ICP-MS有几种质量分析器？

小析姐 0 2022-11-22

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质量分析器

ICP-MS 是利用电感耦合等离子体作为离子源。产生的样品离子经质量分析器和检测器后得到质谱。本文为大家介绍几种ICP-MS的分析器及仪器类型。

一、各种质量分析器（MS）

质量分析器（MS）的作用是将ICP产生的离子按m/z比的顺序分开并排列成谱。质谱仪是质谱分析的关键部件，质谱仪性能决定了质谱仪仪器的总的性能、功能和所适用的范围。目前的质谱仪主要有磁质谱仪、四极杆（八极杆）质谐仪、飞行时间质谱仪。

1、磁质谱仪（双聚焦分析仪）

离子通过一个扇形静电场（能量分析器）以消除能量分散的影响。再进入碰场中的扁形真空腔体，由于磁场的作用，其轨道发生偏转做圆周运动。在离子加速度和磁场强度一定的条件下，不同m/z比的离子其运动半径不同，这样，由ICP产生的离子，可连续改变磁场强度即可获得不同m/z的离子顺序质谱图。该质量分析器具有高分辨率，属于滤质器。

2、四极杆（八极杆）质量分析器

四极杆分析器由四根棒状电极组成（或四极后再架一个四极干组成八极杆）。相对两根电极加有正电压。而对应的两根电极加相等的负电压。离子从ICP离子源进入四极场后，在场的作用下产生振动，调节四极场的电压及频率，仅有与四极场具有形同频率的离子可通过四极场到达检测器，而其它离子均被四极杆吸收，通过顺序调节四极场频率，即可得到不同m/z的离子顺序质谱图。该质量分析器属于滤质器，分辨率较低，随着标本测定元素的增加，分辨率显著降低。

3、飞行时间质谱仪（TOF-MS）

只要部分是离子漂移管，离子在加速电压V的作用下得到动能，离子以速度v进入自由空间（漂移区），离子在漂移管飞行的时间与粒子质量的平方根成正比。对于能量相同的离子，离子质量越大，到达检测器的时间越长，质量越小，所用时间越短。根据这一原理，可把不同质量的离子分开。为防止离子进入漂移管的时间分散、空间分散和能量分散，离子在漂移管通过反射器的二次反射到达检测器同时得到离子的全质谱。TOF-MS可同时得到样品的所有信息。分析速度快，分辨率及灵敏度高，并具有优异的瞬间信号分析能力。

质量分析器系统的作用是将离子束中的离子按质荷比的大小而分开。根据离子束的特点和分析工作的要求，质量分析器系统应具有足够的离子传输效率和分辨本领。通常，这两者是相互矛盾的。完善质量分析器离子光学系统的设计，就是要保证足够分辨本领的条件下，达到最高的离子传输效率。目前，飞行时间质量分析器系统的离子传输效率已接近100%。相比之下四极杆只是一个质量选择器，而不是一个质量分析器，在一个离子通过四极杆时，其它质荷的离子将被过滤掉。

二、几种不同质谱仪的比较

1、分辨率和分析速度

磁质谱仪具有优异的分辨率，但价格昂贵，元素一个个地逐个分析，分析速度较慢。

四极杆质（八极杆）谱仪属于小质谱，价格便宜，但属于滤质器。随着标本需分析的元素的增加，分析速度大大降低。

飞行时间质谱仪是大型高精密质谱，具有高分辨率。同时分析标本中所有元素及同位素，样品的分析速度与所分析元素的多少无关。OptiMass8000的分辨率一般是四极杆ICP-MS的5-10倍以上，金属氧化物的谱峰并不会对其它元素的谱峰产生重叠干扰。

下图表示飞行质谱的分析速度一致，每小时保持测定120个全质谱计同位素的标本，四极杆（八极杆）质谱仅在测定3个元素/标本时，分析速度与TOF-MS一致。但随着标本分析元素的增加，分析速度大大下降，如每个标本分析20个元素，分析速度仅为20个标本/每小时。

2、多元素分析的灵敏度

飞行质谱仪多元素分析的灵敏度高，全元素及同位素分析的灵敏度保持一致，四极杆（八极杆）质谱仪随着分析元素的增加，灵敏度显著下降。

3、瞬间信号的分析能力

飞行质谱仪全谱同时分析仪器。可对时间信号快速、全面地分析，为大量附件打开了出路，电热蒸法、激光消蚀、辉光放电及火花消蚀可以免除样品的溶解过程。有些附件可以将样品中的基体物质进行分离或进行预富集，例如：氧化法、色谱（高压液相HPLC，离子色谱，微柱）等技术用广泛、取样更灵活。而四极杆（八极杆）质谱仪由于其单道扫描特性，不适于监测联用技术中的瞬时多元素信号，分析瞬间信号能力很差。

4、质谱干扰的消除能力

ICP-MS中质谱的干扰（同量异位素干扰）是预知的，而且其数量少于300个，分辩率为0.8amu的质谱仪不能将它们分辩开，例如“Ni对Fe”“Ar 对Ca”、“Ar-O对Fe” 或“Ar-Ar 对Se ”的干扰（质谱叠加）元素校正方程式（与ICP-AES中干扰谱线校正相同的原理）可用来进行校正，选择性地选用一些低自然丰度的同位素进行校正。

由于飞行质谱可同时给出所有元素及其同位素信息，提供完整地同位素丰度比，因此用于校正的同位素信息全面，质谱干扰的消除能力强。而四极杆（八极杆）质谱仪由于同时间给出的信息有限，质语干扰的消除能力差。

5、抗基体干扰技术

必须指出。HCI、HClO3、H2PO4和H2SO4将引起相当大的质谱干扰。Cl+、P+、S+离子将与其他基体元素Ar+、O+、H+结合生成多原子。因此在ICP-MS的许多分析中避免使用HCI、HClO3、H2PO4和H2SO4是至关重要的。

GBC飞行时间质谱仪具有专利的“智能栅抗干扰技术”，可同时锁住和排除16种干扰离子。具有优异的抗干扰能力及避免其对检测器冲击造成的损害。

四极杆（八极杆）质谱仪通常采用气体碰撞池技术，方法建立繁琐，操作者须对干扰元素及碰撞气体相当了解。并且由于同时引入的碰撞气体有限，对干扰离子的消除能力有限。并且大量的气体引入对检测器造成冲击，已造成检测器老化。

OptiMass9500 TOF-MS的抗基体干扰能力还表现在其分辨率不受基体元素浓度的影响NaCl基体的浓度增加10000倍对仪器的质量标尺（横标刻度）或者分辨率都没有影响。

6、稳定性以及无与伦比的同位素丰度比值测量精密度

在四极杆ICP-MS中，由于其内在的单道扫描特性，使得其同位素比值的测量精密度较差。而且其质量歧视效应也非常严重，必须使用价格昂贵的同位素标准物质进行质量偏倚校正。

GBC OptiMass9500 TOF-MS的测量精密度随积分时间（获取时间）或分析物浓度的增加而提高，一般与这两种参数成平方根的函数关系。采用10s积分时间，不管同位素丰度比值对的数量多少，用lngml-1溶液获得的同位素丰度比值的精密度都在1%RSD左右。采用10ngml-1分析物浓度和50s积分时间，精密度可提高至0.2%RSD。

7、运行成本

由于飞行质谱为全语同时分析，分析速度较四极杆（八极杆）质谱仪快很多，运行成本相应节省。例如若每个标本分析25个元素，飞行时间质谱较四极杆（八极杆）质谱仪的运行成本可节省6倍。

责任编辑：展源

审　　核：何发

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