊力的分析技術。
盡管按照檢測技術( 原理) 歸類的常規, ICP - MS 技術似乎應該歸類于“ 質譜”, 但有趣的是, ICP - MS 技術從問世至今, 在許多分析化學會議和文獻中, 更多的是隨ICP 與“ 原子發射光譜” 歸為一類。這是因為, 盡管質譜法所依據的原理與一般光譜法并不相同，但其把不同質荷比的離子分別聚焦并分辨開的過程( 質量色散) 與光譜法中把不同波長的輻射分別聚焦并分開的過程( 波長色散) 有些類似。另外一個重要因素是許多從事ICP -MS 的分析專家大多是從ICP - AES 轉過來的。
近年來, 隨著人們對四極桿ICP - MS 技術內在缺陷的研究革新, 等離子體質譜的分析性能, 尤其是同位素分析能力有了顯著進步。當然, 目前“ ICP - MS” 的概念, 已經不僅僅是最早起步的普通四極桿質譜儀( ICP-QMS)了。它包括后來相繼推出的其他類型的等離子體質譜技術, 比如高分辨扇形磁場等離子體質譜儀( ICP - SFMS) 、多接收器等離子體質譜儀( ICP - MCMS) 、飛行時間等離子體質譜儀( ICP - TOFMS) 以及離子阱三維四極等離子體質譜儀( DQMS) 等。四極桿ICP - MS 儀器也不斷升級換代, 由于諸如動態碰撞反應池( DRC) 等技術的引入, 分析性能大大改善。各種聯用技術, 如液相和氣相色譜以及毛細管電泳等分離技術與ICP -MS 的聯用, 激光剝蝕ICP - MS 等聯用技術發展迅速。
ICP - MS 是以電感耦合等離子體為離子源, 以質譜計進行檢測的無機多元素分析技術。被分析樣品通常以水溶液的氣溶膠形式引入氬氣流中, 然后進入由射頻能量激發的處于大氣壓下的氬等離子體中心區, 等離子體的高溫使樣品去溶劑化、汽化解離和電離。部分等離子體經過不同的壓力區進入真空系統, 在真空系統內, 正離子被拉出并按照其質荷比分離。檢測器將離子轉換成電子脈沖, 然后由積分測量線路計數。電子脈沖的大小與樣品中分析離子的濃度有關。通過與已知的標準或參考物質比較, 實現未知樣品的痕量元素定量分析。自然界出現的每種元素都有一個簡單的或幾個同位素, 每個特定同位素離子給出的信號與該元素在樣品中的濃度成線性關系。
ICP 中心通道溫度高達約7000K, 引入的樣品完全解離, 具有高的單電荷分析物離子產率、低的雙電荷離子、氧化物及其他分子復合離子產率, 是比較理想的離子源。樣品隨載氣進入高溫ICP 中被蒸發、解離、原子化和離子化。等離子體的中心部分進入接口部分。等離子體質譜的接口由采樣錐和截取錐組成, 兩錐之間為第一級真空。離子束以超音速通過采樣錐孔并迅速膨脹, 形成超聲射流通過截取錐。中性粒子和光子在此被分離掉,而離子進入第二級真空的離子透鏡系統被聚焦。聚焦后的離子束傳輸至第三級真空質譜分析器。這級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程中不致產生電弧, 同時使由于離子束與真空中存在的氣體分子的碰撞而產生的散射不致過于嚴重。離子進入加有直流和射頻電壓的四極桿過濾器的一端, 桿上施加的射頻電壓使所有離子偏轉進入一個振蕩路徑而通過極棒。
目前, ICP - MS 尤其是四極桿ICP - MS 在元素分析方面已經成為常規的分析技術,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節, 需要給予足夠的重視并投入更多的精力去解決它, 使之充分發揮作用。對于微升和納升級的分析, 將樣品直接引入等離子體將是21世紀的研究熱點。
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電感耦合等離子體質譜技術問世至今已有34年。在這段時間里, ICP - MS 技術以其靈敏、快速掃描以及干擾較少的特點迅速發展成為一種應用廣泛且廣受好評的分析技術。從各種國際分析化學會議和分析化學期刊上涌現出的學術文章數量不僅可看出ICP - MS技術被高度重視的程度, 同時也可看到該技術的日趨成熟。目前, 該技術已被廣泛地應用于地質、環境、冶金、生物、醫學、工業等各個領域, 成為最有沖擊力的分析技術。
盡管按照檢測技術( 原理) 歸類的常規, ICP - MS 技術似乎應該歸類于“ 質譜”, 但有趣的是, ICP - MS 技術從問世至今, 在許多分析化學會議和文獻中, 更多的是隨ICP 與“ 原子發射光譜” 歸為一類。這是因為, 盡管質譜法所依據的原理與一般光譜法并不相同，但其把不同質荷比的離子分別聚焦并分辨開的過程( 質量色散) 與光譜法中把不同波長的輻射分別聚焦并分開的過程( 波長色散) 有些類似。另外一個重要因素是許多從事ICP -MS 的分析專家大多是從ICP - AES 轉過來的。
近年來, 隨著人們對四極桿ICP - MS 技術內在缺陷的研究革新, 等離子體質譜的分析性能, 尤其是同位素分析能力有了顯著進步。當然, 目前“ ICP - MS” 的概念, 已經不僅僅是最早起步的普通四極桿質譜儀( ICP-QMS)了。它包括后來相繼推出的其他類型的等離子體質譜技術, 比如高分辨扇形磁場等離子體質譜儀( ICP - SFMS) 、多接收器等離子體質譜儀( ICP - MCMS) 、飛行時間等離子體質譜儀( ICP - TOFMS) 以及離子阱三維四極等離子體質譜儀( DQMS) 等。四極桿ICP - MS 儀器也不斷升級換代, 由于諸如動態碰撞反應池( DRC) 等技術的引入, 分析性能大大改善。各種聯用技術, 如液相和氣相色譜以及毛細管電泳等分離技術與ICP -MS 的聯用, 激光剝蝕ICP - MS 等聯用技術發展迅速。
ICP - MS 是以電感耦合等離子體為離子源, 以質譜計進行檢測的無機多元素分析技術。被分析樣品通常以水溶液的氣溶膠形式引入氬氣流中, 然后進入由射頻能量激發的處于大氣壓下的氬等離子體中心區, 等離子體的高溫使樣品去溶劑化、汽化解離和電離。部分等離子體經過不同的壓力區進入真空系統, 在真空系統內, 正離子被拉出并按照其質荷比分離。檢測器將離子轉換成電子脈沖, 然后由積分測量線路計數。電子脈沖的大小與樣品中分析離子的濃度有關。通過與已知的標準或參考物質比較, 實現未知樣品的痕量元素定量分析。自然界出現的每種元素都有一個簡單的或幾個同位素, 每個特定同位素離子給出的信號與該元素在樣品中的濃度成線性關系。
ICP 中心通道溫度高達約7000K, 引入的樣品完全解離, 具有高的單電荷分析物離子產率、低的雙電荷離子、氧化物及其他分子復合離子產率, 是比較理想的離子源。樣品隨載氣進入高溫ICP 中被蒸發、解離、原子化和離子化。等離子體的中心部分進入接口部分。等離子體質譜的接口由采樣錐和截取錐組成, 兩錐之間為第一級真空。離子束以超音速通過采樣錐孔并迅速膨脹, 形成超聲射流通過截取錐。中性粒子和光子在此被分離掉,而離子進入第二級真空的離子透鏡系統被聚焦。聚焦后的離子束傳輸至第三級真空質譜分析器。這級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程中不致產生電弧, 同時使由于離子束與真空中存在的氣體分子的碰撞而產生的散射不致過于嚴重。離子進入加有直流和射頻電壓的四極桿過濾器的一端, 桿上施加的射頻電壓使所有離子偏轉進入一個振蕩路徑而通過極棒。
目前, ICP - MS 尤其是四極桿ICP - MS 在元素分析方面已經成為常規的分析技術,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節, 需要給予足夠的重視并投入更多的精力去解決它, 使之充分發揮作用。對于微升和納升級的分析, 將樣品直接引入等離子體將是21世紀的研究熱點。
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