ICP-MS的原理與應(yīng)用例1首先ICP質(zhì)量分析裝置以下稱ICP-MS

1、上海浦東新區(qū)張江高科技園區(qū)碧波路690號2號樓102 室（ 201-203 ）TEL: (86)-21-5027-3533FAX: (86)-21-5027-3733ICP MS的原理與應(yīng)用例1. 首先ICP質(zhì)量分析裝置（以下稱ICPMS）是在 1980年被首次由 Houk、 Gray發(fā)表，數(shù)年后的1983年被產(chǎn)品化以來，已經(jīng)經(jīng)歷了大約 20年，現(xiàn)在被廣泛地普及到各行各業(yè)中。尤其是在半導(dǎo)體行業(yè)中使用特別多，為了迎合隨著時代的發(fā)展而要求越來越高的高純度物質(zhì)的品質(zhì)管理的分析法而被廣泛應(yīng)用。另外，在對環(huán)境試料中的微量有害金屬分析的應(yīng)用方面也受到期待，特別是最近，伴隨著關(guān)于環(huán)境領(lǐng)域的各種國家法規(guī)的修改

2、，為了降低環(huán)境基準(zhǔn)值、排水基準(zhǔn)值的對應(yīng)，所以，才采用了ICP MS。ICPMS具有以下的特長?？梢赃M(jìn)行高靈敏度分析。幾乎所有元素的檢測下限值都是從ppt 到ppq Order。可以進(jìn)行多元素同時分析。能夠迅速進(jìn)行定性、定量。動態(tài)范圍（Dynamic Range ）有 8位，范圍廣?？梢赃M(jìn)行同位對比的測量。2. ICP MS的構(gòu)成ICPMS是如圖 1所示，由離子源（ ICP）、取樣接口、離子透鏡、質(zhì)量分析計、檢測器所組成的。取樣接口質(zhì)量分析計檢測器離子源離子透鏡圖1 ICP MS的構(gòu)成作為離子源的 ICP如果為了質(zhì)量分析的離子化源最為理想， 大多數(shù)的元素 90%以上會離子化。 在 ICP 內(nèi)部生

3、成的離子，經(jīng)過取樣接口被導(dǎo)入質(zhì)量分析部分。取樣接口部分是由取樣圓錐（流出口的直徑是從 0.5 到 1 mm左右）與 Skimmer圓錐（流出口直徑是從0.5 到1 mm左右） 2個金屬做成的圓錐形的東西構(gòu)成的， 在這兩者之間通過回轉(zhuǎn)泵排氣至大約數(shù)百Pa。通過取樣圓錐與Skimmer圓錐被引入的離子是通過離子透鏡將其軌道集中到質(zhì)量分析計。離子透鏡、質(zhì)量分析部分是通過動力分子泵被分別排氣至 3、 4Pa。通過質(zhì)量分析計被質(zhì)量選擇的離子會被離子檢測器檢測出來。CopyrightHitachi Instruments (Shanghai) Co., Ltd. All rights reserved.(

4、1)3. 應(yīng)用實例3-1極微量濃度的分析ICP MS的問題點之一是，與目的元素質(zhì)量數(shù)相同的離子以及分子離子的光譜重疊會產(chǎn)生光譜干擾。把此類光譜干擾分類的話會有以下情況。氬起因的分子離子（ArO、ArH、 ArOH、 ArN、ArCl 、 ArC、 ArAr 等）試料中的主成份元素的分子離子（CaO、 CaOH、NaO、 NaOH等）試料的液體性是原因的分子離子（ClO、 SS、 NO等）特別是，因為作為等離子體的氬氣（Ar ）是主要起因，所以無論是哪個試料都會產(chǎn)生干擾。因此，受到 Ar 分子離子干擾的元素在測量時會在背景（Background ）高的狀態(tài)下進(jìn)行測量，在極微量濃度測量的情況下，會

5、變成非常不利的狀態(tài)。在表1中所示的是受 Ar 起因分子離子影響的主要元素。尤其是， 使 K、Ca、Fe元素受到影程度的Ar 分子離子， 如果， 換算成各個元素濃度的話會是從幾十ppb到幾百 ppb，在這個狀態(tài)下做 ppt Order的分析幾乎是不可能的。因此，作為受Ar 分子離子影響的元素的極微量濃度分析方法，有通過低溫等離子體的測量方法。低溫等離子體，顧名思義就是指與通常的等離子體相比溫度低的等離子狀態(tài)。在低溫等離子體的狀態(tài)下，會形成不容易產(chǎn)生Ar 分子離子的狀態(tài)。因此，背景（ Background ）會盡量變低。其結(jié)果就是，檢測下限會提高。表2中所示就是，在低溫等離子體條件下，檢測下限值（

6、DL）與背景（ Background ）相當(dāng)濃度（ BEC）。因為在背景（ Background ）程度能夠減低到 1 ppt以下，所以就可以進(jìn)行對 ppt Order 的分析了。表 2 通過低溫等離子體的檢測下限與背景（Background ）元素質(zhì)量數(shù)DL（ppt ）BEC（ppt ）Na230.050.07Al270.050.03K390.180.57Ca400.190.71Fe560.280.54DL：作為相當(dāng)于空白的反復(fù)測量的3倍的濃度進(jìn)行計算。BEC：把空白的數(shù)值換算成濃度的數(shù)值。CopyrightHitachi Instruments (Shanghai) Co., Ltd. A

7、ll rights reserved.(2)3-3環(huán)境分析試料的測量實例河流水以及湖沼水、海水的環(huán)境試料中含有很多測量元素以外的Matrix 成分。這些 Matrix 成分在用 ICP MS進(jìn)行測量的時候， 會發(fā)生各種各樣的問題。 其中之一就是在低溫等離子體的說明中提到的有光譜干擾。低溫等離子體的話，氬起因的分子離子會減低，但是相反試料中含有的元素分子離子會增多。另外，由于 Matrix 的靈敏度的減感作用很大，所以事實上不能使用在環(huán)境試料上。因此，有必要使用別的方法來減低光譜干擾。分子離子有好幾種形態(tài)，其中特別是氧化物的分子離子的影響很大。氧化物離子的生成中，試料中的水（ H2O）的氧變成氧

8、化物離子的比例很大。因此，通過減少試料中的水分比例，就能夠大量減低氧化物的生成。另外，由于等離子體條件以及真空部分的取樣接口的形狀等也會使氧化物的生成比例發(fā)生大幅變化，所以通過這些最合適化來減低氧化物的生成。在 SPQ9000中，通過使用微量霧化器（水分量降低）、霧化室的冷卻（脫水效果）、用于環(huán)境分析試料的等離子體炬管（把等離子體條件變成不容易產(chǎn)生分子離子的狀態(tài)）、用于環(huán)境分析試料的圓錐（降低分子離子的生成），就可以減少光譜干擾而進(jìn)行測量。表 3所示就是日本分析化學(xué)會銷售的標(biāo)準(zhǔn)河流水（ JAC 0031 ）的測量實例。表3 河流水的分析實例3-3與 Chromato 的連接實例有害元素中有砷、

9、鉻、溴等那樣的由于化學(xué)形態(tài)不同而毒性也不同的元素。用ICP MS進(jìn)行測量的時候，因為只能得到總和的濃度，所以不知道毒性的大小。因此，最近為了進(jìn)行化學(xué)形態(tài)不同的分析，與離子 Chromato （以下簡稱 IC）、液體 Chromato （以下簡稱 HPLC）這些 Chromato 裝置的連接方法受到關(guān)注。在這種場合， ICP MS被作為 Chromato 裝置的檢測器得到應(yīng)用，與 Chromato 裝置單體的時候相比，能夠追求高靈敏度。在這里介紹與IC連接同時分析自來水管道水中的溴酸離子與溴化物離子的實例。溴化物離子自身雖然沒有有害性，但是在自來水消毒中采用臭氧處理后作為副生成物會產(chǎn)生溴酸離子。這個溴酸離子具有有害性。因此，弄清楚溴作為溴酸離子的含有量就變得非常重要。IC 是使用了 Dionex 公司制造的 DX 500。圖 4所示就是與 IC 連接時的溴酸離子與溴化物離子的測量結(jié)果。CopyrightHitachi Instruments (Shanghai) Co., Ltd. All rights reserved.(3)另外，在表 4中，表示了用 IC 單體測量的場合（IC 法）與 ICPMS連接時（本方法）的檢測下限。表 4 IC 法與和 ICPMS連接時的檢測下限的比較単位： g/LIC法本