ICP-MS是一種常用的質(zhì)譜儀產(chǎn)品，主要由等離子體發(fā)生器、霧化室、矩管、四極質(zhì)譜儀和一個快速通道電子倍增管等部件組成，在多個行業(yè)中都有一定的應用。

ICP-MS簡介

　　ICP-MS是根據(jù)被測元素通過一定形式進入高頻等離子體中，在高溫下電離成離子，產(chǎn)生的離子經(jīng)過離子光學透鏡聚焦后進人四極桿質(zhì)譜分析器按照荷質(zhì)比分離，既可以按照荷質(zhì)比進行半定量分析，也可以按照特定荷質(zhì)比的離子數(shù)目進行定量分析。

　　ICP-MS所用電離源是感應耦合等離子體(ICP)，它與原子發(fā)射光譜儀所用的ICP是一樣的，其主體是一個由三層石英套管組成的炬管，炬管上端繞有負載線圈，三層管從里到外分別通載氣，輔助氣和冷卻氣，負載線圈由高頻電源耦合供電，產(chǎn)生垂直于線圈平面的磁場。如果通過高頻裝置使氬氣電離，則氬離子和電子在電磁場作用下又會與其它氬原子碰撞產(chǎn)生更多的離子和電子，形成渦流。強大的電流產(chǎn)生高溫，瞬間使氬氣形成溫度可達10000k的等離子焰炬。樣品由載氣帶入等離子體焰炬會發(fā)生蒸發(fā)、分解、激發(fā)和電離，輔助氣用來維持等離子體，需要量大約為1L/min。冷卻氣以切線方向引入外管，產(chǎn)生螺旋形氣流，使負載線圈處外管的內(nèi)壁得到冷卻，冷卻氣流量為10-15L/min。

　　ICP-MSZ常用的進樣方式是利用同心型或直角型氣動霧化器產(chǎn)生氣溶膠，在載氣載帶下噴入焰炬，樣品進樣量大約為1ml/min，是靠蠕動泵送入霧化器的。

　　在ICP-MS負載線圈上面約10mm處，焰炬溫度大約為8000K，在這么高的溫度下，電離能低于7eV的元素完全電離，電離能低于10.5ev的元素電離度大于20%。由于大部分重要的元素電離能都低于10.5eV，因此都有很高的靈敏度，少數(shù)電離能較高的元素，如C、O、Cl、Br等也能檢測，只是靈敏度較低。

ICP-MS的基本原理

　　ICP-MS樣品通常以液態(tài)形式以1mL/min的速率泵入霧化器，用大約1L/min的氬氣將樣品轉(zhuǎn)變成細顆粒的氣溶膠。氣溶膠中細顆粒的霧滴僅占樣品的1%～2%，通過霧室后，大顆粒的霧滴成為廢液被排出。從霧室出口出來的細顆粒氣溶膠通過樣品噴射管被傳輸?shù)降入x子體炬中。

　　ICP-MS中等離子體炬的作用與ICP-AES中的作用有所不同。在銅線圈中輸入高頻(RF)電流產(chǎn)生強的磁場，同時在同心行英管(炬管)沿炬管切線方向輸入流速大約為15L/min的氣體(一般為氬氣)，磁場與氣體的相互作用形成等離子體。當使用高電壓電火花產(chǎn)生電子源時，這些電子就像種子一樣會形成氣體電離的效應，在炬管的開口端形成一個溫度非常高(大約10000K)的等離子體放電。

　　樣品氣溶膠在等離子體中經(jīng)過去溶、蒸發(fā)、分解、離子化等步驟后變成一價正離子(M→M+)，通過接口區(qū)直接引入質(zhì)譜儀，用機械泵保持真空度為1～2Torr。接口錐由兩個金屬錐(通常為鎳)組成，稱為采樣錐和截取錐。每一個錐上都有一個小的錐孔(孔徑為0.6～1.2mm)，允許離子通過離子透鏡引入質(zhì)譜系統(tǒng)。離子從等離子體中被提取出來，必須有效傳輸并進入四極桿質(zhì)濾器。然而RF線圈和等離子體之間會發(fā)生電容耦合而產(chǎn)生幾百伏的電位差。如果不消除這個電位差，在等離子體和采樣錐之間會導致放電(稱為二次放電或收縮效應)。這種放電會使干擾物質(zhì)的形成比例增加，同時大大影響了進入質(zhì)譜儀離子的動能，使得離子透鏡的優(yōu)化很不穩(wěn)定而且不可預知。因此，將RF線圈接地以消除二次放電是極其關鍵的措施。

　　一旦離子被成功從ICP-MS接口區(qū)提取出來，通過一系列稱為離子透鏡的靜電透鏡直接被引入主真空室。在這個區(qū)域用一臺渦輪分子泵保持約為10-3Torr的運行真空。離子透鏡的主要作用是通過靜電作用將離子束聚焦并引入質(zhì)量分離裝置，同時阻止光子、顆粒和中性物質(zhì)到達ICP-MS檢測器。

　　在離子束中含有所有的待測元素離子和基體離子，離開離子透鏡后，離子束就進人了質(zhì)量分離裝置，目標是允許具有特定質(zhì)荷比的待測元素離子進入檢測器，并過濾掉所有的非待測元素、干擾和基體離子。這是ICP-MS的心臟部分，在這一區(qū)域用第二臺渦輪分子泵保持大約為10-6Torr的運行真空。現(xiàn)在商業(yè)應用的ICP-MS設計通常是用碰撞/反應池技術消除干擾，在后續(xù)的四極桿中進行質(zhì)量過濾分離。

　　Z后一個過程是采用離子檢測器將離子轉(zhuǎn)換成電信號。目前Z常用的設計稱為離散打拿極檢測器，在檢測器縱向方向布置一系列的金屬打拿極。在這種設計中，離子從質(zhì)量分離器出來之后打擊diyi個打拿極，然后轉(zhuǎn)變成電子。電子被下一個打拿極吸引，發(fā)生電子倍增，在Z后一個打拿極就產(chǎn)生了一個非常強的電子流。用傳統(tǒng)的方法通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對這些電信號進行測量，再應用標準溶液建立的ICP-MS校準曲線就可以將這些電信號轉(zhuǎn)換成待測元素的濃度。