電感耦合等離子體質譜儀(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元素，可進行同位素分析、單元素和多元素分析，以及有機物中金屬元素的形態(tài)分析。其廣泛應用于地質、環(huán)境、生物等領域，其優(yōu)勢包括高靈敏度、譜線簡單和寬動態(tài)范圍，通過技術進步解決了多原子離子干擾等問題，確保分析結果準確。

它將電感耦合等離子體技術(ICP)和質譜(MS)結合起來，能夠對樣品中的各種元素進行分析和檢測。

ICP利用在電感線圈上施加的強大功率的高頻射頻信號在線圈內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。

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

ICP-MS構成

? 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)產生

通過在氬氣環(huán)境下施加高頻電場，將樣品中的氣體轉化為高溫等離子體。ICP通常在數(shù)千攝氏度的溫度下運行，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置適當?shù)碾妶?，將在等離子體中形成的離子抽取出來。

3、質譜分析

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

4、檢測和數(shù)據(jù)處理

質譜儀使用離子檢測器來檢測離子，并將其轉化為電信號。這些信號經過放大和數(shù)字化后，進行數(shù)據(jù)處理和分析得到最終結果。

技術優(yōu)勢

? 靈敏度

ICP-MS靈敏度高，具有很低的檢出限，可達納克每毫升或更低水平。

? 譜線簡單

相對于其他光譜技術，ICP-MS的譜線干擾較少，能夠提供清晰的分析結果。

? 動態(tài)范圍寬

其線性范圍可達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，有機物中金屬元素的形態(tài)分析，可測定的元素面寬，可達80余元素。

行業(yè)應用

? 地球科學

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

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)境污染與健康風險。

? 生命科學

用于生物體內的微量元素分析，如血液、尿液和組織樣品，研究相關健康問題。

? 食品安全

用于食品中微量元素的檢測與分析，如重金屬、農藥殘留等。

? 藥物研發(fā)

用于對藥物中的元素進行定量分析和質量控制。

檢測標準

-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譜法

-HJ 700-2014水質65種元素的測定 電感耦合等離子體質譜法

-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譜法

-GB/T 30903-2014無機化工產品 雜質元素的測定 電感耦合等離子體質譜法(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譜法

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

-GB/T 8647.11-2019鎳化學分析方法 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譜法

-GB/T 5121.28-2021銅及銅合金化學分析方法 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譜法

-GB/T 17418.7-2010地球化學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譜法

常用測定方法

1、通過譜線的質荷之比進行定性分析；

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，不需要標準溶液，多數(shù)元素測定誤差小于20%；

3、用標準溶液校正而進行定量分析，這是在日常分析工作中應用最為廣泛的功能；

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

檢測案列

水質分析

鑒別是否符合電子級水

? 測試方法

GB/T 11446.1-2013電子級水

? 測試結果

? 測試結論

該水質符合EW-Ⅱ電子級水。

化妝品有害物質分析

鑒別該化妝品是否符合《化妝品安全技術規(guī)范》(2015年版)

? 測試方法

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

? 測試結果

? 測試結論

理化檢驗項目鉛、砷、汞、鎘均符合《化妝品安全技術規(guī)范》2015年版的限值規(guī)定。

常見問題

1、ICP-MS的信號強度不穩(wěn)定或不準確

可能是由于離子源供應不穩(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

可能是由于設備沒有正確預處理或者環(huán)境中存在干擾物質?？梢試L試優(yōu)化設備的預處理步驟或者調整工作環(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譜儀部件需要清潔或更換。建議定期對設備進行維護保養(yǎng)，保持設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)設備的故障代碼或報警信息，查找設備說明書或者詢問廠家技術支持，進行相應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)；

? 標準曲線如何(r值)？如果樣品中Cu的含量較高，可以考慮Cu65測量，As應考慮ArCl75的干擾，應用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)學校正法比較困難；

? 反應池能用純甲烷氣體, 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

? 在清洗液中加點金(Au)的化合物，Au與Hg易結合形成絡合物；

? 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；

? 用堿溶液是經驗溶液，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很重要，不然偏差很大，記憶效應也很大；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，因為記憶效果很大，做完了要清洗很長時間?？梢杂孟♂尩淖?，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行多個元素的形態(tài)分析。利用動態(tài)反應池，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？做的結果Fe總是偏低，內標Sc的回收率低且不能固定選一個內標進行元素的測定，比如今天用209做Pb的內標質控值很好，但隔天做Pb的質控值就低很多，什么原因？

? 血樣重點看消化過程，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內標校正Pb的測定不穩(wěn)定，或者是儀器的質量數(shù)有所漂移，或者是Bi的溶液水解導致不穩(wěn)定；

? 血樣直接稀釋測定，有機質沒有被消化，粘度大，導致進樣管道記憶效應嚴重，測定效果不好。應用HNO3封閉溶樣消化有機質，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，用標準加入法測得線性還可以，但用內標法測得的工作曲線不太好，且很多定量分析都用內標法，采用標準加入法的多嗎？

? 用標準加入法可以很好地克服基體匹配的問題，礦樣的基體比較復雜所以用標準加入法好一些，對于背景簡單的樣品內標法簡便一些；

? 如果用內標法，先要保證樣品基體中不含有你選擇的作為內標的元素。