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ICP-MS，电感耦合等离子体-质谱法(Inductively coupled plasma-Mass Spectrometry)，一种将ICP技术和质谱技术结合在一起的分析仪器。ICP-MS法具有样品制备和进样技术简单、质量扫描速度快、运行周期短、所提供的离子信息受干扰程度小等优点。对于大多数元素而言，有着低检出限，被公认为理想的无机元素分析方法。广泛应用于材料、化工、生物、医学、冶金、石油、环境等领域。
基本知识和原理
电感耦合等离子体质谱(Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry，ICP-MS) 是20世纪80年代发展起来的无机元素分析技术。它以独特的接口技术将ICP 的高温等离子体电离特性与质谱仪的灵敏、快速扫描的优点相结合，形成一种新型的元素分析技术。
与电感耦合等离子体光谱(ICP-OES)、原子吸收(AAS)和原子荧光(AFS) 等无机元素分析技术相比，ICP-MS技术具有检出限低、动态线性范围宽、干扰少、精密度高、速度快以及可提供精确的同位素信息等分析特性，性能有较大的提升。
ICP-MS还可以与其他技术如高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)和激光烧蚀进样系统(LA)联用，进行元素的形态、分布特性等分析。
目前ICP-MS广泛应用于环境、冶金、生物、医学、核材料分析等领域，作为一种具有广阔前景的痕量（超痕量）无机多元素分析技术，已成为最强有力的元素分析技术。
仪器结构
电感耦合等离子体质谱ICP-MS的主要组成包括进样系统、离子源、接口系统、离子聚焦透镜系统、碰撞/反应池、真空系统以及质量分析器七大部分。
其中进样系统和离子源与ICP-OES的进样系统以及光源是基本一致的。
01 进样系统
ICP-MS的进样系统包括导管，蠕动泵，雾化器以及雾室
▲进样系统与光源
（1）雾化器
目前ICP所用的气动雾化器主要有两种基本构造：一种是同心雾化器，在这种雾化器上，通入试样溶液的毛细管被一股高速的与毛细管轴相平行的Ar气流所包围；另一种是交叉型雾化器，在该雾化器上，输送液体的毛细管与输送气流的毛细管成直角。
（2）雾化室
雾化器产生的气溶胶通过雾化室向等离子体炬传递。
雾化器产生的雾粒大小分布是高度分散的，小的气溶胶雾粒（小于10um）的传输效率最高，而较大的雾粒在传输过程中常常会沉降在雾化室的壁上。
大的雾粒直径可达100um以上。雾化室的作用是滤去大的雾粒，保持稳定的细小雾粒的气溶胶流，从而降低进样系统的噪声，改善信号的稳定性。
❶ 筒型雾化室
筒型雾化室是利用雾化室内壁上的湍流沉降作用，或利用重力作用除去较大的雾滴。
❷ 旋流雾化室
是圆锥形的，气溶胶以切线方向喷入雾化室并向下盘旋行进，这种运动产生了作用在雾滴上的离心力，从而将雾滴抛向器壁。
在雾化室底部，气溶胶改变方向并与原来路线同轴地成更紧密的螺旋形向容器顶部移动。
抛向器壁的大雾滴由底部的废液管排出，而小雾滴通入伸入容器顶部一小段管进入炬管。
02 离子源
离子源主要由两部分组成，即矩管和RF线圈
*图片来源于PE公司相关资料
03 接口系统
接口系统是ICP离子源与质谱仪的连接装置，在它的两端是截然不同的两个环境，一边是常压、高温的等离子体焰炬，另一边则是真空、常温、洁净的环境，它的功能是将大气压下高温氩等离子体产生的离子连续地引出，并均一地转移到真空状态的质谱仪进行质量分析及测量。
接口系统主要由两个（或三个）同轴放置的圆锥体所组成，直接与等离子体焰炬接触的成为采样锥（或提取锥），在采样锥后几毫米处，同轴放置的第二个锥称为截取锥
04 离子聚焦透镜系统
离子透镜系统位于截取锥之后，其功能是把离子流聚焦成散角尽量小的很细的离子束，挡住光子和中性离子，然后传输到质量分析器。
常见的离子聚焦透镜系统通常采用离轴离子路径的设计。
图（a）中，截取锥后的离子流被提取透镜提取，经过透镜组聚焦及偏转透镜的电场作用，使离子束离开光轴穿过差分板上偏离光轴的小孔后进入质量分析器；
图（b）中采用了90°偏转离子透镜，该透镜电场使离子流成直角偏转实现了与直线前进的光子分离。
05 碰撞/反应池
碰撞/反应池技术的原理和运用源于有机质谱分析中混合物的结构分析以及离子-分子反应的基础研究，它是靠气相离子-分子反应消除多原子干扰，达到化学分辨的目的。其主要具有3种类型，即碰撞碎裂型（CID）、动能歧视型（KED）以及化学反应型（CR）。
06 真空系统
在各类质谱仪中，ICP-MS仪器与众不同的是它的离子源在质谱仪的真空系统之外，并且是在大气压条件下形成的。而在质谱仪中要求离子在运动中不产生不应有的碰撞，为此，质量分析器要置于比5mPa更低压力的真空系统中，以使系统中背景粒子减到最小。
显然，从ICP离子源到质量分析器之间，压力减少8个数量级是必需的。为满足这一要求，ICP-MS仪器的真空系统采用了压差抽气技术，由差分孔联通3级分立的真空室（接口室、离子透镜室和质量分析器）逐渐降低压力到质量分析器所要求的压力值。
07 质量分析器
ICP-MS常用到的质量分析器包括四级杆、 离子阱、飞行时间质谱、磁质谱等，此外，质谱联用技术(ICP-MS-MS)也开始得到广泛的应用。
END
来源|博旭实验室设备。实验与分析
