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電感耦合等離子體質(zhì)譜分析原理

閱讀：68發(fā)布時(shí)間：2025-7-24

　　電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)是一種元素分析技術(shù)，用于根據(jù)元素的電離來(lái)測(cè)量和鑒定樣品基質(zhì)中的元素。它用于各種行業(yè)，包括但不限于環(huán)境監(jiān)測(cè)、地球化學(xué)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(zhuǎn)化為離子。它通常由氬氣組成，使用感應(yīng)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(zhì)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(lǐng)域。通過(guò)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(chǎn)生可檢測(cè)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(duì)豐度。ICP-MS在分析各種環(huán)境樣品中的痕量金屬方面發(fā)揮著重要作用，這有助于EMSL在生物學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)方面的研究工作。

　　ICP-MS通常配備有液相樣品引入系統(tǒng)(霧化器)。它可以與色譜分離技術(shù)相結(jié)合。激光燒蝕是在ICP-MS檢測(cè)之前對(duì)固體進(jìn)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(qū)域中離子的有效產(chǎn)生和離子檢測(cè)器的靈敏度有關(guān)。ICP-MS的一個(gè)實(shí)用特點(diǎn)是ICP放電是在大氣壓下進(jìn)行的。因此，該技術(shù)應(yīng)用廣泛，可以方便地連接到不同的樣品引入系統(tǒng)，包括溶液霧化、激光燒蝕、電熱蒸發(fā)、化學(xué)氣體發(fā)生或高效液相色譜。

　　離子強(qiáng)度ICP質(zhì)譜反映了每秒檢測(cè)到的離子數(shù)量(每秒計(jì)數(shù)或cps)，并在一系列連續(xù)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(zhuǎn)化為氣溶膠或直接以氣體形式引入，(ii)將氣溶膠/氣體轉(zhuǎn)化為等離子體，(iii)霧化引入的化合物，然后在熱等離子體環(huán)境中電離原子，(iv)將產(chǎn)生的離子從在大氣壓下操作的等離子體轉(zhuǎn)移到在高真空下操作的質(zhì)量分離器(分析器)，包括通過(guò)離子光學(xué)器件進(jìn)行離子提取，(v)根據(jù)離子的質(zhì)荷比(m/z)分離離子，以及(vi)通過(guò)檢測(cè)器檢測(cè)分離的離子并將離子通量強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)(cps)

　　考慮到液體的引入，樣品氣溶膠通過(guò)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(guò)激光燒蝕或電熱蒸發(fā)產(chǎn)生的干燥氣溶膠。一旦氣溶膠進(jìn)入熱等離子體區(qū)域，一些粒子在氣態(tài)物質(zhì)被霧化和電離之前就蒸發(fā)了。這些工藝的有效性取決于化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)和等離子體條件。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，不是所有的粒子都被蒸發(fā)，但是一些的粒子和/或液滴可以穿過(guò)等離子體而沒(méi)有蒸發(fā)。在大多數(shù)市售儀器中，使用氬氣。因此，產(chǎn)生的等離子體主要由氬原子組成，并伴有大量來(lái)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(zhì)(粒子、蒸汽、原子和離子)將在通過(guò)等離子體區(qū)時(shí)分散。等離子體中形成的離子被傳輸?shù)劫|(zhì)量分析器m/z。最后，質(zhì)荷比合適的離子到達(dá)檢測(cè)器，在檢測(cè)器中被計(jì)數(shù)。元素質(zhì)譜儀通常覆蓋6至254 amu的質(zhì)量范圍。因此，它們可以檢測(cè)元素周期表中大多數(shù)元素的同位素離子。

電子的強(qiáng)度與等離子體中形成并通過(guò)ICP-MS離子光學(xué)器件傳輸?shù)碾x子數(shù)量有關(guān)。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(xué)元素的電離度取決于等離子體溫度。一般來(lái)說(shuō)，ICP被認(rèn)為是一種有效的離子源。假設(shè)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(dāng)然，給定元素的電離效率會(huì)影響信噪比。值得注意的是，信號(hào)強(qiáng)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(diǎn)。離子通道。并且化學(xué)和物理源的基質(zhì)效應(yīng)可以發(fā)生在任何上述方法的每個(gè)步驟中。這些效應(yīng)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(tuán)簇離子引起的。前者只是輕微的，但后者強(qiáng)烈依賴(lài)于等離子體參數(shù)。

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