儀器及原理介紹ppt課件

1、安捷倫電感耦合等離子體質(zhì)譜儀安捷倫電感耦合等離子體質(zhì)譜儀7700 ICPMS原理引見原理引見安捷倫科技安捷倫科技生命科學(xué)與化學(xué)分析儀器部生命科學(xué)與化學(xué)分析儀器部Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 2ICP-MS 簡介簡介ICP-MSICP-MS全稱電感耦合等離子體質(zhì)譜全稱電感耦合等離子體質(zhì)譜Inductively Coupled Plasma Mass Inductively Coupled Plasma Mass SpectrometrySpectrometry，可分析幾乎地球上一切元素，可分析幾乎地球上一切元素Li-ULi-UIC

2、P-MSICP-MS技術(shù)是技術(shù)是8080年代開展起來的新的分析測試技術(shù)。它以將年代開展起來的新的分析測試技術(shù)。它以將ICPICP的高溫的高溫8000K8000K電離特性與四極桿質(zhì)譜計(jì)的靈敏快速掃描的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合而構(gòu)成一種新型的最強(qiáng)有電離特性與四極桿質(zhì)譜計(jì)的靈敏快速掃描的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合而構(gòu)成一種新型的最強(qiáng)有力的元素分析、同位素分析和形狀分析技術(shù)。力的元素分析、同位素分析和形狀分析技術(shù)。該技術(shù)提供了極低的檢出限、極寬的動態(tài)線性范圍、譜線簡單、干擾少、分析精該技術(shù)提供了極低的檢出限、極寬的動態(tài)線性范圍、譜線簡單、干擾少、分析精細(xì)度高、分析速度快以及可提供同位素信息等分析特性。細(xì)度高、分析速度快以及可提供同

3、位素信息等分析特性。自自19841984年第一臺商品儀器問世以來，這項(xiàng)技術(shù)已從最初在地質(zhì)科學(xué)研討的運(yùn)用迅年第一臺商品儀器問世以來，這項(xiàng)技術(shù)已從最初在地質(zhì)科學(xué)研討的運(yùn)用迅速開展到廣泛運(yùn)用于環(huán)境維護(hù)、半導(dǎo)體、生物、醫(yī)學(xué)、冶金、石油、核資料分析速開展到廣泛運(yùn)用于環(huán)境維護(hù)、半導(dǎo)體、生物、醫(yī)學(xué)、冶金、石油、核資料分析等領(lǐng)域。等領(lǐng)域。被稱為當(dāng)代分析技術(shù)最激動人心的開展。被稱為當(dāng)代分析技術(shù)最激動人心的開展。Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 3Agilent 4500 - #1 selling ICP-MS worldwide 2019 -2019

4、 inclusive! Source - Myers & Assoc Market Study 2/99 1020304050607080901001101201301401501601701801902002102202302402502605.0E51.0E61 Spectrum No.1 152.427 sec:ICPDEMO.D Count Linearm/z-等離子體色譜軟件等離子體色譜軟件Agilent 4500 SeriesAgilent 7500 SeriesShieldTorch Interface安捷倫安捷倫ICPMS的開展歷史的開展歷史19871987年年: :

5、第一代產(chǎn)品，第一臺計(jì)算機(jī)控制第一代產(chǎn)品，第一臺計(jì)算機(jī)控制ICPMSICPMS儀器，型號儀器，型號PMS-100PMS-100。 1988 1988年：第二代產(chǎn)品，型號年：第二代產(chǎn)品，型號PMS-200,PMS-200,高基體分析接口。高基體分析接口。19901990年：第三代產(chǎn)品，型號年：第三代產(chǎn)品，型號PMS-2000PMS-2000。技術(shù)發(fā)明：。技術(shù)發(fā)明：OmegaOmega離軸偏轉(zhuǎn)透鏡離軸偏轉(zhuǎn)透鏡“被證明優(yōu)于采用中心光子阻撓片的透鏡被證明優(yōu)于采用中心光子阻撓片的透鏡 1992 1992年：發(fā)明專利屏敝炬系統(tǒng)年：發(fā)明專利屏敝炬系統(tǒng)ShieldTorchShieldTorch 運(yùn)用于半導(dǎo)體行

6、業(yè)運(yùn)用于半導(dǎo)體行業(yè)pptppt級級K, Ca, FeK, Ca, Fe等元素的測定等元素的測定 1994 1994年：第四代產(chǎn)品，型號年：第四代產(chǎn)品，型號HP4500HP4500。 第一臺臺式第一臺臺式ICP-MSICP-MS 2019 2019年：第五代產(chǎn)品，年：第五代產(chǎn)品，HP4500+HP4500+；發(fā)明；發(fā)明Plasma-ChromPlasma-Chrom軟件，軟件， 使使ICPMSICPMS與色譜技術(shù)聯(lián)用實(shí)現(xiàn)一體化，使形狀分析成為規(guī)范技術(shù)與色譜技術(shù)聯(lián)用實(shí)現(xiàn)一體化，使形狀分析成為規(guī)范技術(shù) 2019 2019年：年：HP4500HP4500按專業(yè)運(yùn)用分為按專業(yè)運(yùn)用分為100100型，型，

7、200200型，型，300300型。型。20002000年：第六代產(chǎn)品，年：第六代產(chǎn)品，Agilent7500Agilent7500系列系列, , 按專業(yè)運(yùn)用區(qū)分：按專業(yè)運(yùn)用區(qū)分：7500a7500a：根本配置；：根本配置；7500i7500i：快速、大量樣品分析；：快速、大量樣品分析；7500s7500s：半導(dǎo)體行業(yè)：半導(dǎo)體行業(yè)公用；公用； 2019 2019年：第七代產(chǎn)品，年：第七代產(chǎn)品，Agilent 7500cAgilent 7500c第一代八極桿反響池系統(tǒng)第一代八極桿反響池系統(tǒng) 運(yùn)用于環(huán)保、海水、臨床、醫(yī)藥等高基體樣品的分析及聯(lián)用技術(shù)和運(yùn)用于環(huán)保、海水、臨床、醫(yī)藥等高基體樣品的分析及

8、聯(lián)用技術(shù)和形狀分析形狀分析20192019年：第八代產(chǎn)品，年：第八代產(chǎn)品，Agilent 7500csAgilent 7500cs，第二代八極桿反響池系，第二代八極桿反響池系統(tǒng)統(tǒng)運(yùn)用于半導(dǎo)體高純樣品及其他高基體樣品的分析運(yùn)用于半導(dǎo)體高純樣品及其他高基體樣品的分析 2019 2019年：第九代產(chǎn)品年：第九代產(chǎn)品Agilent 7500ceAgilent 7500ce 運(yùn)用于海水、臨床、醫(yī)藥、環(huán)保及聯(lián)用技術(shù)和形狀分析運(yùn)用于海水、臨床、醫(yī)藥、環(huán)保及聯(lián)用技術(shù)和形狀分析，高性能，高性能 2019 2019年：第十代產(chǎn)品年：第十代產(chǎn)品Agilent 7500cxAgilent 7500cx HMI HMI

9、系統(tǒng)使儀器在高基體樣品系統(tǒng)使儀器在高基體樣品分析中更加穩(wěn)定，高效分析中更加穩(wěn)定，高效 2021 Agilent 7700 series ICP-MS 上市Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 5ICP-MS的運(yùn)用領(lǐng)域分布的運(yùn)用領(lǐng)域分布環(huán)境環(huán)境: 49%: 49%飲用水、海水、環(huán)境水資源飲用水、海水、環(huán)境水資源食品、衛(wèi)生防疫、商檢等食品、衛(wèi)生防疫、商檢等土壤、污泥、固體廢物土壤、污泥、固體廢物消費(fèi)過程消費(fèi)過程QA/QCQA/QC，質(zhì)量控制，質(zhì)量控制煙草酒類質(zhì)量控制煙草酒類質(zhì)量控制, , 鑒別真?zhèn)蔚辱b別真?zhèn)蔚菻g, As, Pb, SnHg

10、, As, Pb, Sn等的價態(tài)形狀分析等的價態(tài)形狀分析半導(dǎo)體半導(dǎo)體: 33%: 33%高純金屬高純金屬( (電極電極) )高純試劑高純試劑( (酸酸, ,堿堿, ,有機(jī)有機(jī)) )Si Si 晶片的超痕量雜質(zhì)晶片的超痕量雜質(zhì)光刻膠和清洗劑光刻膠和清洗劑醫(yī)藥及生理分析醫(yī)藥及生理分析6%6%頭發(fā)、全血、血清、尿樣、生頭發(fā)、全血、血清、尿樣、生物組織等物組織等醫(yī)藥研討，藥質(zhì)量量控制醫(yī)藥研討，藥質(zhì)量量控制藥理藥效等的生物過程研討藥理藥效等的生物過程研討地質(zhì)學(xué)地質(zhì)學(xué): 2%: 2%金屬資料，合金等金屬資料，合金等土壤、礦石、堆積物土壤、礦石、堆積物同位素比的研討同位素比的研討激光熔蝕直接分析固體激光熔蝕

11、直接分析固體樣品樣品核工業(yè)核工業(yè): 5%: 5%核燃料的分析核燃料的分析放射性同位素的分析放射性同位素的分析初級冷卻水的污染分析初級冷卻水的污染分析化工，石化等化工，石化等: 4%: 4%R&DR&DQA/QCQA/QC法醫(yī)，公安等法醫(yī)，公安等: 1%: 1%射擊殘留物分析射擊殘留物分析特征資料的定性特征資料的定性來源分析來源分析毒性分析毒性分析Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 6什么是什么是ICP-MS?ICP - Inductively Coupled Plasma 電電感耦合等離子體感耦合等離子體 質(zhì)譜質(zhì)譜的高

12、溫離子源的高溫離子源樣樣品蒸品蒸發(fā)發(fā)、解離、原子化、解離、原子化、電電離等離等過過程程 MS - Mass Spectrometer 質(zhì)譜四極桿快速掃描質(zhì)譜儀經(jīng)過高速順序掃描分別測定一切元素高速雙通道方式檢測器對四極桿分別后的離子進(jìn)展檢測一種強(qiáng)有力的無機(jī)元素分析技術(shù)一種強(qiáng)有力的無機(jī)元素分析技術(shù)+ICP-MS的根本原理與的根本原理與Agilent 7700引見引見Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 7氬的第一電離能高于絕大多數(shù)元素的第一電離能(除He、F、Ne外)，且低于大多數(shù)元素的第二電離能(除Ca、Sr、Ba等)。因此，大多數(shù)元素在

13、氬氣等離子體環(huán)境中，只能電離成單電荷離子，進(jìn)而可以很容易地由質(zhì)譜儀器分別并加以檢測。Ar 等離子體中各元素的電離特性等離子體中各元素的電離特性Agilent 7700 ICP-MS Agilent 7700 ICP-MS 系統(tǒng)詳圖系統(tǒng)詳圖高基體進(jìn)樣系統(tǒng)高基體進(jìn)樣系統(tǒng)(HMI) 稀釋氣入口稀釋氣入口半導(dǎo)體冷卻控溫霧室半導(dǎo)體冷卻控溫霧室離軸偏轉(zhuǎn)透鏡離軸偏轉(zhuǎn)透鏡低流速進(jìn)樣低流速進(jìn)樣高速頻率匹配的高速頻率匹配的 27MHz 射射頻發(fā)生器頻發(fā)生器高性能真空系統(tǒng)高性能真空系統(tǒng)池氣體入口池氣體入口高頻率高頻率 (3MHz) 雙雙曲面四極桿曲面四極桿快速同時雙方式檢快速同時雙方式檢測器測器 (9 個數(shù)量級線個

14、數(shù)量級線性動態(tài)范圍性動態(tài)范圍)高離子傳輸效率、耐高鹽接口高離子傳輸效率、耐高鹽接口第第3代八極桿反響池代八極桿反響池系統(tǒng)系統(tǒng) (ORS3)ICP-MS的組成：進(jìn)樣系統(tǒng)、離子源、接口、離子透鏡、八極桿碰撞反響池、四極桿濾質(zhì)器、檢測器、真空系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng) HMI HMI 高基體系統(tǒng)高基體系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)采用:低樣品提升量 (約0.15mL/min) 霧室溫度采用Peltier 制冷安裝控溫HMI 高基體系統(tǒng) (High Matrix Introduction), 可根據(jù)樣品基體中的含鹽量在軟件中自動選擇等離子體條件，大大提高ICP-MS的耐鹽性。HMI HMI 如何任務(wù)？如何任務(wù)？HMI 采用氣

15、溶膠稀釋原理，與溶液稀釋的方法相比，可有效節(jié)省時間與試劑，減少誤差與污染。HMI HMI 強(qiáng)勁的等離子體強(qiáng)勁的等離子體 極低的氧化物干擾極低的氧化物干擾 含不同濃度Mo(0, 2, 5 ppm Mo)的溶液中加標(biāo)1 ppb Cd。 比較7700 x不用HMI (1% 氧化物)與7700 x 采用 HMI 條件(0.2%氧化物)下的分析結(jié)果。氧化物比例與耐鹽量氧化物比例與耐鹽量(TDS)(TDS)的關(guān)系的關(guān)系CeO+/Ce+3.0 %2.0 %1.5 %0.2% *耐鹽量(TDS)0.05 %99.99)3 未電離的樣品基體：未電離的樣品基體：Cl, NaCl(H2O) n, SOn, POn,

16、 CaO, Ca(OH)n, FeO, Fe(OH) n,這些成分會堆積在采樣錐、截取錐、第一級提透鏡、這些成分會堆積在采樣錐、截取錐、第一級提透鏡、第二級提取透鏡、第二級提取透鏡、偏轉(zhuǎn)透鏡以上部件在真空腔外偏轉(zhuǎn)透鏡以上部件在真空腔外 、ORS、預(yù)四極桿、預(yù)四極桿、四極桿、檢測器上按先后順序依次減少，是實(shí)踐樣品分析時使儀器不穩(wěn)四極桿、檢測器上按先后順序依次減少，是實(shí)踐樣品分析時使儀器不穩(wěn)定的主要要素，也是儀器污染的主要要素；定的主要要素，也是儀器污染的主要要素；4 已電離的樣品基體：已電離的樣品基體：ArO+, Ar +, ArH+, ArC +, ArCl +, ArAr +,Ar基分子離子

17、基分子離子 CaO+, CaOH +, SOn +, POn +, NOH +, ClO + 樣品基體產(chǎn)生，這些成分由于分子量與待測元素如樣品基體產(chǎn)生，這些成分由于分子量與待測元素如Fe, Ca, K, Cr, As, Se, P, V, Zn, Cu等的原子量一樣，是測定這些元素的主要干擾；等的原子量一樣，是測定這些元素的主要干擾； Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 22較高的等離子體中心通道溫度尤為重要！較高的等離子體中心通道溫度尤為重要！6800K時電離能與離子數(shù)量的關(guān)系圖時電離能與離子數(shù)量的關(guān)系圖00.10.20.30.40

18、.50.60.70.80.91051015電離能電離能 (eV)電離效率電離效率Ip rangeeVElement3 to 7Cs, Li, Na, K, Ca, V, Cr, Sr, Rb, Ba, REE, Pb, U7 to 10Be, Mg, Ca, Transition Elements, As, Se, Mo, Cd, I, Au, ThAbove 10 P,S, Cl, Br, Au, Hg獲得更多已電離的待測元素Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 23等離子體溫度越高，元素的電離效率就越高，就會等離子體溫度越高，元素的

19、電離效率就越高，就會構(gòu)成更多的待測離子構(gòu)成更多的待測離子Ionisation Potential (eV)Ion population as a function of Plasma Temperature00.10.20.30.40.50.60.70.80.91051015Degree of ionisation6800K6100K7500KAsHgTitle of PresentationDateAgilent RestrictedPage 24 等離子體能量越高電離效率越高許多元素的電離度主要取決于等離子體的溫度，假設(shè)等離子體的能量不夠高，基體程度的變化就會引起細(xì)微的溫度變化，從而嚴(yán)重影

20、響靈敏度。Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 25a) ICP發(fā)生器射頻頻率27.12MHzb) 較小的進(jìn)樣流量對相鄰質(zhì)量的峰對相鄰質(zhì)量的峰奉獻(xiàn)極小奉獻(xiàn)極小 1ppm Y 溶液的對數(shù)坐標(biāo)質(zhì)譜圖闡明四溶液的對數(shù)坐標(biāo)質(zhì)譜圖闡明四極桿具有極好的峰形和豐度靈敏度極桿具有極好的峰形和豐度靈敏度請留意在低質(zhì)量或高質(zhì)量處都沒有請留意在低質(zhì)量或高質(zhì)量處都沒有拖尾拖尾真正的雙曲面桿真正的雙曲面桿由純鉬資料經(jīng)精細(xì)打磨由純鉬資料經(jīng)精細(xì)打磨而成；而成；采用新型數(shù)字采用新型數(shù)字RF發(fā)生器發(fā)生器(3.0MHz) 可得可得到極佳的傳輸效率、峰形和豐度靈敏度到極佳的

21、傳輸效率、峰形和豐度靈敏度Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 41四級桿由四根精細(xì)加工的雙曲面桿平行對稱陳列而成在特定的電壓下，只需特定質(zhì)量數(shù)m/z的離子才干穩(wěn)定的沿軌道穿過四級桿。因此，經(jīng)過快速掃描、變換電壓的方式，不同質(zhì)量數(shù)的離子可以在不同時間內(nèi)穩(wěn)定并穿過四級桿到達(dá)檢測器。+ Vcoswt - VcoswtQP Bias + ( U + V cos t )QP Bias - ( U + V cos t )雙曲面四級桿雙曲面四級桿Y-axis field removes ions above a certain massX-axis

22、 field removes ions below a certain mass四四級級桿原理?xiàng)U原理- U+ UTitle of PresentationDateAgilent RestrictedPage 42分辨率和豐度靈敏度分辨率和豐度靈敏度好的豐度靈敏度：對好的豐度靈敏度：對相鄰峰無奉獻(xiàn)相鄰峰無奉獻(xiàn)10% 峰高處峰寬峰高處峰寬普通為普通為0.650.80amu分辨率分辨率峰高峰高50%峰高處峰寬峰高處峰寬普通為普通為0.50.6amuMM - 1M + 1豐度靈敏度豐度靈敏度M - 110%峰高峰高差的豐度靈敏度：差的豐度靈敏度：峰拖尾，對相鄰峰峰拖尾，對相鄰峰的峰高有奉獻(xiàn)的峰高有奉獻(xiàn)

23、M豐度靈敏度是豐度靈敏度是M處峰高與處峰高與M-1和和M+1處峰高的比處峰高的比值值Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 43四極桿質(zhì)量過濾器四極桿質(zhì)量過濾器 掃描線掃描線LiYTl513 V3056 VUV 從上圖中，我們可以看到當(dāng)交流電壓V改動時，直流電壓U也隨之改動，但它們的比值U/V堅(jiān)持不變，也就是說上圖中的直線斜率堅(jiān)持不變，這條直線稱為掃描線。適當(dāng)?shù)腢/V值可以使質(zhì)量為m的離子有穩(wěn)定的離子軌道穿越四極桿。對于四極桿質(zhì)量過濾器，質(zhì)譜的峰寬和峰面積由掃描線在穩(wěn)定區(qū)圖中的位置所決議。U/V比值決議了這條直線的斜率(有時也被稱為增益g

24、ain)，主要影響重質(zhì)量數(shù)的峰寬；當(dāng)V=0時U的數(shù)值(即Y軸的截距)被稱為補(bǔ)償(offset)，它影響一切質(zhì)量的峰寬和分辨率。U/V值越大，分辨率越高，峰強(qiáng)度越小。Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 44新型雙方式檢測器新型雙方式檢測器雙通道方式電子倍增檢測器雙通道方式電子倍增檢測器( (脈沖方式和模擬方式脈沖方式和模擬方式) )檢測低含量信號時，檢測器運(yùn)用脈沖方式，此時直接記錄的是撞擊到檢測器檢測低含量信號時，檢測器運(yùn)用脈沖方式，此時直接記錄的是撞擊到檢測器的總離子數(shù)量，從而給出每秒計(jì)數(shù)值的總離子數(shù)量，從而給出每秒計(jì)數(shù)值(cps)(

25、cps)。假設(shè)離子撞擊到檢測器的量大。假設(shè)離子撞擊到檢測器的量大于每秒一百萬個于每秒一百萬個(1,000,000)(1,000,000)，那么檢測器會自動運(yùn)用模擬方式進(jìn)展檢測，那么檢測器會自動運(yùn)用模擬方式進(jìn)展檢測，以維護(hù)檢測器，延伸其運(yùn)用壽命。此時丈量的是檢測器中間部分電子流產(chǎn)生以維護(hù)檢測器，延伸其運(yùn)用壽命。此時丈量的是檢測器中間部分電子流產(chǎn)生的電勢，并給出模擬電壓，最后將電壓變換成數(shù)字信號，給出的電勢，并給出模擬電壓，最后將電壓變換成數(shù)字信號，給出cpscps值。值?？梢哉闪亢軐拕討B(tài)范圍的瞬時信號，如激光燒蝕或色譜法等引入的樣品可以丈量很寬動態(tài)范圍的瞬時信號，如激光燒蝕或色譜法等引入的樣品T

26、itle of PresentationDateAgilent RestrictedPage 45EM檢測器檢測器l電子倍增器l分立的打拿極(dynode)檢測器 (ETP)l每個打拿極都給出電子的“級聯(lián)放大l使得信號被逐級放大AmpDynodeElectronsIonM+e-e-M+Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 46脈沖脈沖/模擬雙方式調(diào)諧模擬雙方式調(diào)諧(P/A調(diào)諧調(diào)諧) 隨著待測樣品濃度的變化，化學(xué)任務(wù)站可以自動切換脈沖和模擬方式為了得到良好的線性關(guān)系，需求進(jìn)展做P/A Factor調(diào)諧。進(jìn)展P/A Factor調(diào)諧所用的各

27、個元素的計(jì)數(shù)值必需介于400,000和4,000,000cps之間，才干得到正確的P/A因子。假設(shè)測定的元素濃度范圍很寬，脈沖和模擬兩種方式都會用到，就必需經(jīng)常進(jìn)展P/A Factor調(diào)諧，才干得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果。Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 47真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) (G31XXB with split turbo)接口接口Interface18 m3/hour 機(jī)械機(jī)械泵泵典型操作典型操作壓壓力力 350 Pa (2.6 torr)透透鏡鏡腔腔Intermediate chamber170 L/sec Split分子分子渦輪泵渦輪泵主主進(jìn)進(jìn)口口main inlet of Split turbo molecular pump典型操作典型操作壓壓力力 6x10-2 Pa (3.7x10-4 torr)分析腔分析腔Analyzer/detector chamber155 L/sec Split分子分子渦輪泵側(cè)進(jìn)渦輪泵側(cè)進(jìn)口口side inlet of Split turbo molecular pump典型操作典型操作壓壓力力 3x10-4 Pa (3.7x10-6 torr)好的真空意味：好的真空意味：更低的噪音更低的噪音更好的