電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(簡稱 ICP-MS)是一種高靈敏度、高選擇性的元素分析技術(shù)，廣泛應(yīng)用于環(huán)境、地質(zhì)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、食品和核工業(yè)等領(lǐng)域。它結(jié)合了電感耦合等離子體(ICP)的高效離子化能力和質(zhì)譜(MS)的高分辨檢測能力，能夠?qū)悠分泻哿可踔脸哿?ppt至ppq級別)的金屬和部分非金屬元素進(jìn)行定性和定量分析。

一、基本原理

●樣品引入：液體樣品通常通過霧化器轉(zhuǎn)化為氣溶膠，再經(jīng)霧化室篩選后送入等離子體;固體或氣體樣品可通過激光燒蝕或氣體進(jìn)樣系統(tǒng)引入。

●電感耦合等離子體(ICP)：

利用高頻電磁場(通常為27或40 MHz)在氬氣氛圍中產(chǎn)生高溫(約6000–10000 K)等離子體。

高溫使樣品中的元素原子化并高效電離，形成帶正電荷的離子(主要是單電荷離子 M?)。

●質(zhì)譜檢測(MS)：

離子通過接口(采樣錐和截取錐)進(jìn)入真空系統(tǒng)。

經(jīng)離子透鏡聚焦后，由質(zhì)量分析器(如四極桿、磁扇區(qū)、飛行時(shí)間TOF等)按質(zhì)荷比(m/z)分離。

檢測器(如電子倍增器)記錄不同 m/z 對應(yīng)的離子強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)元素識別與定量。

 ICP-MS原理圖

二、主要特點(diǎn)

●高靈敏度：檢測限通常在 ppt(10?¹²)至 ppq(10?¹?)級別。

●多元素同時(shí)/快速分析：可在數(shù)分鐘內(nèi)完成數(shù)十種元素的測定。

●寬動態(tài)范圍：可達(dá)9個(gè)數(shù)量級(從 ppt 到百分比濃度)。

●同位素分析能力：可用于同位素比值測定(如地質(zhì)年代學(xué)、示蹤研究)。

●干擾問題：存在質(zhì)譜干擾(如多原子離子、同量異位素)和基體效應(yīng)，需通過碰撞/反應(yīng)池(CRC)、高分辨(HR-ICP-MS)或數(shù)學(xué)校正等手段消除。

ICP-OES 與 ICP-MS 區(qū)別圖示

三、儀器組成

●進(jìn)樣系統(tǒng)：霧化器、霧化室、蠕動泵(液體);激光剝蝕系統(tǒng)(固體)。

●ICP源：射頻發(fā)生器、石英炬管、冷卻/輔助/載氣系統(tǒng)(通常為高純氬氣)。

●接口系統(tǒng)：采樣錐(通常為鎳或鉑)、截取錐。

●真空系統(tǒng)：維持質(zhì)譜分析區(qū)域的高真空。

●質(zhì)量分析器：

四極桿(最常見，成本低、速度快)

磁扇區(qū)(高分辨，可分辨復(fù)雜干擾)

飛行時(shí)間(TOF，全譜同時(shí)采集)

●檢測器與數(shù)據(jù)系統(tǒng)：電子倍增器、脈沖/模擬雙模式檢測、控制與分析軟件。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

●環(huán)境監(jiān)測：水中重金屬、土壤污染物分析。

●地質(zhì)與礦產(chǎn)：巖石、礦物中微量元素及同位素比值測定。

●生物醫(yī)學(xué)：血液、尿液中痕量元素(如As、Pb、Hg)檢測;金屬藥物代謝研究。

●食品安全：食品中重金屬污染監(jiān)控(如Cd、As、Pb)。

●半導(dǎo)體工業(yè)：高純材料中超痕量雜質(zhì)控制。

●核工業(yè)：鈾、钚等放射性元素及其同位素分析。

五、發(fā)展趨勢

●聯(lián)用技術(shù)：如LC-ICP-MS(液相色譜聯(lián)用)用于元素形態(tài)分析(如As(III)/As(V)、甲基汞)。

●單顆粒/單細(xì)胞ICP-MS：用于納米顆粒表征或細(xì)胞內(nèi)金屬分布研究。

●便攜式/小型化ICP-MS：拓展現(xiàn)場快速檢測能力。

●人工智能輔助數(shù)據(jù)處理：提升干擾校正與定量精度。

ICP-MS因其優(yōu)秀的分析性能，已成為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室中重要的元素分析工具。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，其應(yīng)用范圍和分析能力仍在持續(xù)擴(kuò)展。