ICP-MS原理及两款常用质谱分析仪器比较
ICP-MS 是目前痕量和超痕量元素分析的重要手段，质 谱技术发展到现在有20 多种型号的质谱分析仪器，本文介绍 ICP-MS 基本工作原理，并选择Agilent7700CX 和Thermo iCAP 两款常用分析仪器做简要比较。
一、ICP-MS 分析原理 样品由载气（氩气）带入雾化器系统进行雾化后，以气溶 胶形式进入等离子体的轴向通道，在高温和惰性气氛中被充分 蒸发、原子化和离子化，产生的离子经过采样锥和截取锥进入 真空系统，经过离子镜聚焦，由四级杆质谱计依据质荷比进行 分离。经过质谱计的离子用电子倍增管计数，所产生的信号由 计算机处理，根据质谱峰的位置及元素浓度与计数强度的关 系，进行试样中元素的定性和定量分析。
1.ICP-MS仪器构造 ICP-MS 仪器构造分为两类，落地式和台式， Agilent7700CX 和Thermo Fisher iCAP 都采用台式（桌上型）设计，机械泵放置于仪器外部，利于仪器散热，便于噪音 分离。ICP-MS 的真空系统由机械泵和分子泵来提供，分子泵 集成在主机上，机械泵通过管子和仪器相连，提供第一级真 空，气压维持在<2mba。
2.进样系统 Agilent7700CX 在进样器上增加了HMI 设计，HMI 大大提 高等离子体解离样品基体的能力，与常规ICP-MS 仪器相比， 其耐盐能力提高了十倍以上，并且几乎可以消除高基体造成的 信号抑制现象。Peltier 制冷控温的进样系统，提高仪器稳定 性和有机溶剂分析能力。两种雾化器都能减低多原子干扰离子 的生成。两家的雾化器都是可以拆卸的，两家公司都配置了多 样类型的进样装置以供客户选择。对于其他类型的进样分析， 以下几种雾化器可以选择：耐HF 酸的惰性雾化器（HF inert nebulizer）、PTFE 材质的Burgener 同心雾化器 （Concentric Burgener PTFE）、聚酰胺材质的同心雾化器 （Concentric Polyamide）和低流速雾化器等。
3.离子源（ICP） ICP 的装置由3 个石英同心管组成，即外管，中间管和样 品注入管。外管内径为18mm，长大约100mm，中间管内径为 13mm，样品注入管1.5mm，这两个管的开口端都短于外管的开 口端。矩管的作用主要是使等离子体放电与负载线圈隔开以防 止短路，并借助通入的外气流带走等离子体的热量和限制等离 子体的大小。矩管的材料多为石英。Agilent7700CX 和Thermo Fisher iCAP 的中心管和矩管都可以根据实际需要的进行更换。两厂家使用的的ICP 射频发生器（RF Generator）是固态 RF 发生器，频率分别是27MHz 和27.12MHz。
4.接口 ICP-MS 是由一个采样锥和一个截取锥组成的，含有离子 的气体通过采样锥进入由机械泵支持的第一级真空室，以超声 速度仅在几微妙内就膨胀，在此室中形成一个超声喷射流。喷 射流的中心部分通过截取锥孔。Agilent 和Thermo Fisher 家公司提供的都是双锥设计，标配的都是镍锥。两家公司也可根据客户的需要提供更耐腐蚀、更经用的铂锥，但价格较高。 两家公司在接口设计的最大不同是锥孔大小的设计。Agilent 采样锥和截取锥的孔径分别是1.0mm 和0.4mm，Thermo Fisher 分别是1.1mm 和0.5mm。
5.离子聚焦系统 离子聚焦系统是由一组静电控制的离子透镜组成，利用离 子的带点性质，用电场聚焦或偏转牵引离子，将离子和非带点 离子分离（光子和中性离子）。 Agilent7700CX 的离子透镜分别是提取透镜和OMEGA 镜。提取透镜包括两组透镜，可以分别设置电压、主要目的是提取孔锥的离子。提取透镜后的OMEGA 透镜是离轴的，但是 Off-axis Omega lens 设计以去除光子和中子干扰，沉积物会 沉积在挡板上，需要定期清洗，拆卸与清洗较麻烦，且必须泄 真空。有利于中性离子的排除，同时也达到离子聚焦的目的。 iCAP 离子光学系统由3个独立部分构成的：直角转弯透镜 RAPIDLens）、中间透镜组（The intermediate Lens）、分差孔径组件（The DA assembly）。
6.反应池 反应池位于离子透镜之后，四级杆之前。Agilent ThermoFisher 公司的碰撞反应池技术叫八级杆反应系统 ORS， Agilent 利用H2 与He2 或NH3 作为碰撞或反映气体， 填充到质量分析器之前的八级杆碰撞室中，以碰撞反应去除多 原子（polyatom）干扰，因中性副产物无法去除而进入到质量 分析器，成为背景噪声。Thermo iCAP 使用QCell设计，利 用He2 和H2 作为碰撞或反应气体，充到质量分析器之前的八 级杆碰撞室中，以碰撞反应去除多原子（polyatom）干扰。
7.四级杆和离子检测器 四级杆是由四根彼此距离相等的杆子组成，从离子运动的 方向看四级杆，水平方向为X 面，垂直的两根杆为Y 的杆子加上正电压，Y面的杆子上加了等量的负电压。离子通 过透镜和反应池，进入四级杆，只有符合测量质荷比要求的离 子才能通过四级杆，被检测器检测；不符合要求的离子则与四 级杆碰撞或离开四级杆之间的轨道被泵抽出系统。 Agilent 和Thermo Fisher 两家公司都采用双模式检测 器，分为脉冲和模拟两种，可同时测量一个样品中的低浓度和 高浓度元素。线性范围达8～9 个数量级。
