电感耦合等离子体质谱

　　电感耦合等离子体质谱(Inductively CoupledPlasma Mass Spectrometry缩写为ICP-MS)是80年代发展起来的分析测试技术,它以独特的接口将电感耦合等离子体(ICP)的高温电离特性与四极质谱仪的灵敏快速扫描特性相结合,近年来已成为一种强大的元素分析技术。该技术具有检出线低、动态线性范围宽、谱线简单、分析精密度高、分析速度快以及可提供同位素信息等分析特征。

　　1　基本原理

　　如图1所示,ICP-MS主要由ICP、接口、离子透镜、四极质量分析器及检测器组成。

　　在整套系统中,ICP是作为质谱的离子源,通常使用气动雾化器把分析物溶液转化为极细的气溶胶雾滴,以氩气为载气将样品带入等离子体。氩气穿过等离子体,形成一条中心通道,样品一般在通道内距感应线圈10mm处电离,此处电离温度为7500-8000K。霍克(Houk)博士曾计算过7500K下电子密度为1015cm-3时元素单电荷正离子的电离度,结果看到,有50多种元素的电离度大于90%,即使一些电离能较高的非金属,如P、S、As、Se等,也能产出一定量的单电荷正离子,而且对于一些具有最低二次电离能的元素,如Ba,所产出的双电荷离子也只在10%左右。因此ICP是一个很好的离子源。

　　由于ICP是在大气压力下工作的,而质谱仪一般要求真空度达到10-5mbar以上,因此需要一个接口将它们联结起来。图2是VGPQ系列的接口示意图,它由前后两个锥组成,分别叫采样锥和截取锥,锥孔分别为1mm和0.75mm。由于锥两面存在压力差,因而载气流就会携带着离子进入真空系统。采样锥锥孔较大,这是为了减少金属氧化物的形成;截取锥锥孔较小,以进一步减少进入真空系统的离子量。锥的材料一般为Ni,因为Ni具有高热导性能,而且比较结实耐腐蚀,成本也较低。除此之外,还可用Pt。

　　进入真空系统的离子有足够长的平均自由程,得以被静电透镜提取和聚焦。第一级静电透镜(提取电极)被加以负电压,这样它们就能提取正离子,并将它们传送到下级透镜中去,负离子及中性粒子都将被真空泵抽走。在此系统中还有一个光子挡板,防止光子进入质量分析器。离子通过离子透镜,进入四极杆质量分析器,电子倍增管将信号放大,进入多通道分析器(MCA)进行分析。检测方式有模拟计数和脉冲计数两种。

　　2　主要技术参数指标

　　(1)灵敏度及检出限

　　VG PQ3 ICP-MS的灵敏度为Li、Co、In、Bi>20Mcps /mg·l-1,背景在5-10cps之间,相当于0.25-0.5ng /l,所以ICP-MS是一种非常灵敏的检测方法。

　　ICP-MS对一般元素的检出限都能达到几或几十个ng /l,如VG PQ3(带冷等离子体屏蔽炬)的保证检出限Be<5,Co<2,In,U<0.5,Li 0.1,Na3,Fe 5,Ca<25,As<5ng /l。它的检出限远远低于ICP-AES,与石墨炉原子吸收光谱(ETV AAS)相仿或更优,但后者不能同时进行多元素测定。