壹、內容概述
電感耦合等離子體質譜法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，縮寫為ICP-MS）是20世紀80年代發展起來的新的分析測試技術。它以獨特的接口技術將ICP的高溫（7000K）電離特性與四極桿質譜計的靈敏快速掃描的優點相結合而形成的壹種新型元素/同位素分析技術。與目前各種無機多元素儀器分析技術相比，ICP-MS技術提供了最低的檢出限，最寬的動態線性範圍，分析精密度、準確度高，速度快，濃度線性動態範圍可達9個數量級，實現10-12到10-6級的直接測定。因此，ICP-MS是目前公認的最強有力的痕量、超痕量無機元素分析技術，已被廣泛應用於地質、環境、冶金、半導體、化工、農業、食品、生物醫藥、核工業、生命科學、材料科學等各個領域。特別是對壹些具有挑戰性的痕量、超痕量元素，比如地質樣品中的稀土元素、鉑族元素以及環境樣品中的Ti、Th、U等的測定，ICP-MS方法有其他傳統分析難以滿足的優勢。ICP-MS的主要特點首先是靈敏度高、背景低，大部分元素的檢出限在0.000x～0.00xng/mL範圍內，比ICP-AES普遍低2～3個數量級，因此可以實現痕量和超痕量元素測定。其次，元素的質譜相對簡單，幹擾較少，周期表上的所有元素幾乎都可以進行測定。另外，ICP-MS還具有快速進行同位素比值測定的能力。由於ICP-MS技術不像其他質譜技術需要將樣品封閉到檢測系統內再抽真空，而是在常壓條件下方便地引入ICP，因而具有樣品引入和更換方便的特點，便於與其他進樣技術聯用。比如與激光燒蝕、電熱蒸發、流動註射、液相色譜等技術聯用，以擴大應用範圍。ICP-MS所具有的這些特點使其非常適合於痕量、超痕量元素分析及某些同位素比值快速分析的需求，由此得到了快速發展。
ICP-MS儀器發展非常迅速。早期的 ICP-MS 主要是普通四極桿質譜儀（ICP-QMS）。隨後相繼推出的其他類型的等離子體質譜技術，比如高分辨扇形磁場等離子體質譜儀（ICP-SFMS）、多接收器等離子體質譜儀（ICP-MCMS）、飛行時間等離子體質譜儀（ICP-TOFMS）、離子阱三維四極等離子體質譜儀（DQMS）等。扇形磁場ICP MS在高分辨模式時，可消除壹些多原子離子幹擾；在低分辨模式時，具有最高的分辨率和靈敏度，檢出限壹般要比四極桿系統低10倍或更多。多接收器扇形磁場ICP-MS是專用於同位素比值分析的儀器，其同位素比值分析精密度可達0.002%RSD。MC-ICPMS不僅同位素比值測定精密度可以與熱電離質譜（TIMS）媲美，而且它的最大特點是可以分析周期表中很寬範圍元素的同位素，尤其是TIMS難以分析的元素。
ICP-MS儀器結構的最新進展主要有以下幾個方面：
（1）離子透鏡系統的改革
以往的ICP-MS離子聚焦系統基本上都是采取光子擋板或離軸設計，以有效聚焦傳輸分析離子，排除光子和中性粒子。盡管局部采用了離軸設計，但離子束的運動軌跡從等離子體到接口、透鏡系統、四極桿質譜計都是在同壹方向，即水平方向上。自從2005年Varian推出壹種新型的90 °反射離子透鏡系統以來，由於該設計使分析離子的聚焦傳輸以及各種幹擾成分的排除更加高效，由此使背景降低，靈敏度提高。因此，近年來各儀器廠商在新型儀器中，相繼采用了類似的直角反射離子透鏡設計。比如，Thermo Scientific最新推出的 iCAPQ ICP-MS，其特點就是采用了RAPID（直角正離子偏轉）透鏡技術-90°偏轉離子光路：從接口提取的離子被加速通過初級離子透鏡進入RAPID透鏡，使所分析的離子在進入 QCell 之前有效偏轉 90 °後通過，同時其他幹擾成分從系統中排除。PerkinElmer推出的NexIONTM 300具有三錐接口和四極桿式離子偏轉器，待分析離子偏轉90 °。三錐接口就是在樣品錐、截取錐之後加了壹個超截取錐。使真空壓力差下降更平緩；較小的離子束發散；阻止了大量基體進入質譜；提高了低質量元素的靈敏度。
（2）MS/MS 結構
安捷倫公司的8800三重四極桿ICP-MS（ICP-QQQ），其特點是增加了壹個四極桿濾質器（Q1），該四極桿位於常規的碰撞反應池和四極桿濾質器（Q2）的前面，使其成為MS/MS結構（也稱為串級MS）。在ICP-MS/ MS中，Q1作為質量過濾器，只允許目標分析質量進入池內，排斥其他所有質量。這意味著來自等離子體和樣品基體的離子被阻擋在池外，因此即使樣品基體變化，池條件仍然保持壹致。這種方式與常規的四極桿ICP-MS（ICP-QMS）相比，其碰撞模式消除幹擾的效率（使用氦池氣體）得到了改善。
（3）全譜同時測定型ICP-MS
德國斯派克SPECTRO分析儀器公司推出的Spectro MS，其特點是：質量範圍是6Li-238 U的全質譜“同時測量”的ICP-MS質譜儀，該儀器的核心技術是Mattauch-Herzog扇形場質量分析器和獨有的具備全質譜同時俘獲能力的檢測器。Mattauch-Herzog雙聚焦扇形場質譜儀可將所有離子同時聚焦在壹個相同的焦平面上，因此使用平面檢測器就可捕獲全部質譜，無須掃描或跳峰測量。新型的DCD檢測器是12 cm長的線性陣列，有4800個通道，每壹通道有高低增益二種工作模式，每壹同位素平均由20 個通道檢測。因此，測量時間和所測元素數目無關，分析速度快；實時內標提高分析的準確度與精密度；它更適用於脈沖信號做全質譜的測量，提高同位素比值測量的精密度。
二、應用範圍及應用實例
ICP-MS已經是壹種成熟的元素和同位素分析技術，在地質試樣分析中的應用十分廣泛。同時還涉及環境、地質、冶金、臨床醫學、生物、食品、半導體、材料等多種行業。
（壹）電感耦合等離子體扇場質譜分析法（ICP-SFMS）測定含鈾物料中的稀土元素
Zsolt Varga等（2010）通過電感耦合等離子體扇場質譜分析法（ICP-SFMS）測定含鈾物料中的痕量鑭系元素。該方法是壹種新穎、簡單的方法，用TRUTM樹脂對鑭系元素選擇性提取和色層分離，隨後，用ICP-SFMS分析。方法的測定限為＜pg/g（比不經化學分離好2個數量級）。通過對標準物質的測定，驗證了該方法的有效性。該方法可用於分析鈾濃縮物（黃餅）中鈾的質量分數。
（二）NexION 300 電感耦合等離子體質譜儀
2010年，PerkinElmer公司推出的NexIONTM 300的穩定性、靈活性和性能在電感耦合等離子體質譜儀中前所未有，代表了近年來第壹次真正意義上的重大革命性行業進步。NexION 300系統采用了擁有專利的通用單元技術（Universal Cell Technology）TM（UCT），這是唯壹壹款同時具備標準、碰撞和反應這三種消除幹擾模式的系統，這三種模式可使科學家在解決復雜問題時，針對其特殊應用選擇適當的檢測模式。NexION的標準模式可應用於簡單的常規分析。碰撞模式適用於半定量分析、環境樣品監測和未知物分析。在反應模式下采用專利DRCTM技術，可以獲得最佳的檢測限，甚至對諸如半導體測試中那些特別難測的元素和基質。NexION 300 ICP-MS可以與色譜聯用進行元素形態分析，該系統能夠更為精確地分離和檢測元素的毒性、生物利用度、代謝及元素的環境遷移。
三、資料來源
/Catalog/Family/ID/NexION
Zsolt Varga，Róbert Katona，Zsolt Stefánka et al.2010.Determination of rareearth elements in uranium?bearing materials by inductively coupled plasma mass spectrometry.Alanta，80（5）：1744～1749