現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)課ICP-MS介紹-2011+(1)

1、電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)ICP-MS實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?. 1. 了解電感耦合等離子體質(zhì)譜的原理、用途和特點(diǎn)。了解電感耦合等離子體質(zhì)譜的原理、用途和特點(diǎn)。2. 2. 了解電感耦合等離子體質(zhì)譜的儀器結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程。了解電感耦合等離子體質(zhì)譜的儀器結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程。3. 3. 初步掌握多元素同時(shí)分析的實(shí)驗(yàn)方法。初步掌握多元素同時(shí)分析的實(shí)驗(yàn)方法。電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜有關(guān)名詞有關(guān)名詞等離子體等離子體 plasma 由離子、電子以及未電離的中性粒子的集合組成，整由離子、電子以及未電離的中性粒子的集合組成，整體呈中性的物質(zhì)狀態(tài)體呈中性的

2、物質(zhì)狀態(tài) 感耦等離子體感耦等離子體 inductively coupled plasma 將高頻能量加到與等離子炬管耦合的線圈上所形成的將高頻能量加到與等離子炬管耦合的線圈上所形成的炬焰，簡(jiǎn)稱炬焰，簡(jiǎn)稱ICP。 射頻發(fā)生器射頻發(fā)生器 radio frequency generator 給耦合線圈和等離子體提供高頻能量的射頻功率源。給耦合線圈和等離子體提供高頻能量的射頻功率源。 電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜質(zhì)譜儀器分析原理質(zhì)譜儀器分析原理 質(zhì)譜儀器質(zhì)譜儀器是一類能使物質(zhì)粒子是一類能使物質(zhì)粒子( (原子、分子原子、分子) )離化成離子并通過(guò)適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定或者變化的離化成離子并通過(guò)適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定

3、或者變化的電場(chǎng)磁電場(chǎng)磁場(chǎng)場(chǎng)將它們按空間位置、時(shí)間先后或者軌道穩(wěn)定與將它們按空間位置、時(shí)間先后或者軌道穩(wěn)定與否實(shí)現(xiàn)否實(shí)現(xiàn)質(zhì)荷比分離質(zhì)荷比分離，并檢測(cè)其強(qiáng)度后進(jìn)行物質(zhì)分，并檢測(cè)其強(qiáng)度后進(jìn)行物質(zhì)分析的儀器。析的儀器。 電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜感耦等離子體質(zhì)譜分析方法原理感耦等離子體質(zhì)譜分析方法原理 感耦等離子體質(zhì)譜分析是以射頻發(fā)生器提供的高頻能感耦等離子體質(zhì)譜分析是以射頻發(fā)生器提供的高頻能量加到感應(yīng)耦合線圈上，并將等離子炬管置于該線圈中心量加到感應(yīng)耦合線圈上，并將等離子炬管置于該線圈中心，因而在炬管中產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)，用微電火花引燃，使通，因而在炬管中產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)，用微電火花引燃，使

4、通入炬管中的氬氣電離，產(chǎn)生電子和離子而導(dǎo)電，導(dǎo)電的氣入炬管中的氬氣電離，產(chǎn)生電子和離子而導(dǎo)電，導(dǎo)電的氣體受高頻電磁場(chǎng)作用，形成與耦合線圈同心的渦流區(qū)，強(qiáng)體受高頻電磁場(chǎng)作用，形成與耦合線圈同心的渦流區(qū)，強(qiáng)大的電流產(chǎn)生的高熱，從而形成火炬形狀的并可以自持的大的電流產(chǎn)生的高熱，從而形成火炬形狀的并可以自持的等離子體。等離子體。 電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜感耦等離子體質(zhì)譜分析過(guò)程感耦等離子體質(zhì)譜分析過(guò)程 樣品由載氣樣品由載氣( (氬氬) )帶入霧化系統(tǒng)進(jìn)行霧化后，以氣溶膠形帶入霧化系統(tǒng)進(jìn)行霧化后，以氣溶膠形式進(jìn)入等離子體的軸向通道，在高溫和惰性氣氛中被充分蒸式進(jìn)入等離子體的軸向通道，在高

5、溫和惰性氣氛中被充分蒸發(fā)、原子化和離子化，產(chǎn)生的離子經(jīng)過(guò)采樣錐和截取錐進(jìn)入發(fā)、原子化和離子化，產(chǎn)生的離子經(jīng)過(guò)采樣錐和截取錐進(jìn)入真空系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)離子鏡聚焦，由四極桿質(zhì)譜計(jì)依據(jù)質(zhì)荷比進(jìn)真空系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)離子鏡聚焦，由四極桿質(zhì)譜計(jì)依據(jù)質(zhì)荷比進(jìn)行分離。經(jīng)過(guò)質(zhì)譜計(jì)的離子用電子倍增管記數(shù)，所產(chǎn)生的信行分離。經(jīng)過(guò)質(zhì)譜計(jì)的離子用電子倍增管記數(shù)，所產(chǎn)生的信號(hào)由計(jì)算機(jī)處理。根據(jù)質(zhì)譜峰的位置及元素濃度與計(jì)數(shù)強(qiáng)度號(hào)由計(jì)算機(jī)處理。根據(jù)質(zhì)譜峰的位置及元素濃度與計(jì)數(shù)強(qiáng)度的關(guān)系，進(jìn)行試樣中元素的定性和定量分析。的關(guān)系，進(jìn)行試樣中元素的定性和定量分析。電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜ICP-MS的特點(diǎn)的特點(diǎn)l 多元素快速同時(shí)

6、分析多元素快速同時(shí)分析可分析除可分析除C, H, O, N, F, Cl 和惰性氣體外的大部分元素和惰性氣體外的大部分元素l 元素同位素分析元素同位素分析可進(jìn)行同位素分析可進(jìn)行同位素分析l 線性范圍寬線性范圍寬達(dá)達(dá)8個(gè)數(shù)量級(jí)，從個(gè)數(shù)量級(jí)，從ppt-ppm，可用單標(biāo)法，可用單標(biāo)法 定量定量l 檢出限低檢出限低可達(dá)可達(dá)ppt(10-14)水平水平l 干擾相對(duì)較少干擾相對(duì)較少與同類型其他儀器比較與同類型其他儀器比較l 多種技術(shù)聯(lián)用多種技術(shù)聯(lián)用色譜、流動(dòng)注射、激光燒蝕色譜、流動(dòng)注射、激光燒蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜 ICPMS的發(fā)展的發(fā)展 ICPMS的概念出現(xiàn)在的概念出現(xiàn)在1970年年

7、，主要基于以下原因：，主要基于以下原因： ICPAES快速發(fā)展后對(duì)下一代多元素測(cè)定儀器的需要。快速發(fā)展后對(duì)下一代多元素測(cè)定儀器的需要。 ICPAES分析基體干擾嚴(yán)重。尤其在地球化學(xué)分析中，不能滿分析基體干擾嚴(yán)重。尤其在地球化學(xué)分析中，不能滿 足痕量元素的分析。足痕量元素的分析。 調(diào)查后得出結(jié)論，原子質(zhì)譜分析是唯一能在周期表中覆蓋大部分調(diào)查后得出結(jié)論，原子質(zhì)譜分析是唯一能在周期表中覆蓋大部分 元素，對(duì)元素具有一致的靈敏度的基本質(zhì)譜技術(shù)。元素，對(duì)元素具有一致的靈敏度的基本質(zhì)譜技術(shù)。 當(dāng)時(shí)的火花源質(zhì)譜法進(jìn)樣方式不理想；不能簡(jiǎn)單快速地得到譜圖當(dāng)時(shí)的火花源質(zhì)譜法進(jìn)樣方式不理想；不能簡(jiǎn)單快速地得到譜圖 數(shù)

8、據(jù)。在離子源和輸出系統(tǒng)都需要從根本上做新的改變。數(shù)據(jù)。在離子源和輸出系統(tǒng)都需要從根本上做新的改變。電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry 電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜1.1 質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展l 1983年第一臺(tái)商品年第一臺(tái)商品ICPMS儀器問(wèn)世。兩種儀器：儀器問(wèn)世。兩種儀器： 英國(guó)英國(guó)VG同位素有限公司同位素有限公司Plasma Quad 加拿大加拿大Sciex公司公司Elan(PE)l 目前主要的儀器公司目前主要的儀器公司l 美國(guó)熱電集團(tuán)美國(guó)熱電集團(tuán)l 美國(guó)美國(guó)Perkinelm

9、er公司公司l 美國(guó)安捷倫公司美國(guó)安捷倫公司l 美國(guó)瓦里安公司美國(guó)瓦里安公司(已并入安捷倫公司已并入安捷倫公司)電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜美國(guó)熱電美國(guó)熱電 PQ3 ICPMS美國(guó)熱電公司美國(guó)熱電公司VG PQ3 ICPMS電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜美國(guó)熱電美國(guó)熱電 X系列系列ICPMS電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜美國(guó)熱電美國(guó)熱電 X Series II ICPMS電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜美國(guó)熱電美國(guó)熱電 X Series II ICPMS電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜美國(guó)熱電美國(guó)熱電 X Series II ICPMS電感耦合等

10、離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜美國(guó)熱電美國(guó)熱電 X Series II ICPMS電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜美國(guó)熱電美國(guó)熱電 X Series II ICPMS電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜美國(guó)熱電美國(guó)熱電 X Series II ICPMS電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜美國(guó)熱電美國(guó)熱電 X Series II ICPMS電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜美國(guó)美國(guó)熱電熱電 高分辨高分辨ICPMS電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜美國(guó)美國(guó) PE 公司公司ICPMSDynamic Reaction Cell technologyEliminates p

11、lasma-based polyatomic interferences before they reach the quadrupole mass spectrometer PE ELAN DRC II 動(dòng)態(tài)反應(yīng)池技術(shù)動(dòng)態(tài)反應(yīng)池技術(shù) Dynamic Reaction Cell 軸向場(chǎng)技術(shù)軸向場(chǎng)技術(shù) Axial Field Technology 動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)諧動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)諧 Dynamic Bandpass Tuning 電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜美國(guó)美國(guó) Varian ICPMSVarians ion mirror reflects the ion beam through 90

12、degrees電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜美國(guó)安捷倫公司美國(guó)安捷倫公司 ICPMSGC-ICP-MS InterfaceLC-ICP-MS InterfaceAngilent 7500 系列系列 ICPMS電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜儀器及主要部件儀器及主要部件 ICPMS原理示意圖原理示意圖 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀由電感耦合等離子體質(zhì)譜儀由離子源離子源、質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器、檢測(cè)系檢測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)、 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)組成。組成。電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜儀器及主要部件儀器及主要部件電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜儀器及主要部件儀器及主要部件直接進(jìn)樣直接

13、進(jìn)樣超聲霧化進(jìn)樣超聲霧化進(jìn)樣高效去溶霧化進(jìn)樣高效去溶霧化進(jìn)樣流動(dòng)注射進(jìn)樣流動(dòng)注射進(jìn)樣液相色譜進(jìn)樣液相色譜進(jìn)樣懸浮液霧化進(jìn)樣懸浮液霧化進(jìn)樣氫化物發(fā)生進(jìn)樣氫化物發(fā)生進(jìn)樣氣相色譜進(jìn)樣氣相色譜進(jìn)樣 激光燒蝕激光燒蝕(LA)電熱蒸發(fā)電熱蒸發(fā)(ETV)探針直接進(jìn)樣探針直接進(jìn)樣火花燒蝕火花燒蝕進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng) 液體進(jìn)樣液體進(jìn)樣氣體進(jìn)樣氣體進(jìn)樣固體進(jìn)樣固體進(jìn)樣電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜儀器及主要部件儀器及主要部件ICP冷等離子體冷等離子體ICPICP與與GD自動(dòng)切換自動(dòng)切換四級(jí)桿四級(jí)桿六級(jí)桿六級(jí)桿磁式雙聚焦磁式雙聚焦飛行時(shí)間飛行時(shí)間通道式電子倍增器通道式電子倍增器Daly檢測(cè)器檢測(cè)器法拉第杯法拉

14、第杯激激 發(fā)發(fā) 源源分分 析析 器器檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜儀器及主要部件儀器及主要部件高性能接口技術(shù)高性能接口技術(shù)模擬、脈沖計(jì)數(shù)自動(dòng)識(shí)別采集模擬、脈沖計(jì)數(shù)自動(dòng)識(shí)別采集輔助系統(tǒng)輔助系統(tǒng)真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)透鏡系統(tǒng)透鏡系統(tǒng)電子學(xué)與控制系統(tǒng)電子學(xué)與控制系統(tǒng)兩級(jí)真空兩級(jí)真空三級(jí)真空三級(jí)真空透鏡自動(dòng)聚焦系統(tǒng)透鏡自動(dòng)聚焦系統(tǒng)離軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)離軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜離子源離子源 ICP作為質(zhì)譜計(jì)的離子源很好地解決了離子源設(shè)計(jì)中碰到作為質(zhì)譜計(jì)的離子源很好地解決了離子源設(shè)計(jì)中碰到的兩個(gè)基本問(wèn)題：的兩個(gè)基本問(wèn)題： 獲得了獲得了可控又無(wú)污染可控又無(wú)污染的適當(dāng)?shù)倪m

15、當(dāng)高溫高溫環(huán)境，該環(huán)境是進(jìn)樣條件和環(huán)境，該環(huán)境是進(jìn)樣條件和 樣品激發(fā)所需要的；樣品激發(fā)所需要的； 將樣品快速完全地引入到一個(gè)有將樣品快速完全地引入到一個(gè)有足夠滯留時(shí)間足夠滯留時(shí)間的環(huán)境。的環(huán)境。 ICP做為質(zhì)譜計(jì)的離子源主要由以下部分組成：做為質(zhì)譜計(jì)的離子源主要由以下部分組成： 霧化器、霧室、炬管、高頻感應(yīng)線圈霧化器、霧室、炬管、高頻感應(yīng)線圈 在質(zhì)譜計(jì)中，在質(zhì)譜計(jì)中，ICP炬管水平安裝，除此之外和炬管水平安裝，除此之外和AES中沒(méi)什么中沒(méi)什么 區(qū)別區(qū)別 。電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜離子源離子源霧化器霧化器玻璃同心氣動(dòng)霧化器玻璃同心氣動(dòng)霧化器電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜

16、離子源離子源霧化器霧化器電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜離子源離子源氣溶膠氣溶膠 試樣經(jīng)霧化器后形成氣溶膠，氣溶膠由直徑大小不等的試樣經(jīng)霧化器后形成氣溶膠，氣溶膠由直徑大小不等的微小液滴組成，氣動(dòng)霧化器所產(chǎn)生的氣溶膠的粒徑具有高度微小液滴組成，氣動(dòng)霧化器所產(chǎn)生的氣溶膠的粒徑具有高度的分散性的分散性 。 對(duì)用于質(zhì)譜計(jì)的對(duì)用于質(zhì)譜計(jì)的ICP，要求氣溶膠液滴的平均直徑小于要求氣溶膠液滴的平均直徑小于10 m ，只有一小部分液滴能夠滿足要求。大的液滴都經(jīng)由只有一小部分液滴能夠滿足要求。大的液滴都經(jīng)由霧室作為廢液排掉了。因此同心氣動(dòng)霧化器的霧化效率較低霧室作為廢液排掉了。因此同心氣動(dòng)霧化器的霧化

17、效率較低。電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜離子源離子源氣溶膠氣溶膠電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜離子源離子源石英炬管石英炬管 炬管由三個(gè)同心石英玻璃管組成，炬管炬管由三個(gè)同心石英玻璃管組成，炬管的前端穿過(guò)高頻線圈。外管通入的前端穿過(guò)高頻線圈。外管通入冷卻氣冷卻氣以趕以趕走空氣并使玻璃冷卻。走空氣并使玻璃冷卻。 中間管通入中間管通入輔助氣輔助氣，可以調(diào)節(jié)等離子焰。，可以調(diào)節(jié)等離子焰。 高頻發(fā)生器向固定線圈提供高頻電流，高頻發(fā)生器向固定線圈提供高頻電流，高頻電能通過(guò)線圈耦合到炬管內(nèi)電離的氬氣高頻電能通過(guò)線圈耦合到炬管內(nèi)電離的氬氣中，產(chǎn)生高溫等離子體。中，產(chǎn)生高溫等離子體。電感耦合

18、等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜離子源離子源炬管和感應(yīng)線圈炬管和感應(yīng)線圈電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜離子源離子源溫度分布溫度分布電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜離子源離子源 電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜ICP進(jìn)樣界面接口進(jìn)樣界面接口采樣錐和截取錐采樣錐和截取錐采樣錐和截取錐采樣錐和截取錐錐孔直徑錐孔直徑0.751.2mm采樣錐界面采樣錐界面 鎳錐的特性：鎳錐的特性：l 優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性l 優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性l 優(yōu)異的導(dǎo)電性能優(yōu)異的導(dǎo)電性能l 易于機(jī)械加工易于機(jī)械加工電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜離子提取系統(tǒng)離子提取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

19、示意圖結(jié)構(gòu)示意圖電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器四級(jí)桿四級(jí)桿 四根筆直的四根筆直的金屬或表面鍍有金屬或表面鍍有金屬的極棒與軸金屬的極棒與軸線平行并等距離線平行并等距離地懸置著。棒的地懸置著。棒的理想表面具有雙理想表面具有雙曲面形，但實(shí)際曲面形，但實(shí)際上常用近似雙曲上常用近似雙曲面的圓棒取代。面的圓棒取代。 極棒的制造和安裝要求都很高，尺寸公差要求極棒的制造和安裝要求都很高，尺寸公差要求10 m 或更小或更小。相對(duì)的兩級(jí)連接在一起。相對(duì)的兩級(jí)連接在一起。電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器四級(jí)桿四級(jí)桿 幅度為幅度為U和和V的的直流直流和和射頻射

20、頻電壓分別電壓分別施加在每根極棒上。施加在每根極棒上。一對(duì)極棒為正，另一一對(duì)極棒為正，另一對(duì)極棒為負(fù)。施加在對(duì)極棒為負(fù)。施加在每對(duì)極棒上的電壓都每對(duì)極棒上的電壓都具有同樣的幅度，但具有同樣的幅度，但符號(hào)相反，即有符號(hào)相反，即有180度的相差。度的相差。電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器 被分析的離子沿軸向被引進(jìn)四級(jí)桿裝置的一端，其速度由它們的能量被分析的離子沿軸向被引進(jìn)四級(jí)桿裝置的一端，其速度由它們的能量和質(zhì)量決定。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(guò)極和質(zhì)量決定。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(guò)極棒。若適當(dāng)?shù)剡x擇射頻和直流電壓，則只有

21、給定的棒。若適當(dāng)?shù)剡x擇射頻和直流電壓，則只有給定的m/z離子才能獲得穩(wěn)定的離子才能獲得穩(wěn)定的路徑而通過(guò)極棒，從其另一端出射。其它離子將被過(guò)分偏轉(zhuǎn)、與極棒碰撞路徑而通過(guò)極棒，從其另一端出射。其它離子將被過(guò)分偏轉(zhuǎn)、與極棒碰撞，并在極棒上被中和而丟失。，并在極棒上被中和而丟失。電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器 在正極棒平面在正極棒平面( (圖圖a) )中，較輕的中，較輕的離子有被過(guò)分偏轉(zhuǎn)并與極棒相撞的離子有被過(guò)分偏轉(zhuǎn)并與極棒相撞的傾向，而感興趣的離子和較重的離傾向，而感興趣的離子和較重的離子則有穩(wěn)定的路徑。四極桿的作用子則有穩(wěn)定的路徑。四極桿的作用相當(dāng)于一個(gè)高質(zhì)量過(guò)濾器。

22、相當(dāng)于一個(gè)高質(zhì)量過(guò)濾器。 在負(fù)極棒平面在負(fù)極棒平面( (圖圖b) )中，較重的中，較重的離子有優(yōu)先被丟失的傾向，而感興離子有優(yōu)先被丟失的傾向，而感興趣的離子和較輕的離子則有較穩(wěn)定趣的離子和較輕的離子則有較穩(wěn)定的路徑。因此，四極桿在負(fù)極桿平的路徑。因此，四極桿在負(fù)極桿平面的作用又相當(dāng)于一個(gè)低質(zhì)量過(guò)濾面的作用又相當(dāng)于一個(gè)低質(zhì)量過(guò)濾器器。 四級(jí)桿的二組極棒間離子分離的四級(jí)桿的二組極棒間離子分離的平面?zhèn)纫晥D平面?zhèn)纫晥D 電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜離子檢測(cè)器離子檢測(cè)器電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜離子檢測(cè)器離子檢測(cè)器 通道式電子倍增器通道式電子倍增器是是ICP-MS儀器中最常用的離

23、子檢測(cè)器。儀器中最常用的離子檢測(cè)器。一端具有錐形開(kāi)口的玻璃管，沒(méi)有分立的打拿級(jí)。管和錐的內(nèi)壁一端具有錐形開(kāi)口的玻璃管，沒(méi)有分立的打拿級(jí)。管和錐的內(nèi)壁均涂有氧化鉛半導(dǎo)體涂層。當(dāng)將一個(gè)電壓跨接在管子的兩端時(shí)，均涂有氧化鉛半導(dǎo)體涂層。當(dāng)將一個(gè)電壓跨接在管子的兩端時(shí)，在管子內(nèi)部存在一連續(xù)的電壓梯度。在管子內(nèi)部存在一連續(xù)的電壓梯度。 在一個(gè)離子撞擊到檢測(cè)器口的內(nèi)壁時(shí)，在收集器上將產(chǎn)生一在一個(gè)離子撞擊到檢測(cè)器口的內(nèi)壁時(shí)，在收集器上將產(chǎn)生一個(gè)含有多達(dá)個(gè)含有多達(dá)108個(gè)電子的不連續(xù)脈沖。個(gè)電子的不連續(xù)脈沖。 通道式電子倍增器通常有一個(gè)有限的壽命，它取決于總的累通道式電子倍增器通常有一個(gè)有限的壽命，它取決于總的

24、累積放電，即積放電，即(輸入離子輸入離子)(增益增益)。 電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜ICPMS分析中的干擾分析中的干擾在在ICP-MS中發(fā)現(xiàn)的干擾可分為兩大類：中發(fā)現(xiàn)的干擾可分為兩大類：質(zhì)譜干擾質(zhì)譜干擾非質(zhì)譜干擾非質(zhì)譜干擾(基體效應(yīng)基體效應(yīng))同量異位素重疊同量異位素重疊多原子或加合物離子多原子或加合物離子難熔氧化物離子難熔氧化物離子雙電荷離子雙電荷離子抑制和增強(qiáng)效應(yīng)抑制和增強(qiáng)效應(yīng)高含量總?cè)芙夤腆w引起的物理效應(yīng)高含量總?cè)芙夤腆w引起的物理效應(yīng)電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜質(zhì)譜干擾質(zhì)譜干擾同量異位素干擾同量異位素干擾 當(dāng)兩個(gè)元素的同位素具有相同質(zhì)量時(shí)就存在同量異位素干當(dāng)兩個(gè)元

25、素的同位素具有相同質(zhì)量時(shí)就存在同量異位素干擾。擾。 一般而論，具有奇數(shù)質(zhì)量的同位素不受質(zhì)譜重疊干擾，而一般而論，具有奇數(shù)質(zhì)量的同位素不受質(zhì)譜重疊干擾，而具有偶數(shù)質(zhì)量的許多同位素則相反。在具有偶數(shù)質(zhì)量的許多同位素則相反。在m/z=36以下，不存在同以下，不存在同量異位素峰干擾。量異位素峰干擾。 同量異位素重疊干擾除了來(lái)自樣品基體或溶樣酸中的元素同量異位素重疊干擾除了來(lái)自樣品基體或溶樣酸中的元素外，還有一些來(lái)自等離子體用的外，還有一些來(lái)自等離子體用的Ar氣以及液氣以及液Ar中的雜質(zhì)，如中的雜質(zhì)，如Kr，Xe等。等。 電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜質(zhì)譜干擾質(zhì)譜干擾同量異位素干擾同量異位素干

26、擾 電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜質(zhì)譜干擾質(zhì)譜干擾多原子離子干擾多原子離子干擾 由兩個(gè)或更多的原子結(jié)合而成的短壽命的復(fù)合離子，如由兩個(gè)或更多的原子結(jié)合而成的短壽命的復(fù)合離子，如ArO。 在實(shí)際工作中。在實(shí)際工作中?！岸嘣佣嘣印被蚧颉凹雍衔锛雍衔铩彪x子干擾比元離子干擾比元素的同量異位素重疊干擾更為嚴(yán)重。素的同量異位素重疊干擾更為嚴(yán)重。 多原子離子峰明顯地存在于多原子離子峰明顯地存在于82 m/z以下。以下。 多原子離子的形成取決于多種因素：多原子離子的形成取決于多種因素：l 酸和樣品基體的性質(zhì)酸和樣品基體的性質(zhì)l 離子提取的幾何位置離子提取的幾何位置l 等離子體及霧化系統(tǒng)的操作參數(shù)

27、等離子體及霧化系統(tǒng)的操作參數(shù)電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜 一般而論，最嚴(yán)重的多原子離子干擾是一般而論，最嚴(yán)重的多原子離子干擾是C，H，O，N，S，Cl的最高豐度同位素與的最高豐度同位素與Ar形成的多原子離子形成的多原子離子 。 許多多原子離子干擾是由形成的含許多多原子離子干擾是由形成的含O和和H的多原子離子的多原子離子直接引起的。直接引起的。O和和H由溶液中的水蒸氣解離產(chǎn)生，其濃度很由溶液中的水蒸氣解離產(chǎn)生，其濃度很高。若設(shè)法減少進(jìn)入等離子體中的水蒸氣的量，那么，這些高。若設(shè)法減少進(jìn)入等離子體中的水蒸氣的量，那么，這些離子的干擾將會(huì)大大減小。這很容易用一個(gè)恒溫霧室來(lái)予以離子的干擾將

28、會(huì)大大減小。這很容易用一個(gè)恒溫霧室來(lái)予以實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。質(zhì)譜干擾質(zhì)譜干擾多原子離子干擾多原子離子干擾 電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜質(zhì)譜干擾質(zhì)譜干擾多原子離子干擾多原子離子干擾 3280 m/z 區(qū)間的質(zhì)譜圖區(qū)間的質(zhì)譜圖(a) H2O2 (b) HNO3 (c) HCl (d) H2SO4縱坐標(biāo)滿量程為縱坐標(biāo)滿量程為 2000 計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)/s，3040 m/z 區(qū)間被跳過(guò)。區(qū)間被跳過(guò)。H2O2HNO3H2O2HClH2SO4(a)(b)(c)(d)40Ar16O40Ar40Ar35CI16O37CI16O32S16O2. 干擾干擾電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜質(zhì)譜干擾質(zhì)譜干擾難熔

29、氧化物干擾難熔氧化物干擾 難熔氧化物離子是由于樣品基體不完全解離或是由于在等難熔氧化物離子是由于樣品基體不完全解離或是由于在等離子體尾焰中解離元素再結(jié)合而產(chǎn)生的。離子體尾焰中解離元素再結(jié)合而產(chǎn)生的。 無(wú)論它們產(chǎn)生的原因是什么，其結(jié)果都是在無(wú)論它們產(chǎn)生的原因是什么，其結(jié)果都是在M+峰后峰后M加上加上質(zhì)量單位為質(zhì)量單位為16的倍數(shù)處出現(xiàn)干擾峰，如：的倍數(shù)處出現(xiàn)干擾峰，如：16(MO+)，32(MO2+)，或或48(MO3+)。 氧化物離子的產(chǎn)率通常是以其強(qiáng)度對(duì)相應(yīng)元素峰強(qiáng)度的比氧化物離子的產(chǎn)率通常是以其強(qiáng)度對(duì)相應(yīng)元素峰強(qiáng)度的比值，即值，即MO+/M+，一般用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示一般用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示 。 RF

30、正向功率和霧化氣流速對(duì)正向功率和霧化氣流速對(duì)MO+離子的形成都有很大影離子的形成都有很大影響。響。 電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜質(zhì)譜干擾質(zhì)譜干擾雙電荷離子干擾雙電荷離子干擾 只有二次電離能低于只有二次電離能低于Ar的一次電離能的一次電離能(16eV)的的那些元素才形成明顯的雙電荷離子。所涉及到的元那些元素才形成明顯的雙電荷離子。所涉及到的元素主要為堿土金屬、一些過(guò)渡金屬和稀土元素。素主要為堿土金屬、一些過(guò)渡金屬和稀土元素。 霧化氣流速能影響雙電荷離子的產(chǎn)率。霧化氣流速能影響雙電荷離子的產(chǎn)率。 在正常操作條件下，雙電荷離子的產(chǎn)率通常在正常操作條件下，雙電荷離子的產(chǎn)率通常都較低都較低(

31、1)。電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜質(zhì)譜干擾的減輕質(zhì)譜干擾的減輕l 儀器最佳化儀器最佳化 l 混合氣體和溶劑混合氣體和溶劑 l 樣品引入技術(shù)樣品引入技術(shù) l 基本的儀器設(shè)計(jì)基本的儀器設(shè)計(jì) l 其它等離子體源其它等離子體源 電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜非質(zhì)譜干擾非質(zhì)譜干擾l 由溶液中溶解的或未溶解的固體由溶液中溶解的或未溶解的固體(高鹽溶液高鹽溶液)所產(chǎn)生的物理所產(chǎn)生的物理 效應(yīng)。效應(yīng)。 通常將待測(cè)溶液的通常將待測(cè)溶液的TDS名義上限制在名義上限制在2000 g/mL。 l 抑制和增強(qiáng)效應(yīng)抑制和增強(qiáng)效應(yīng) 被測(cè)物的原子質(zhì)量越低，以及等離子體中被測(cè)物的電離被測(cè)物的原子質(zhì)量越低，

32、以及等離子體中被測(cè)物的電離度越低，加入的共存元素或基體元素對(duì)被測(cè)物的離子計(jì)數(shù)率度越低，加入的共存元素或基體元素對(duì)被測(cè)物的離子計(jì)數(shù)率的影響就越大。對(duì)某一特定的被測(cè)元素來(lái)說(shuō)，加入的基體元的影響就越大。對(duì)某一特定的被測(cè)元素來(lái)說(shuō)，加入的基體元素的原子量和電離度越大，基體元素對(duì)被測(cè)元素的計(jì)數(shù)率的素的原子量和電離度越大，基體元素對(duì)被測(cè)元素的計(jì)數(shù)率的影響也就越大影響也就越大 。電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜ICPMS分析方法分析方法l 定性分析定性分析 可以在可以在60 s內(nèi)收集全質(zhì)量范圍內(nèi)收集全質(zhì)量范圍(4240 m/z)內(nèi)的信息內(nèi)的信息，然后，從譜圖上檢查某一被測(cè)元素是否存在和判定可能，然后，

33、從譜圖上檢查某一被測(cè)元素是否存在和判定可能存在的干擾源。數(shù)據(jù)可用掃描或跳峰存在的干擾源。數(shù)據(jù)可用掃描或跳峰 的方法采集。的方法采集。當(dāng)分析當(dāng)分析者對(duì)樣品基體缺乏了解時(shí)，應(yīng)在進(jìn)行定量分析前先進(jìn)行定者對(duì)樣品基體缺乏了解時(shí)，應(yīng)在進(jìn)行定量分析前先進(jìn)行定性分析。性分析。 l 定量分析定量分析l 外標(biāo)法外標(biāo)法未知樣品必須稀釋至未知樣品必須稀釋至2000 g/mL TDS 。l 標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)加入法費(fèi)時(shí)，而且只適用于少數(shù)元素的測(cè)定。費(fèi)時(shí)，而且只適用于少數(shù)元素的測(cè)定。 l 同位素稀釋法同位素稀釋法電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜原始數(shù)據(jù)的校正方法原始數(shù)據(jù)的校正方法 所有校正方法都是基于靈敏度變化的性質(zhì)

34、所有校正方法都是基于靈敏度變化的性質(zhì)( (即即突變或漸變突變或漸變) )和元素間相對(duì)靈敏度變化這兩方面的某和元素間相對(duì)靈敏度變化這兩方面的某些假設(shè)而建立的。些假設(shè)而建立的。 l 外標(biāo)校正法外標(biāo)校正法 若信號(hào)的變化與時(shí)間或分析順序呈線性關(guān)系若信號(hào)的變化與時(shí)間或分析順序呈線性關(guān)系，則可使用外標(biāo)漂移校正法。，則可使用外標(biāo)漂移校正法。電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜原始數(shù)據(jù)的校正方法原始數(shù)據(jù)的校正方法l 內(nèi)標(biāo)校正法內(nèi)標(biāo)校正法 用一個(gè)元素作為參考點(diǎn)對(duì)另一個(gè)元素進(jìn)行校準(zhǔn)用一個(gè)元素作為參考點(diǎn)對(duì)另一個(gè)元素進(jìn)行校準(zhǔn)或校正的方法或校正的方法 。內(nèi)標(biāo)可用于下述目的：內(nèi)標(biāo)可用于下述目的：l 監(jiān)測(cè)和校正信號(hào)的短

35、期漂移。監(jiān)測(cè)和校正信號(hào)的短期漂移。l 監(jiān)測(cè)和校正信號(hào)的長(zhǎng)期漂移。監(jiān)測(cè)和校正信號(hào)的長(zhǎng)期漂移。l 對(duì)第二元素進(jìn)行校準(zhǔn)。對(duì)第二元素進(jìn)行校準(zhǔn)。l 校正一般的基體效應(yīng)。校正一般的基體效應(yīng)。電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜原始數(shù)據(jù)的校正方法原始數(shù)據(jù)的校正方法 在整個(gè)分析過(guò)程中，不同元素的響應(yīng)明顯不同，很少在整個(gè)分析過(guò)程中，不同元素的響應(yīng)明顯不同，很少有一個(gè)元素能反映所有元素的行為。有一個(gè)元素能反映所有元素的行為。內(nèi)標(biāo)元素的選擇內(nèi)標(biāo)元素的選擇 存在于樣品中的元素不能被用作內(nèi)標(biāo)。內(nèi)標(biāo)元素不應(yīng)存在于樣品中的元素不能被用作內(nèi)標(biāo)。內(nèi)標(biāo)元素不應(yīng)受同量異位素重疊或多原子離子的干擾或?qū)Ρ粶y(cè)元素的同受同量異位素重疊

36、或多原子離子的干擾或?qū)Ρ粶y(cè)元素的同位素產(chǎn)生這些干擾。位素產(chǎn)生這些干擾。 經(jīng)常采用的兩個(gè)內(nèi)標(biāo)元素是經(jīng)常采用的兩個(gè)內(nèi)標(biāo)元素是In和和Rh。 電感耦合等離子體質(zhì)譜電感耦合等離子體質(zhì)譜樣品預(yù)處理方法樣品預(yù)處理方法 l 一般問(wèn)題一般問(wèn)題 在樣品制備期間需要特別注意避免污染問(wèn)題。在樣品制備期間需要特別注意避免污染問(wèn)題。 可能產(chǎn)生污染的可能產(chǎn)生污染的3個(gè)主要來(lái)源是：個(gè)主要來(lái)源是： 1. 在粉碎、過(guò)篩和混勻樣品時(shí)所用的設(shè)備在粉碎、過(guò)篩和混勻樣品時(shí)所用的設(shè)備 2. 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和分解裝置實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和分解裝置 3. 制備樣品時(shí)所用的分析試劑制備樣品時(shí)所用的分析試劑 一般要求樣品的最大粒度為一般要求樣品的最大粒度為200目目(75m)以保證其均勻性。以保證其均勻性。 最