等離子質(zhì)譜法課件

1、等離子質(zhì)譜法等離子質(zhì)譜法 內(nèi)容介紹內(nèi)容介紹 ?ICP-MS 概述 ?ICP-MS 基本原理和儀器基本構(gòu)造 ?ICP-MS 常用術(shù)語(yǔ) ?ICP-MS 干擾及其消除技術(shù) ICP-MS 概述概述 ICP-MS 概述概述 ICP-MS ？ 中文：電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 ICP-MS 是以電感耦合等離子體作為離子源， 以質(zhì)譜進(jìn)行檢測(cè)的無(wú)機(jī)多元素分析技術(shù)。 電感耦合等離子體（ICP）和質(zhì)譜（MS）技術(shù)的聯(lián) 姻是20世紀(jì)80年代初分析化學(xué)領(lǐng)域最成功的創(chuàng)舉，也是 分析科學(xué)家們最富有成果的一次國(guó)際性技術(shù)合作，從 1980年第一篇ICP-MS可行性文章發(fā)表到1983年第一臺(tái)商 品化儀器的問(wèn)世只有3年時(shí)間。 ICP

2、-MS ICP-MS 概述概述 “ICP-MS”的概念已經(jīng)不僅僅是最早期起步的四極桿 質(zhì)譜儀了，相繼出現(xiàn)了多種類型的等離子體質(zhì)譜儀： 主要類型包括： ? ICP-QMS四極桿質(zhì)譜儀 （包括帶碰撞反應(yīng)池技術(shù)的四極桿質(zhì)譜儀） ? ICP-SFMS高分辨扇形磁場(chǎng)等離子體質(zhì)譜儀 ? ICP-MCMS多接受器等離子體質(zhì)譜儀 ? ICP-TOFMS飛行時(shí)間等離子體質(zhì)譜儀 ? DQ-MS離子阱三維四極等離子體質(zhì)譜儀 ICP-MS 概述概述 ICP-QMS:ICP-QMS:四極桿電感耦合等離子體質(zhì)譜儀四極桿電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 一種利用ICP產(chǎn)生離子，而后以四極桿質(zhì)譜進(jìn)行分析， 從而完成元素定性和定量的測(cè)定

3、方法: 1、ICP 電感耦合等離子體 ?離子源 ?氬等離子體 (中心通道溫度達(dá)7000 K) 2、MS 質(zhì)譜 ?四極桿質(zhì)量過(guò)濾器 ?檢測(cè)系統(tǒng) 元素分析技術(shù)（離子）元素分析技術(shù)（離子） 痕量元素分析 同位素比率 ICP-MS ICP-MS 概述概述 ICP-MS 在元素分析儀器中的定位 ICP-MS ICP-MS 概述概述 各種元素分析技術(shù)的比較 ICP-MS ICP-MS 概述概述 ?檢出限優(yōu)于GFAA ? 比GFAA大得多的線性范圍 意味著更少的稀釋 ? 與全譜直讀ICP-OES一樣的多元素分析能力和分析速 度 ? 獨(dú)特的同位素分析能力 ? 干擾因素較少，擅長(zhǎng)分析難測(cè)定元素 如稀土元素,貴金

4、屬,鈾等 ? 具有全質(zhì)量掃描能力，可以進(jìn)行半定量分析 快速的樣品篩選 ? 能與色譜分析聯(lián)用進(jìn)行元素形態(tài)研究 ICP-MS 概述概述 優(yōu)點(diǎn): ?多元素快速分析 (75) ?動(dòng)態(tài)線性范圍寬 ?檢測(cè)限低 ?在大氣壓下進(jìn)樣，便于與其它進(jìn)樣技術(shù)聯(lián)用（HPLC-ICP-MS） ?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 缺點(diǎn): ?運(yùn)行費(fèi)用高 ?需要有好的操作經(jīng)驗(yàn) ?樣品介質(zhì)的影響較大（ TDS 0.2%） ?ICP高溫引起化學(xué)反應(yīng)的多樣化，經(jīng)常使分子離子的強(qiáng)度過(guò)高， 干擾測(cè)量。 ICP-MS 基本原理和儀器基本構(gòu)造 ICP-MS 基本原理和儀器基本構(gòu)造基本原理和儀器基本構(gòu)造

5、被分析樣品通常以水溶液的氣溶膠形式引入氬氣流 中，然后進(jìn)入由射頻能量激發(fā)的處于大氣壓下的氬等離 子體中心區(qū)； 等離子的高溫使樣品去溶劑化、汽化解離和電離； 部分等離子體經(jīng)過(guò)不同的壓力區(qū)進(jìn)入真空系統(tǒng)，在 真空系統(tǒng)內(nèi)，正離子被拉出并按其質(zhì)荷比分離； 檢測(cè)器將離子轉(zhuǎn)化為電子脈沖，然后由積分測(cè)量線 路計(jì)數(shù)； 電子脈沖的大小與樣品中分析離子的濃度有關(guān)，通 過(guò)與已知的標(biāo)準(zhǔn)或參比物質(zhì)比較，實(shí)現(xiàn)未知樣品的痕量 元素定量分析。 ICP-MS 基本原理和儀器基本構(gòu)造 電感耦合等離子體質(zhì) 譜儀組成部分： 樣品引入系統(tǒng) 離子源 接口 離子聚焦系統(tǒng) 質(zhì)量分析器 檢測(cè)系統(tǒng) 支持系統(tǒng)： ? 真空系統(tǒng)； ? 水冷系統(tǒng)； ?

6、配電系統(tǒng)； ? 儀器控制和數(shù)據(jù)處理 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ? ? ? 核心部 分 ICP-MS ICP-MS 基本原理和儀器基本構(gòu)造基本原理和儀器基本構(gòu)造 離子聚焦系統(tǒng) 四極桿 質(zhì)量分析器 檢測(cè)系統(tǒng) Turbo Pump Turbo Pump Rotary Pump Rotary Pump 樣 品 引 入 系 統(tǒng) 離子源 接口部分 真空系統(tǒng) ICP-MSICP-MS真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) ?所有的質(zhì)量分析器檢測(cè)的都是 離子的質(zhì)量數(shù). ?所有的質(zhì)量分析器分離的依據(jù)都是 質(zhì)荷比m/z ?所有的質(zhì)量分析器檢測(cè)的都是 氣相態(tài)的離子. ?所有的質(zhì)量分析器都必須在 高真空狀態(tài)下操作， 結(jié)論：真空泵是所有質(zhì)譜儀的“核心”

7、部 件。 質(zhì)譜儀的幾大共性質(zhì)譜儀的幾大共性 ICP-MSICP-MS真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) 高真空 10-3 10-8 TORR 粗真空 常壓 10-3 TORR 真空度越高，待測(cè)離子受到 干擾越少，儀器靈敏度越高 ICP-MS真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) 質(zhì)譜儀為什么要求真空狀態(tài)？? 質(zhì)譜技術(shù)要求離子具有較長(zhǎng)的平均自由程，以便離子在通過(guò)儀器的途徑中與另外 的離子、分子或原子碰撞的幾率最低，真空度直接影響離子傳輸效率、質(zhì)譜波形及檢 測(cè)器壽命。 一個(gè)大氣壓下(760Torr)，離子的平均自由程僅有0.0000001m，這樣的平均自由 程離子是不能走遠(yuǎn)的；而壓力在10-8 Torr時(shí)，平均自由程為5000m，因此，

8、質(zhì)譜儀必 須置于一個(gè)真空系統(tǒng)中。一般ICP-MS儀器的真空度大約為1010-6Torr，離子的平均自由 程為50m 。 如何實(shí)現(xiàn)真空？ ICP-MS采用的是三級(jí)動(dòng)態(tài)真空系統(tǒng)，使真空逐級(jí)達(dá)到要求值： 1）采樣錐與截取之間的第一級(jí)真空約10-2Pa，由機(jī)械泵維持；? 2）離子透鏡區(qū)為第二級(jí)真空（10-4Pa），由擴(kuò)散泵或渦輪分子泵實(shí)現(xiàn)； 3）四極桿和檢測(cè)器部分為第三級(jí)真空（10-6Pa），也由擴(kuò)散泵或渦輪分子泵實(shí)現(xiàn)。 ? ICP-MS真空系統(tǒng) 界面 炬管 離子透鏡 四極桿 檢測(cè)器 渦倫泵 渦倫泵 機(jī)械 泵 機(jī)械泵 真空結(jié)構(gòu)示意圖 ? 全內(nèi)置雙機(jī)械泵 -減少占地 -降低噪聲 ? 雙分子渦輪泵 - V

9、-301 Navigator（280L/秒） - 一般只用到最大功率70%、陶瓷軸承 - 更長(zhǎng)的壽命 - 抽速快，10min內(nèi)啟動(dòng)完畢 - 實(shí)時(shí)記錄運(yùn)行日志 ? Varian 自己制造 Varian是世界一流的真空泵提供者 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) ICP-MSICP-MS樣品導(dǎo)入系統(tǒng)樣品導(dǎo)入系統(tǒng) ICP要求所有樣品以氣體、蒸汽和細(xì)霧滴的氣溶膠或固體小 顆粒的形式進(jìn)入中心通道氣流中。 樣品導(dǎo)入的三大類型： ? 溶液氣溶膠進(jìn)樣系統(tǒng) （氣動(dòng)霧化或超聲霧化法） ? 氣體進(jìn)樣系統(tǒng) （氫化物發(fā)生、電熱氣化、激光燒蝕以及氣相色譜等） ? 固體粉末進(jìn)樣系統(tǒng) （粉末或固體直接插入或吹入等離子體） ICP-MSICP-

10、MS樣品導(dǎo)入系統(tǒng)樣品導(dǎo)入系統(tǒng) 目前最常用最基本的樣品導(dǎo)入系統(tǒng)還是氣動(dòng)霧化進(jìn)樣系 統(tǒng)，大多數(shù)ICP-MS系統(tǒng)都將氣動(dòng)霧化器作為標(biāo)準(zhǔn)配件，其主 要組成部分為： 蠕動(dòng)泵 霧化器 霧室 一般對(duì)進(jìn)樣系統(tǒng)的要求： ? 霧化效率高，霧化器不易堵塞； ? 盡可能減少溶劑導(dǎo)入，以減少氧化物和其它干擾（通常采 用半導(dǎo)體制冷的雙層霧室系統(tǒng)）； ? 進(jìn)樣管路的長(zhǎng)度盡可能短，減少記憶效應(yīng)； ? 進(jìn)樣系統(tǒng)應(yīng)外置，便于操作、更換或清洗。 ICP-MS樣品導(dǎo)入系統(tǒng)樣品導(dǎo)入系統(tǒng) 氣動(dòng)霧化器溶液的提升可以利用汶丘里效應(yīng)(Venturi)造成 的負(fù)壓自動(dòng)提升，亦可用蠕動(dòng)泵來(lái)提升，并依賴于該裝置中的毛 細(xì)管，用低壓氣流產(chǎn)生氣溶膠，目

11、前幾乎所有的溶液樣品引入系 統(tǒng)都用蠕動(dòng)泵提升樣品。 優(yōu)點(diǎn)： ? 保證樣品的流速一致，克服不同樣品、標(biāo)準(zhǔn)以及空白溶液之間 的黏度差別； ?采用泵定量提升限制空氣的引入，從而減少了造成等離子體不穩(wěn) 定的因素； ?可通過(guò)增加泵速來(lái)減少樣品間的清洗時(shí)間； ?可以改變液體的提升量。 缺點(diǎn)： 可能會(huì)引起精度變差。 蠕動(dòng)泵 ICP-MSICP-MS樣品導(dǎo)入系統(tǒng)樣品導(dǎo)入系統(tǒng) ICP-MS中主要使用的氣動(dòng)霧化器： ? 同心霧化器 ( Concentric Nebulizer ) 使用最廣泛的霧化器 ? 交叉流霧化器 (Crossflow Nebulizer) ? Babington 型霧化器 (類似產(chǎn)品V-槽霧

12、化器) 另外： ? 超聲霧化器 (Ultrasonic Nebulizer) ? 微同心霧化器 (Microconcentric Nebulizer) ? 直接注入霧化器 (Direct Injection Nebulizer) 霧化器霧化器 ICP-MSICP-MS樣品導(dǎo)入系統(tǒng)樣品導(dǎo)入系統(tǒng) 同心霧化器 ( Concentric Nebulizer ) 霧化器霧化器 交叉流霧化器 (Crossflow Nebulizer) 氣流與毛細(xì)管平行，氣流迅速通過(guò)毛細(xì)管末 端，溶液由毛細(xì)管引入低壓區(qū)，低壓與高速 氣流共同將溶液破碎成氣溶膠。 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、穩(wěn)定性好； 缺點(diǎn)：易堵塞、更換成本高、玻璃材質(zhì)

13、不耐 氫氟酸。 利用高速氣流與液流之間接觸使液體破 碎產(chǎn)生氣溶膠 優(yōu)點(diǎn)：堅(jiān)固又易于清洗、不易堵塞 缺點(diǎn)：霧化效果（靈敏度和穩(wěn)定性）比 同心霧化器略差。 ICP-MSICP-MS樣品導(dǎo)入系統(tǒng)樣品導(dǎo)入系統(tǒng) 霧室的主要作用是從氣流中除去大霧粒（直徑 大于10m），并將它們排出，其次是消除或減緩 霧化過(guò)程中主要由蠕動(dòng)泵引起的脈沖現(xiàn)象。理想的 霧室應(yīng)該是具有較高的氣溶膠傳輸效率，霧滴直徑 分布范圍窄。ICP-MS中，使用較多的霧室主要有： ? Scott雙通道霧室 ( double-pass spray chamber) ICP-MS 儀器最常使用的霧室 ? 旋流霧室 ( cyclonic spray

14、chamber) ? 撞擊球霧室 (impact bead spray chamber) 霧化室霧化室 ICP-MS樣品導(dǎo)入系統(tǒng)樣品導(dǎo)入系統(tǒng) Scott雙通道霧室 ( double-pass spray chamber) 霧化室 撞擊球霧室 (impact bead spray chamber) 樣品導(dǎo)入 霧化氣 到炬管和等離子體 到廢液管 利用霧化室內(nèi)壁上的湍流沉降作用，或 利用重力作用除去較大的霧滴，內(nèi)層同 心管可減少信號(hào)強(qiáng)度的隨即波動(dòng)。 缺點(diǎn)：死空間多，易引起記憶效應(yīng)。 利用霧室內(nèi)嵌撞擊球截阻氣溶膠的方 法分離大霧粒，氣溶膠進(jìn)入霧室后直 接撞擊到霧室內(nèi)的球體表面，大霧粒 被甩落到底部排出

15、。 ICP-MS離子源離子源 ICP-MS對(duì)離子源的要求： ? 易于點(diǎn)火 ? 功率穩(wěn)定性高 ? 發(fā)生器的耦合效率高； ? 對(duì)來(lái)自樣品基體成分或不同揮發(fā)性溶劑引起的阻抗變化的匹 配補(bǔ)償能力強(qiáng)。 ICP-MSICP-MS離子源離子源 ICP特別適合作質(zhì)譜的離子源，由于其具有以下特點(diǎn)： ? 由于樣品在常壓下引入，因此樣品的更換很方便； ? 引入樣品中的大多數(shù)元素都能非常有效地轉(zhuǎn)化為單電荷離子，少 數(shù)幾個(gè)具有高的第一電離電位的元素例外，如氟和氦； ? 只有那些具有最低二次電離電位的元素，如鋇，才能觀測(cè)到雙電 離離子； ? 在所采用的氣體溫度條件下，樣品的解離非常完全，幾乎不存在 任何分子碎片； ? 痕

16、量濃度就能產(chǎn)生很高的離子數(shù)目，因此潛在的靈敏度很高。 ICP-MSICP-MS離子源離子源 ICP ? ? 等離子體是一種電荷放電，而不是化學(xué)火焰； ? 使用氬氣； ? 常壓等離子體溫度非常高； ? 自由電子同高速振蕩的磁場(chǎng)(27 MHz)感應(yīng)耦合產(chǎn)生等離 子體； ? 能量通過(guò)碰撞轉(zhuǎn)移給氬分子； ? 等離子體被限制在石英管的氣流中(炬管)； ? 樣品氣溶膠被載入到等離子體中心通道； ? 等離子體感應(yīng)區(qū)溫度高達(dá)10,000 K，中心通道溫度為 5000K7000K，樣品在中心通道中進(jìn)行解離、原子化和電 離提取離子進(jìn)入質(zhì)譜儀。 ICP原理： 當(dāng)高頻發(fā)生器接通電源接通電源后，高頻電流 I 通過(guò)感應(yīng)線

17、圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)(綠色)。 開(kāi)始時(shí)，管內(nèi)為Ar氣，不導(dǎo)電，需要用 高壓電火花觸發(fā)，使氣體電離后，在高頻 交流電場(chǎng)的作用下，帶電粒子高速運(yùn)動(dòng), 碰 撞，形成“雪崩”式放電，產(chǎn)生等離子體 氣流。在垂直于磁場(chǎng)方向?qū)a(chǎn)生感應(yīng)電流( 渦電流，粉色)，其電阻很小，電流很大(數(shù) 百安)，產(chǎn)生高溫。又將氣體加熱、電離， 在管口形成穩(wěn)定的等離子體焰炬。 等離子體氣 ?形成等離子體 輔助氣 ?確保等離子體與中心管保持一定的距離； ?防止炬管燒熔 霧化氣 ?攜帶樣品進(jìn)入等離子體 ?等離子體的中心形成冷的通道 霧化器流量 (1.0 L/min) 輔助氣流量 (1.5 L/min) 等離子體流量 (15 L/

18、min) RF線圈 電感耦合等離子體裝置由等離子體 炬管和高頻發(fā)生器組成。三個(gè)同心 管組成的等離子體炬管放在一個(gè)連 接于高頻發(fā)生器的線圈里。當(dāng)引入 氬氣時(shí)，若用一高壓火花使管內(nèi)氣 體電離，產(chǎn)生少量電子和離子，則 電子和離子因受管內(nèi)軸向磁場(chǎng)的作 用，在管內(nèi)空間閉合回路中高速運(yùn) 動(dòng)，碰撞中性原子和分子，使更多 的氣體被電離，很快形成等離子體。 ICP-MSICP-MS離子源離子源 在中心通道樣品被加熱 ?輻射和傳熱 樣品揮發(fā)、原子化、離子化 ?主要形成單電荷（正）離子 當(dāng)能量足夠高，原子將失去一個(gè)或更多的電荷 B (5N, 5P, 4e)+ 軌道 中子 質(zhì)子 電子 ICP-MSICP-MS離子源離

19、子源 樣品在等離子體中經(jīng)歷的過(guò)程： 再結(jié)合 離子化 原子化 汽化 氧化物 離子 原子 氣態(tài) 固態(tài) 液態(tài) 樣品氣溶膠 M(H20)+ X- MXn MX MX M+ MO + ICP-MSICP-MS離子源離子源 接口是整個(gè)ICP-MS系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分 。 接口的功能：接口的功能：將等離子體中的離子有效傳輸?shù)劫|(zhì)譜。 在質(zhì)譜和等離子體之間存在溫度、壓力和濃度的巨大 差異，前者要求在高真空和常溫條件下工作（質(zhì)譜技術(shù)要 求離子在運(yùn)動(dòng)中不產(chǎn)生碰撞），而后者則是在常壓下工作。 如何將高溫、常壓下的等離子體中的離子有效地傳輸?shù)礁?真空、常溫下的質(zhì)譜儀，這是接口技術(shù)所要解決的難題。 必須使足夠多的等離子體在這

20、兩個(gè)壓力差別非常大的區(qū)域 之間有效傳輸，而且在離子傳輸?shù)娜^(guò)程中，不應(yīng)該產(chǎn)生 任何影響最終分析結(jié)果可靠性的反應(yīng)，即樣品離子在性質(zhì) 和相對(duì)比例上不應(yīng)有變化。 接口接口 接口接口 ICP-MS對(duì)離子采集接口的要求： 1 1、最大限度的讓所生成的離子通過(guò)； 2、保持樣品離子的完整性； 3、氧化物和二次離子產(chǎn)率盡可能低 （如：測(cè)Fe時(shí)Ar0僅可能少；測(cè)As 時(shí)，ArCl僅可能少）； 4、等離子體的二次放電盡可能小 （通過(guò)特殊技術(shù)徹底消除）； 5、不易堵塞； 6、產(chǎn)生熱量盡可能少； 7、采樣錐在等離子體內(nèi)，通過(guò)軟件操作，自動(dòng)確定最佳位置（X、Y、Z方向）。 8、易于拆卸和維護(hù)（錐口拆冼過(guò)程中，不影響真空

21、系統(tǒng)，無(wú)需卸真空）。 接口接口 采樣錐 截取錐 等離子體 界面 15 Torr 大氣壓 760 Torr 機(jī)械泵 離子透鏡 1x 10 -4 Torr 分子渦輪泵 采樣錐實(shí)物外觀圖 截取錐實(shí)物外觀圖 接口接口 ?采樣錐 (1.1mm 內(nèi)徑 ) ?截取錐 (0.5mm 內(nèi)徑 ) 兩孔相距6-7mm，有Ni 和Pt兩種材質(zhì) 材質(zhì)。 接口接口 采樣錐：作用是把來(lái)自等離子體中心通道的載氣流，即離子 流大部分吸入錐孔，進(jìn)入第一級(jí)真空室。采樣錐通常由Ni、 Al、Cu、Pt等金屬制成，Ni錐使用最多。 截取錐：作用是選擇來(lái)自采樣錐孔的膨脹射流的中心部分， 并讓其通過(guò)截取錐進(jìn)入下一級(jí)真空，安裝在采樣錐后，并

22、與 其在同軸線，兩者相距6-7mm，通常也有鎳材料制成，截取 錐通常比采樣錐的角度更尖一些，以便在尖口邊緣形成的沖 擊波最小。 離子聚焦系統(tǒng)離子聚焦系統(tǒng) ICP-MS的離子聚焦系統(tǒng)與原子發(fā)射或吸收光譜 中的光學(xué)透鏡一樣起聚焦作用，但聚焦的是離子，而 不是光子，透鏡材料及聚焦原理基于靜電透鏡，整個(gè) 離子聚集系統(tǒng)由一組靜電控制的金屬片或金屬筒或金 屬環(huán)組成，其上施加一定值電壓。其原理是利用離子 的帶電性質(zhì)，用電場(chǎng)聚集或偏轉(zhuǎn)牽引離子，將離子限 制在通向質(zhì)量分析器的路徑上，也就是將來(lái)自截取錐 的離子聚焦到質(zhì)量過(guò)濾器 ，拒絕中性原子并消除來(lái)自 ICP的光子通過(guò)。 離子聚焦系統(tǒng)？ 離子聚焦系統(tǒng)離子聚焦系統(tǒng)

23、 離子聚焦系統(tǒng)的作用：離子聚焦系統(tǒng)的作用： 作用？ (1) 聚焦并引導(dǎo)待分析離子從接口區(qū)域到達(dá)質(zhì)譜分離系統(tǒng)； (2) 阻止中性粒子和光子通過(guò)； 如何實(shí)現(xiàn)離子的有效傳輸？ (1) 離子是帶電粒子,可以用電場(chǎng)使其偏轉(zhuǎn); (2) 光子以直線傳播, 如離子以離軸方式偏轉(zhuǎn)或采用光子擋板或90 度轉(zhuǎn)彎，就可以將其與非帶電粒子（光子和中性粒子）分離。 90 離子聚焦透鏡 離軸設(shè)計(jì)的四極預(yù)桿 ?消除光子與中性離子進(jìn)入四 極桿 ?降低背景信號(hào) ?提高分析靈敏度 離子聚焦系統(tǒng)離子聚焦系統(tǒng) 1 2 3 4 5 6 7 1.Extract lens-1 2.Extract lens-2 3.Extract lens-

24、3 4.Corner Lens 5.Mirror lens (L, R, B) 6.Entrance Lens 7.Entrance Plate 離子 中性成分 光子 高靈敏度、低背景、靈活 離子聚焦系統(tǒng)離子聚焦系統(tǒng) 離子聚焦系統(tǒng)離子聚焦系統(tǒng) 空間電荷效應(yīng) ？ 在離子聚集系統(tǒng)中，“空間電荷效應(yīng)”（space charge effect）導(dǎo)致的“質(zhì)量歧視”是直接影響離子傳 輸效率以及整個(gè)質(zhì)量范圍內(nèi)離子傳輸均勻性的重要因素， 空間電荷效應(yīng)是ICP-MS基體效應(yīng)的主要根源（比ICP- AES嚴(yán)重，所以必須要采用內(nèi)標(biāo)），在基體離子的質(zhì)量 大于分析離子時(shí)尤為嚴(yán)重。 離子聚焦系統(tǒng)離子聚焦系統(tǒng) 空間電荷效應(yīng)

25、的形成和影響： 在等離子體中，離子流被一個(gè)相等的電子流所平衡，因此整 個(gè)離子束基本上呈電中性。但離子流離開(kāi)截取錐后，透鏡建立起 的電場(chǎng)將收集離子而排斥電子，電子將不再存在。從而使離子被 束縛在一個(gè)很窄的離子束中，離子束在瞬間不是準(zhǔn)中性的，但離 子密度仍然非常高。同電荷離子間的相互排斥使離子束中的離子 總數(shù)受到限制。 基體濃度越高，重離子數(shù)越多，空間電荷效應(yīng)就越顯著。如果不 采取任何方式補(bǔ)償?shù)脑?，較高質(zhì)荷比的離子將會(huì)在離子束中占優(yōu) 勢(shì)，而較輕質(zhì)荷比的離子則遭排斥。高動(dòng)能的離子（重質(zhì)量元素） 傳輸效率高于中質(zhì)量以及輕質(zhì)量元素。 質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器 四極桿質(zhì)量分析器四極桿質(zhì)量分析器 四極桿的工作是

26、基于在四根電極之間的空間產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間變 化的特殊電場(chǎng)，只有給定荷質(zhì)比（m/z）的離子才能獲得穩(wěn)定的路徑 而通過(guò)極棒，從其另一端出射，其它離子將被過(guò)分偏轉(zhuǎn)，與極棒碰 撞，并在極棒上被中和而丟失。 四極桿是一個(gè)順序質(zhì)量分析器，必須依次對(duì)感興趣的質(zhì)量進(jìn)行 掃描，并在一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)采集離子,其掃描速度很快，大約每100 毫秒可掃描整個(gè)元素覆蓋的質(zhì)量范圍。 質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器 工作原理工作原理 四極桿的相對(duì)兩極連接在一起，幅度為U和V的直流和射頻電壓 分別施加在每根極棒上，一對(duì)極棒為正，另一對(duì)極棒為負(fù)。施加在 每對(duì)極棒上的電壓都具有同樣的幅度, 但符號(hào)相反, 即有180度的相 差，施加的射頻電壓使所有離子偏轉(zhuǎn)進(jìn)入一個(gè)振蕩路徑而通過(guò)極棒。 + - 檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng) 離子檢測(cè)器？離子檢測(cè)器？ 四極桿系統(tǒng)將離子按質(zhì)荷比分離后最終引入檢測(cè)器，檢測(cè)器將離 子轉(zhuǎn)換成電子脈沖，然后由積分線路計(jì)數(shù)。電子脈沖的大小與樣品中分 析離子的濃度有關(guān)。通過(guò)與已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)比較，實(shí)現(xiàn)未知樣品中痕量 元素的定量分析。 離子檢測(cè)器有連續(xù)或不連續(xù)打拿極電子倍增器、法拉第杯檢測(cè)器、 Daley檢測(cè)器等?，F(xiàn)在的ICP-MS系統(tǒng)采用的是