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的過程( 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的過程( 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)過來的。

近年來, 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(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)生的散射不致過于嚴(yán)重。離子進(jìn)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(zhuǎn)進(jìn)入一個(gè)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(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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