一、ICP-MS簡述
ICP-MS 是以電感耦合等離子體作為離子源, 以質(zhì)譜進(jìn)行檢測的無機(jī)多元素分析技術(shù)。ICP-MS技術(shù)起源于已有的兩種技術(shù)——氬氣ICP和四級桿質(zhì)譜儀,這些系統(tǒng)雖然還需要在ICP與質(zhì)譜儀的接口方面作一些改進(jìn)。電感耦合等離子體(ICP)和質(zhì)譜(MS)技術(shù)的聯(lián)姻成為20世紀(jì)80年代初分析化學(xué)領(lǐng)域最成功的創(chuàng)舉,也是分析科學(xué)家們最富有成果的一次國際性技術(shù)合作。從1980年Houk等人的第一篇ICP-MS可行性文章發(fā)表,到1983年第一臺商品化儀器的問世只有3年時間。盡管早期ICP-MS系統(tǒng)昂貴、龐大、復(fù)雜、自動化程度有限,而且信號漂移嚴(yán)重,但低檢出限的多元素同時檢測和簡單的質(zhì)譜信息輸出(包含同位素比值信息)等顯著的優(yōu)點(diǎn)使人們很快接受了這項(xiàng)剛出現(xiàn)的技術(shù)。
二、原理及基本構(gòu)造
1.ICP-MS基本原理
樣品進(jìn)行ICP-MS分析時一般經(jīng)過以下四步:
1)分析樣品通常以水溶液的氣溶膠形式引入氬氣流中,然后進(jìn)入由射頻能量激發(fā)的處于大氣壓下的氬等離子體中心區(qū);
2)等離子的高溫使樣品去溶劑化、汽化解離和電離;
3)部分等離子體經(jīng)過不同的壓力區(qū)進(jìn)入真空系統(tǒng),在真空系統(tǒng)內(nèi),正離子被拉出并按其質(zhì)荷比分離;
4)檢測器將離子轉(zhuǎn)化為電子脈沖,然后由積分測量線路計(jì)數(shù);
電子脈沖的大小與樣品中分析離子的濃度有關(guān),通過與已知的標(biāo)準(zhǔn)或參比物質(zhì)比較,實(shí)現(xiàn)未知樣品的痕量元素定量分析。
2.ICP-MS基本構(gòu)造
一個標(biāo)準(zhǔn)的ICP-MS儀器分為三個基本部分:
1)ICP(樣品引入系統(tǒng),離子源)
2)接口(采樣錐,截取錐)
3)質(zhì)譜儀(離子聚焦系統(tǒng),四級桿過濾器,離子檢測器)
三、主要結(jié)構(gòu)解析
1.樣品引入系統(tǒng)
ICP要求所有樣品以氣體、蒸汽和細(xì)霧滴的氣溶膠或固體小顆粒的形式進(jìn)入中心通道氣流中。針對于不同樣品性狀,有多種引入方式。
1)流動注射進(jìn)樣特點(diǎn):樣品用量少,對溶液TDS和粘度要求不高,設(shè)備簡單靈活;
2)電熱蒸發(fā)直接進(jìn)樣特點(diǎn):進(jìn)樣量少,傳輸率高(>60%),可預(yù)先去除溶劑,可預(yù)先去除基體;
3)氫化物發(fā)生進(jìn)樣特點(diǎn):接近于100%的傳輸率,與溶液基體充分分離,具有預(yù)富集的效果;
4)激光燒蝕法進(jìn)樣特點(diǎn):原位無損分析,重現(xiàn)性好,線性范圍寬,適用于多種樣品(包括鋼鐵、陶瓷、礦物、核材料、食品等)。
2.霧化器
ICP-MS中主要使用三種類型的霧化器:
1)同心霧化器。氣流與毛細(xì)管平行,氣流迅速通過毛細(xì)管末端,溶液由毛細(xì)管引入低壓區(qū),低壓與高速氣流共同將溶液破碎成氣溶膠。
優(yōu)點(diǎn):靈敏度高、穩(wěn)定性好
缺點(diǎn):易堵塞、更換成本高、玻璃材質(zhì)不耐氫氟酸。
2)交叉流霧化器。利用高速氣流與液流之間接觸使液體破碎產(chǎn)生氣溶膠。
優(yōu)點(diǎn):堅(jiān)固且易于清洗、不宜堵塞
缺點(diǎn):霧化效果比同心霧化器略差。
3)Babington型霧化器。氣流從一細(xì)孔中高速噴出,將沿V型槽流下的蒲層液流破碎成霧滴。Babington型霧化器事實(shí)上是交叉流霧化器中的一種。
優(yōu)點(diǎn):適應(yīng)高鹽分試樣
缺點(diǎn):霧化效率低