電感耦合等離子體質譜分析原理

          


　　電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)是一種元素分析技術，用于根據元素的電離來測量和鑒定樣品基質中的元素。它用于各種行業，包括但不限于環境監測、地球化學分析、冶金、藥物分析和臨床研究。ICP-MS可以將樣品分解為其組成元素，并將這些元素轉化為離子。它通常由氬氣組成，使用感應線圈將能量“耦合”到其中，形成等離子體。


　　電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)可用于EMSL所有需要分析低濃度液體樣品中痕量金屬的研究領域。通過使用電感耦合等離子體電離被分析的樣品，ICP-MS可以霧化樣品以產生可檢測的原子和多原子離子。然后，ICP-MS可以提供高度精確和靈敏的樣品元素濃度分析，其中存在不同同位素的相對豐度。ICP-MS在分析各種環境樣品中的痕量金屬方面發揮著重要作用，這有助于EMSL在生物學和生態系統方面的研究工作。


　　ICP-MS通常配備有液相樣品引入系統(霧化器)。它可以與色譜分離技術相結合。激光燒蝕是在ICP-MS檢測之前對固體進行采樣的非常有用的工具。ICP-MS的分析特性與電感耦合等離子體區域中離子的有效產生和離子檢測器的靈敏度有關。ICP-MS的一個實用特點是ICP放電是在大氣壓下進行的。因此，該技術應用廣泛，可以方便地連接到不同的樣品引入系統，包括溶液霧化、激光燒蝕、電熱蒸發、化學氣體發生或高效液相色譜。


　　離子強度ICP質譜反映了每秒檢測到的離子數量(每秒計數或cps)，并在一系列連續分析步驟中獲得。這些步驟包括(I)將給定樣品(液體或固體)轉化為氣溶膠或直接以氣體形式引入，(ii)將氣溶膠/氣體轉化為等離子體，(iii)霧化引入的化合物，然后在熱等離子體環境中電離原子，(iv)將產生的離子從在大氣壓下操作的等離子體轉移到在高真空下操作的質量分離器(分析器)，包括通過離子光學器件進行離子提取，(v)根據離子的質荷比(m/z)分離離子，以及(vi)通過檢測器檢測分離的離子并將離子通量強度轉化為電信號(cps)


　　考慮到液體的引入，樣品氣溶膠通過霧化室的傳輸將受到樣品吸收率和密度(如酸濃度)或等分試樣的粒度分布的影響。3354在這種情況下，例如，通過激光燒蝕或電熱蒸發產生的干燥氣溶膠。一旦氣溶膠進入熱等離子體區域，一些粒子在氣態物質被霧化和電離之前就蒸發了。這些工藝的有效性取決于化學物質的性質和等離子體條件。應該強調的是，不是所有的粒子都被蒸發，但是一些的粒子和/或液滴可以穿過等離子體而沒有蒸發。在大多數市售儀器中，使用氬氣。因此，產生的等離子體主要由氬原子組成，并伴有大量來自樣品的氬離子、電子和物種。一旦在熱等離子體中形成，所有這些物質(粒子、蒸汽、原子和離子)將在通過等離子體區時分散。等離子體中形成的離子被傳輸到質量分析器m/z。最后，質荷比合適的離子到達檢測器，在檢測器中被計數。元素質譜儀通常覆蓋6至254 amu的質量范圍。因此，它們可以檢測元素周期表中大多數元素的同位素離子。



    電子的強度與等離子體中形成并通過ICP-MS離子光學器件傳輸的離子數量有關。離子形成的效率受到特定元素的電離能和等離子體溫度的影響。利用薩哈-埃格特方程[20]的原理，化學元素的電離度取決于等離子體溫度。一般來說，ICP被認為是一種有效的離子源。假設等離子體溫度約為6000 K，電子密度為10 ^ 15cm-3，可以估算出鈉到氯的電離效率從0.99到10 -6變化。當然，給定元素的電離效率會影響信噪比。值得注意的是，信號強度和靈敏度不僅取決于電離效率，還取決于樣品引入速率、樣品傳輸/遞送效率，以及——光譜儀的提取和傳輸效率，最后但不是最不重要的一點。離子通道。并且化學和物理源的基質效應可以發生在任何上述方法的每個步驟中。這些效應受到樣品成分、同量異位素干擾和光譜干擾的影響。這種干擾可能是由雙電荷或團簇離子引起的。前者只是輕微的，但后者強烈依賴于等離子體參數。