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电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术的发展及其应用

于水  
【摘要】:ICP-MS是一种将ICP高温电离特性与四极杆质谱仪的灵敏快速扫描的优点相结合而形成的一种新型的元素和同位素分析技术。它提供了极低的检出限、很宽的动态线性范围,干扰少、精密度高、分析速度快,可进行多元素同时测定以及可提供精确的同位素信息等。它由进样系统、ICP、接口、真空系统、离子透镜、四极质量分析器、检测器及数据处理系统组成。等离子体是高频电感偶合线圈所致的振荡磁场中自由电子形成的,能量通过碰撞传递给Ar分子,产生近10000k的温度。样品气溶胶进入后,产生解离,原子化和电离,转变为分子、原子、正离子、负离子、电子、光子等不同粒子的气态混合物,形成特殊的物质第四态--等离子体(plasma)。等离子体的目的就是将气溶胶转换为正电荷离子。为了能够从复杂的样品基体中得到更好的结果,必须优化等离子体负载以便维持较高的离子化温度并获得满意的灵敏度。ICP-MS的测量误差来自谱干扰和非谱干扰两方面。谱干扰是指待测元素的离子与其它离子或多原子离子的质谱峰之间的相互重叠,这种干扰对于低分辨率的四极杆质谱仪来说,是需要认真判别的。非谱干扰是指较高浓度的基体元素或溶液的介质对样品气溶胶在产生、传输以及待测离子的电离、提取和聚焦等过程产生的影响。谱干扰除了来自同质异序素、第二电离能低的元素的双电荷离子外,主要来自等离子体的工作气体(Ar)、样品基体(O,H,C,P,S,Cl,Na等)和工作环境中的空气以及处理样品所用试剂中各种元素组合而产生的多原子离子干扰。多原子离子干扰主要集中在原子序数从52-80的范围内。ICP-MS发展早期,多原子离子对52-80的范围内的元素干扰严重,其灵敏度不及ICP-OES(电感偶合等离子体发射光谱)。近年来,随着屏蔽炬、碰撞反应池和高基体进样系统技术的出现,可以有效减少样品进样量,提高离子化效率,减少氧化物的形成,并有效消除基体抑制效应,使得ICP-MS成为真正意义上的无机质谱。Agilent公司于2009年推出的7700x系列ICP-MS设备可以实现:无论样品基体如何复杂,无论待测元素受何种干扰,无论待测元素有几种,无需针对目标元素逐个优化仪器测量方法,亦无需对样品进行特殊处理,采用相同的工作条件,均可同时达到优于10ppt的方法检出限。ICP-MS技术已应用于环境、半导体、核科学、临床检验、药物分析、地球科学、法医学、临床医学、食品与卫生等领域。本文例举了ICP-MS在临床医学、药物分析中的具体应用,阐述了该技术在多元素含量分析方面的优越性,此外,例举了同位素比值测定对甑别放射性污染源项的意义。此外,文章还例举了ICP-MS的进行元素化学形态方面的应用。

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