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实验室分析仪器--ICP等离子气体种类选择

2022.1.25

目前所用的ICP主要采用氩气,然而引入其他种类气体对实际测试可达到非常有用的效果。Fassel型炬管不适合用于引入其他种类气体,即便在较低浓度范围内,也会使等离子体熄灭。等离子火焰是否容易熄灭取决于仪器RF调谐电路的设计。逐步增加引入气体流量可避免等离子火焰熄灭。一些仪器采用另一种气体引入方式,同时利用另一个质量流量计,确保引入的气体流量准确。此外,也可使用气体混合器。

 

ICP-MS中可以使用氮气以减少干扰。可以在冷却气中加入或雾化气中加入氮气,减少各种干扰。若在冷却气中加入氮气,则需提高氮气所占体积分数(5%~10%),才能获得良好效果,即在冷却气中加入氮气效果不如在雾化气中加入氮气。在雾化气中加入氮气,研究表明体积分数为4.5%时,即可有效消除1%氯离子干扰。此时干扰消除机制仍无法确定,但可以通过观察质谱谱图来讨论相应机制。40Ar35Cl+造成质荷比m/z75处(40Ar35Cl+对应质荷比m/z77)的信号降低时,质荷比m/z49及51处信号相应增大。似乎存在某种优先竞争反应,即与Ar相比,N优先与Cl反应。氮气的引入对等离子体物理及电性质具有重要影响。若在雾化气中加入,则等离子环面明显增大。此外,雾化气中加入氮气后,使电子温度降低3000~5000K,同时气体动力学温度小幅降低,但仍足够明显。因此,虽然在雾化气中加入氮气能明显降低干扰,但同时也造成灵敏度下降。但是,此时并未严重影响大部分样品分析。一些研究人员在冷却气中加入氮气,报道称信号抑制有限,且某些元素的灵敏度实际上提高了一些。Uchida及Ito报道了以氮气为主(即冷却气中只加入少量氩气)的等离子体中相关情况,报道称此种等离子体降低了氩相关离子干扰,因此能进行As及Se的测定,但增加了氮相关离子干扰。此外,第一电离能小于6.5eV的元素灵敏度增加,而第一电离能大于6.5eV的元素灵敏度下降。

 

ICP-MS分析含有机基质的样品时,通常引入氧气。有机基质的存在,增大了蒸气压,降低表面张力,使雾化室到等离子体之间传输效率增大,通常在等离子体谱图中形成干扰峰。研究人员已采用各种方法减少溶剂负载,例如采用去溶装置,以减缓因吸入溶剂而使等离子能量降低现象。此外,有机溶剂热分解过程中造成碳沉积,可能堵塞采样锥或在离子透镜系统中形成镀层,造成严重的信号漂移。引入氧气后,可以将热分解过程转换成氧化燃烧过程。因此使沉积碳以二氧化碳形式去除。加入氧气的量取决于吸入有机溶剂的浓度。与梯度液相色谱联用时,有机溶剂的组成在周期10~15min内发生巨大改变。此时若引入氧气,则会使采样锥发生氧化腐蚀。极端条件下,此情况意味着需更换新的采样锥,或使用时间极短(几分钟内)。一些采样锥采用铂或掺铂材料,抵抗氧化腐蚀能力比标准镍锥或铜锥强。

 

等离子体较少使用氢气。氢气具有极高的热导率,若在雾化气中加入氢气,线圈螺旋区域的热能将更稳定地传输至等离子环形区域。即等离子能量增大,转动温度升高。这对分析易形成难熔氧化物的待测元素极为有效,此时难熔氧化物离子在高能等离子中解离更有效。分析泥浆状耐火材料样品时,如陶瓷、耐火砖等,加入氢气分析效果更佳。虽然此研究是在ICP发射光谱仪上进行,其基本原理仍适用于CPMS。已有文献报道称在雾化气中加入氢气,能将分析过程中形成的多原子离子干扰降至最低。相比氩气等离子体,加入氢气后MO+多原子离子干扰降低10倍,而其他分子干扰离子并为降低。此外,加入氢气后,信噪比、信背比降低,且质量数较大的元素响应受抑制。

 

惰性气体可作为添加气加至氩气等离子体中,或可以单独使用。虽然使用这些气体可获得某些效果,但成本比氩气等离子体更高,因此并未被广泛使用。氩气等离子中,样品与氩气之间形成多种干扰离子。若使用其他种类气体,则可避免此类干扰。惰性气体中使用最多的是氦气。ICP-MS分析中已使用碳氢化合物气体解决多原子离子干扰问题。一些工作者使用甲烷气体获得不同程度效果。

 


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