电感耦合等离子体质谱原理及应用教学课件.ppt

检 出 限 测 样 速 度 Flame-AAS ICP-OES 消耗成本 GF AASAFS ICP-MS 分析元素种类宽泛 低检出限：多数元素具有非常低的检出限，痕量检测能力 非常快的分析速度，多元素同时分析 宽动态范围：大于8个数量级的线性范围 迅速获取同位素信息 尤其适合分析其它方法难测定的元素如稀土元素,贵金属,铀等 半定量分析，能与色谱分析联用进行元素形态研究 ICP-MS的特点 谢谢大家！ * * * 名词解释： 射频：简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。射频技术在无线通信领域具有广泛的、不可替代的作用。 等离子体：是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除去固、液、气外，物质存在的第四态 。 * ICP由于其高温特性，顺其自然的成为了无机质谱（元素分析）中理想的离子源，在采用ICP作为离子源的无机质谱中，按照质量筛选器的种类，分成上述三种，其中最成熟也是应用最广泛的就是四级杆质谱。除此之外还有磁质谱，飞行时间质谱，但是四级杆质谱占据整个ICP-MS质谱市场的90%左右。 * 磁扇区质谱原理： 利用不同质量数的离子在电磁场中的运行轨道差异实现离子筛选的质谱仪。 最简单的磁扇区质谱为单聚焦质谱，可以连续改变加速电场或者磁场强度，从而实现对不同质荷比的离子的筛选（配合出射狭缝）。 双聚焦磁扇区质谱在电磁场后放置静电场分析器，磁场实现位置色散（质荷比不同），电场实现能量色散。如果在电场中还可以有效进行能量补偿（离子动能差异），就可以完全实现了高分辨率的质量数分离。 磁扇区质谱速度较慢，一般要比四级杆质谱慢4~5倍，磁场设置时间也较长。 * 多数质谱干扰需要分辨率R10000即可分辨。 一般四级杆质谱的M/ΔM,四级杆一般的质量范围M250amu(atomic mass unit), ΔM（10%峰高宽）一般在0.7~1amu之间，因此最佳分辨率R350,无法分辨质谱中的几乎所有的质谱重叠的干扰。 如上图中，采用高分辨磁扇区质谱可以分辨Fe56~55.935与Ar40O16~55.957的微小质量数差异。 Transmission为离子的传输效率，分辨率一般与灵敏度成反比。 * 在中档的R=4000分辨率条件下，可以分辨的10%峰宽ΔM0.015amu。 因此Ni与其它干扰离子得以区分。 高分辨磁质谱可以保证周期表上的干扰元素获得几乎接近非干扰元素的检出能力。 * 飞行时间质谱是质谱的一个重要分支。 飞行时间质谱是利用能量相同的离子，在相同长度的飞行路径上，受到相同的电场作用时，由于离子质荷比的差异，导致到达检测器的飞行时间的差别而进行离子筛选的技术。 飞行时间质谱仪仪器原理最为简单，能够分析的离子质量数范围可以很大。 由于离子离开离子源时具有一定得初始速度的差异，因此在飞行时间质谱设计上，一般采用反射电极的结构。 反射电极可以保证初始能量具有差异的相同质量数离子运行不同长度的路径（速度快的离子路径长），从而改善分辨效果。 需要说明的是，飞行时间质谱仪的进样方式为脉冲式进样（非连续进样） 商品化的Tof仪器可以达到R=1000左右的分辨能力，对于瞬时信号具有快速响应，但是定量分析性能较差。 * 上图为四级杆ICP-MS的仪器结构图，可以简单分为进样系统，ICP部分（包括RF发生器和匹配箱），接口部分，离子透镜，四级杆，检测器，真空系统，软件控制。 各个部分的作用如下： 进样系统-实现简单，稳定的液体样品引入 ICP-提供稳定的高温等离子体，保证各种基体的样品中的多种元素均可以有效的离子化。 接口-实现有效，均衡的离子提取，并保证真空系统的衔接 离子透镜-实现干扰去除，离子束聚焦和传输 四级杆-筛选特定质荷比的分析物离子 检测器-测定离子强度（数量） 真空系统-保证离子高效率传输以及质谱的清洁，工作稳定 * 横轴为原子序数，纵轴为电离能 电离能可以用两种单位表示： 1ev=96.5KJ/mol 概念： 第一电离能-气态电中性基态原子失去一个电子，转化为气态基态正离子所需要的最低能量 。 第二电离能-经过了一次电离后形成单电荷离子后，气态离子失去第二个电子需要的能量。 周期表中第一电离能最高的元素是He~24.59ev=2373KJ/mol 第一电离能的高低明显影响了元素在ICP-MS中的灵敏度 * 上图描述了样品的进样过程。 由于ICP是一个开放式的等离子体系统，始终处于电离与平衡的过程之中，因此ICP并不能够承受大量液体样品的引入，因此采用雾化器，雾化室这样的进样系统。 通过蠕动泵使样品不断到达雾化器，雾化器把液