电感耦合等离子体质谱仪工作原理详解

电感耦合等离子体质谱仪工作原理详解

电感耦合等离子体质谱仪是一种常用的质谱仪产品，主要由等离子体发生

器、雾化室、矩管、四极质谱仪和一个快速通道电子倍增管等部件组成，在多

个行业中都有一定的应用。电感耦合等离子体质谱仪工作原理是什么呢?下面

小编就来具体介绍一下，希望可以帮助到大家。电感耦合等离子体质谱仪工作

原理工作原理是根据被测元素通过一定形式进入高频等离子体中，在高温下电

离成离子，产生的离子经过离子光学透镜聚焦后进人四极杆质谱分析器按照荷

质比分离，既可以按照荷质比进行半定量分析，也可以按照特定荷质比的离子

数目进行定量分析。该类型质谱仪主要由离子源、质量分析器和检测器三部分

组成，还配有数据处理系统、真空系统、供电控制系统等。样品从引入到得到

最终结果的流程如下：样品通常以液态形式以 1mL/min 的速率泵入雾化器，用

大约 1L/min 的氩气将样品转变成细颗粒的气溶胶。气溶胶中细颗粒的雾滴仅

占样品的 1%～2%，通过雾室后，大颗粒的雾滴成为废液被排出。从雾室出口

出来的细颗粒气溶胶通过样品喷射管被传输到等离子体炬中。ICP-MS 中等离

子体炬的作用与 ICP-AES 中的作用有所不同。在铜线圈中输入高频(RF)电流产

生强的磁场，同时在同心行英管(炬管)沿炬管切线方向输入流速大约为 15L/min

的气体(一般为氩气)，磁场与气体的相互作用形成等离子体。当使用高电压电

火花产生电子源时，这些电子就像种子一样会形成气体电离的效应，在炬管的

开口端形成一个温度非常高(大约 10000K)的等离子体放电。但是，ICP-MS 与

ICP-AES 的相似之处也仅此而已。在 ICP-AES 中，炬管通常是垂直放置的，等

离子体激发基态原了的电了至较高能级，当较高能级的电子落回基态时，就会

发射出某一待测元素的特定波长的光子。在 ICP-MS 中，等离子体炬管都是水

平放置的，用于产生带正电荷的离子，而不是光子。实际上，ICP-MS 分析中

要尽可能阻止光子到达检测器，因为光子会增加信号的噪声。正是大量离子的

生成和检测使 ICP-MS 具备了独特的 ng/L 量级的检测能力，检出限大约优于

ICP-AES 技术 3～4 个数量级。样品气溶胶在等离子体中经过去溶、蒸发、分

解、离子化等步骤后变成一价正离子(MM+)，通过接口区直接引入质谱仪，用

机械泵保持真空度为 1～2Torr(注：1Torr=1/760atm=1mmHg;1Torr=133.322Pa)。

接口锥由两个金属锥(通常为镍)组成，称为采样锥和截取锥。每一个锥上都有

一个小的锥孔(孔径为 0.6～1.2mm)，允许离子通过离子透镜引入质谱系统。离

子从等离子体中被提取出来，必须有效传输并进入四极杆质滤器。然而 RF 线

圈和等离子体之间会发生电容耦合而产生几百伏的电位差。如果不消除这个电

位差，在等离子体和采样锥之间会导致放电(称为二次放电或收缩效应)。这种

放电会使干扰物质的形成比例增加，同时大大影响了进入质谱仪离子的动能，

使得离子透镜的优化很不稳定而且不可预知。因此，将 RF 线圈接地以消除二

次放电是极其关键的措施。一旦离子被成功从接口区提取出来，通过一系列称

为离子透镜的静电透镜直接被引入主真空室。在这个区域用一台涡轮分子泵保

持约为 10-3Torr 的运行真空。离子透镜的主要作用是通过静电作用将离子束聚

焦并引入质量分离装置，同时阻止光子、颗粒和中性物质到达检测器。在离子

束中含有所有的待测元素离子和基体离子，离开离子透镜后，离子束就进人了

质量分离装置，目标是允许具有特定质荷比的待测元素离子进入检测器，并过

滤掉所有的非待测元素、干扰和基体离子。这是质谱仪的心脏部分，在这一区

域用第二台涡轮分子泵保持大约为 10-6Torr 的运行真空。现在商业应用的 ICP-

MS 设计通常是用碰撞/反应池技术消除干扰，在后续的四极杆中进行质量过滤

分离。最后一个过程是采用离子检测器将离子转换成电信号。目前最常用的设

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/368834c3b42acfc789eb172ded630b1c58ee9b42.html