電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，簡稱ICP-MS)是一種高靈敏度、高精確度的分析儀器，用于元素分析和定量測量，能同時測定幾十種痕量無機(jī)元素，可進(jìn)行同位素分析、單元素和多元素分析，以及有機(jī)物中金屬元素的形態(tài)分析。其廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、環(huán)境、生物等領(lǐng)域，其優(yōu)勢包括高靈敏度、譜線簡單和寬動態(tài)范圍，通過技術(shù)進(jìn)步解決了多原子離子干擾等問題，確保分析結(jié)果準(zhǔn)確。

它將電感耦合等離子體技術(shù)(ICP)和質(zhì)譜(MS)結(jié)合起來，能夠?qū)悠分械母鞣N元素進(jìn)行分析和檢測。

ICP利用在電感線圈上施加的強(qiáng)大功率的高頻射頻信號在線圈內(nèi)部形成高溫等離子體，并通過氣體的推動，保證了等離子體的平衡和持續(xù)電離，在ICP-MS中，ICP起到離子源的作用，高溫的等離子體使大多數(shù)樣品中的元素都電離出一個電子而形成了一價正離子。

質(zhì)譜是一個質(zhì)量篩選和分析器，通過選擇不同質(zhì)核比(m/z)的離子通過來檢測到某個離子的強(qiáng)度，進(jìn)而分析計(jì)算出某種元素的強(qiáng)度。樣品通過離子源離子化，形成離子流，通過接口進(jìn)入真空系統(tǒng)，在離子鏡中，負(fù)離子、中性粒子以及光子被攔截，而正離子正常通過，并且達(dá)到聚焦的效果。在分析器中，儀器通過改變分析器參數(shù)的設(shè)置，僅使核質(zhì)比的元素離子順利通過并且進(jìn)入檢測器，在檢測器中對進(jìn)入的離子個數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到了最終的元素的含量。

ICP-MS構(gòu)成

? 電感耦合等離子體：樣品引入系統(tǒng)，離子源；

? 接口：采樣錐，截取錐；

? 質(zhì)譜：離子透鏡系統(tǒng)，四級桿離子過濾器，檢測器。

ICP-MS分類

? 四極桿(Quadrupole)

? 扇形場(Sector Field)

? 飛行時間(Time of Flight)

? 離子阱(Ion Trap)

工作原理

1、電感耦合等離子體(ICP)產(chǎn)生

通過在氬氣環(huán)境下施加高頻電場，將樣品中的氣體轉(zhuǎn)化為高溫等離子體。ICP通常在數(shù)千攝氏度的溫度下運(yùn)行，使得樣品中的原子被激發(fā)或電離。

2、離子抽取

通過引入氣體流動并設(shè)置適當(dāng)?shù)碾妶觯瑢⒃诘入x子體中形成的離子抽取出來。

3、質(zhì)譜分析

離子從抽取系統(tǒng)中進(jìn)入質(zhì)譜部分。在這里，離子會經(jīng)過質(zhì)量分析器，根據(jù)它們的質(zhì)荷比(m/z)來分離和選擇。質(zhì)譜器可以使用磁場、電場和/或飛行時間原理進(jìn)行質(zhì)譜分析。

4、檢測和數(shù)據(jù)處理

質(zhì)譜儀使用離子檢測器來檢測離子，并將其轉(zhuǎn)化為電信號。這些信號經(jīng)過放大和數(shù)字化后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析得到最終結(jié)果。

技術(shù)優(yōu)勢

? 靈敏度

ICP-MS靈敏度高，具有很低的檢出限，可達(dá)納克每毫升或更低水平。

? 譜線簡單

相對于其他光譜技術(shù)，ICP-MS的譜線干擾較少，能夠提供清晰的分析結(jié)果。

? 動態(tài)范圍寬

其線性范圍可達(dá)7-9個數(shù)量級，適合同時測定多種元素。

? 多元素同時測定

包括同位素分析，有機(jī)物中金屬元素的形態(tài)分析，可測定的元素面寬，可達(dá)80余元素。

行業(yè)應(yīng)用

? 地球科學(xué)

用于土壤、巖石和水樣品中的元素分析，研究地球演化、環(huán)境污染等問題。

? 環(huán)境科學(xué)

用于環(huán)境樣品中有毒元素(如重金屬)的監(jiān)測與分析，研究環(huán)境污染與健康風(fēng)險。

? 生命科學(xué)

用于生物體內(nèi)的微量元素分析，如血液、尿液和組織樣品，研究相關(guān)健康問題。

? 食品安全

用于食品中微量元素的檢測與分析，如重金屬、農(nóng)藥殘留等。

? 藥物研發(fā)

用于對藥物中的元素進(jìn)行定量分析和質(zhì)量控制。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

-HJ 657-2013空氣和廢氣顆粒物中鉛等金屬元素的測定電感耦合等離子體質(zhì)譜法

-HJ 700-2014水質(zhì)65種元素的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

-HJ 766-2015固體廢物 金屬元素的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

-HJ 803-2016土壤和沉積物12種金屬元素的測定 王水提取-電感耦合等離子體質(zhì)譜法

-GB/T 30903-2014無機(jī)化工產(chǎn)品 雜質(zhì)元素的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)

-GB/T 35828-2018化妝品中鉻、砷、鎘、銻、鉛的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

-GB/T 33351.1-2016電子電氣產(chǎn)品中砷、鈹、銻的測定 第1部分：電感耦合等離子體質(zhì)譜法

-GB/T 8647.11-2019鎳化學(xué)分析方法 第11部分鎂、鋁、錳、鈷、銅、鋅、鎘、錫、銻、鉛、鉍含量的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

-GB/T 5121.28-2021銅及銅合金化學(xué)分析方法 第28部分：鉻、鐵、錳、鈷、鎳、鋅、砷、硒、銀、鎘、錫、銻、碲、鉛和鉍含量的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

-GB/T 17418.7-2010地球化學(xué)樣品中貴金屬分析方法 第7部分：鉑族元素量的測定 鎳锍試金-電感耦合等離子體質(zhì)譜法

常用測定方法

1、通過譜線的質(zhì)荷之比進(jìn)行定性分析；

2、通過譜線全掃描測定所有元素的大致濃度范圍，即半定量分析，不需要標(biāo)準(zhǔn)溶液，多數(shù)元素測定誤差小于20%；

3、用標(biāo)準(zhǔn)溶液校正而進(jìn)行定量分析，這是在日常分析工作中應(yīng)用最為廣泛的功能；

4、同位素比測定是ICP-MS的一個重要功能，可用于地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)及中醫(yī)藥學(xué)研究上的追蹤來源的研究及同位素示蹤。

檢測案列

水質(zhì)分析

鑒別是否符合電子級水

? 測試方法

GB/T 11446.1-2013電子級水

? 測試結(jié)果

? 測試結(jié)論

該水質(zhì)符合EW-Ⅱ電子級水。

化妝品有害物質(zhì)分析

鑒別該化妝品是否符合《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》(2015年版)

? 測試方法

《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》(2015年版)第四章1.6電感耦合等離子體質(zhì)譜法

? 測試結(jié)果

? 測試結(jié)論

理化檢驗(yàn)項(xiàng)目鉛、砷、汞、鎘均符合《化妝品安全技術(shù)規(guī)范》2015年版的限值規(guī)定。

常見問題

1、ICP-MS的信號強(qiáng)度不穩(wěn)定或不準(zhǔn)確

可能是由于離子源供應(yīng)不穩(wěn)定，需要檢查離子源的工作狀態(tài)、氣體流量和電流設(shè)置。同時，也需要檢查采樣系統(tǒng)的清潔程度和是否有堵塞。

2、ICP-MS的背景信號過高

可能是由于設(shè)備沒有正確預(yù)處理或者環(huán)境中存在干擾物質(zhì)。可以嘗試優(yōu)化設(shè)備的預(yù)處理步驟或者調(diào)整工作環(huán)境，確保環(huán)境干凈。

3、ICP-MS的靈敏度下降

可能是由于離子源或者質(zhì)譜儀部件需要清潔或更換。建議定期對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，保持設(shè)備的清潔和良好狀態(tài)。

4、ICP-MS出現(xiàn)故障代碼或報警

根據(jù)設(shè)備的故障代碼或報警信息，查找設(shè)備說明書或者詢問廠家技術(shù)支持，進(jìn)行相應(yīng)的故障排查和維修處理。

5、針對環(huán)境樣品，ICP-MS檢測時比較快的前處理方法有哪些

? 采用高壓微波消解系統(tǒng)，MILLSTONE或CEM等；

? 微波消解或酸浸取，視樣品和元素而定，如果作同位素豐度，用浸取就夠；

? 視哪種環(huán)境樣品而定，水樣用酸固定就可，土壤比較難做，微波消解也可，按照所做的元素不同采用不同的速度和方法。

6、ICP-MS測食品樣品效果不好，怎樣才能很好的應(yīng)用？測食品樣品中砷、鉛、隔、銅、硒等，它們之間有互相干擾么?

? 砷\硒要用CCT(或DRC)；

? 標(biāo)準(zhǔn)曲線如何(r值)？如果樣品中Cu的含量較高，可以考慮Cu65測量，As應(yīng)考慮ArCl75的干擾，應(yīng)用CCT(或DRC)，另外在樣品消化過程中Se容易跑；

? As75要注意ArCl的干擾，如果CL很高的話用數(shù)學(xué)校正法比較困難；

? 反應(yīng)池能用純甲烷氣體, 消除40Ar+40Ar+對80Se的干擾，80Se的檢出限優(yōu)于1ppt，將低含量受干擾的80Se元素在1000mg/lNaCl基質(zhì)中50ppt的回收率優(yōu)于95%。

7、ICP-MS做Hg時系統(tǒng)清洗有什么好辦法

? 在清洗液中加點(diǎn)金(Au)的化合物，Au與Hg易結(jié)合形成絡(luò)合物；

? 一般的濃度是10ppm，這樣就能較好的清洗Hg的殘留；

? 用ICP-MS作汞不要做高濃度的，汞容易揮發(fā)，一般作<20ppb的比較好操作；

? 用0.1%巰基乙醇；

? 用堿溶液是經(jīng)驗(yàn)溶液，效果較好。

8、ICP-MS測Hg效果如何？檢測含量范圍有多大？對AS和Cr進(jìn)行形態(tài)分析？

? ICP-MS測定Hg的范圍可以低到ppt級，不過樣品的處理和介質(zhì)很重要，不然偏差很大，記憶效應(yīng)也很大；測Hg很麻煩，主要是記憶，用堿性溶液洗才有效；

? 一般來說10ppb左右或者以下的比較好，因?yàn)橛洃浶Ч艽螅鐾炅艘逑春荛L時間。可以用稀釋的做，用堿來洗比較好；

? 在儀器的形態(tài)分析中，研究最多的是砷，約占三分之一，然后依次是鉻、汞、碲、硒、錫、鉛、銅、錳、釩、鉑、鎳和溴等。目前新的是在一次分析中進(jìn)行多個元素的形態(tài)分析。利用動態(tài)反應(yīng)池，可以在一次分析中同時分析As、Se和Cr的形態(tài)。

9、用ICP-MS可以做血樣中微量元素嗎？做的結(jié)果Fe總是偏低，內(nèi)標(biāo)Sc的回收率低且不能固定選一個內(nèi)標(biāo)進(jìn)行元素的測定，比如今天用209做Pb的內(nèi)標(biāo)質(zhì)控值很好，但隔天做Pb的質(zhì)控值就低很多，什么原因？

? 血樣重點(diǎn)看消化過程，一般基體影響不太大，F(xiàn)e用冷焰做的話，Sc本身電離的不好，信號不是很穩(wěn)定的，至于209內(nèi)標(biāo)校正Pb的測定不穩(wěn)定，或者是儀器的質(zhì)量數(shù)有所漂移，或者是Bi的溶液水解導(dǎo)致不穩(wěn)定；

? 血樣直接稀釋測定，有機(jī)質(zhì)沒有被消化，粘度大，導(dǎo)致進(jìn)樣管道記憶效應(yīng)嚴(yán)重，測定效果不好。應(yīng)用HNO3封閉溶樣消化有機(jī)質(zhì)，這樣稀釋倍數(shù)可以降低，測試效果好；

? 做血清，現(xiàn)在還在建立方法階段。文獻(xiàn)有用10%氨水和EDTA做的，加0.01%TritonX-100，在稀釋劑中加1.5%正丁醇對As和Se會好一些；

? 用1%的硝酸不會有沉淀，但很多元素的日間精密度很差。

10、ICP-MS做礦石樣，用標(biāo)準(zhǔn)加入法測得線性還可以，但用內(nèi)標(biāo)法測得的工作曲線不太好，且很多定量分析都用內(nèi)標(biāo)法，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法的多嗎？

? 用標(biāo)準(zhǔn)加入法可以很好地克服基體匹配的問題，礦樣的基體比較復(fù)雜所以用標(biāo)準(zhǔn)加入法好一些，對于背景簡單的樣品內(nèi)標(biāo)法簡便一些；

? 如果用內(nèi)標(biāo)法，先要保證樣品基體中不含有你選擇的作為內(nèi)標(biāo)的元素。