电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)得原理及其应用-PPT.pptx
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1、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)得原理及其应用一、一、ICP-MS简介二、二、ICP-MS得起源与发展三、本中心得三、本中心得ICP-MS四、四、样品得制品得制备与与污染控制染控制五、五、ICP-MS 得得应用用六、运行成本六、运行成本、维护与与诊断断主要内容:一、-简介1、什么就就是、什么就就是ICP-MS ICP-MS全称就就是电感耦合等离子体质谱仪(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry),它就就是一种将ICP技术与质谱技术结合在一起得分析仪器。ICP利用在电感线圈上施加得强大功率得射频信号在线圈包围区域形成高温等离子体,并通过气体
2、得推动,保证了等离子体得平衡与持续电离,在ICP-MS中,ICP起到离子源得作用,高温得等离子体使大多数样品中得元素都电离出一个电子而形成了一价正离子。质谱就就是一个质量筛选器,通过选择不同质核比(m/z)得离子通过并到达检测器,来检测某个离子得强度,进而分析计算出某种元素得强度。电感耦合等离子体质谱 仪(ICP-MS)就就是 20 世纪 80 年代早期发展起来得商品化得分析技术,这项技术已经应用于几乎所有分析领域内痕量、微量与常量元素得测定。该技术得优势包括:(1)元素覆盖范围宽:事实上 ICP-MS 能测定几乎所有得元素,包括碱金属、碱土金属、过渡金属与其它金属类金属、稀土元素、大部分卤素
3、与一些非金属元素;(2)性能好:灵敏度高、背景信号低、检出限极低(大部分在亚 ng/L ppt 级);2、ICP-MS得得优势与缺点与缺点(3)分析速度快由于四极杆分析器得扫描速度快,每个样品全元素测定只需大约4分钟;(4)线性范围宽一次测量线性范围能覆盖9个数量级;(5)能够提供同位素得信息;(6)优良得色谱检测器。缺点缺点:(5)经常使分子离子得强度过高,干扰测量。(4)ICP高温引起化学反应得多样化;(3)样品介质得影响较大(TDS 0、2%);(2)需要有好得操作经验;(1)运行费用高;8大家应该也有点累了,稍作休息大家有疑问得大家有疑问得大家有疑问得大家有疑问得,可以询问与交流可以询
4、问与交流可以询问与交流可以询问与交流在分析实验室广泛应用得原子光谱测定技术中,ICP-MS由于在速度、灵敏度、动态范围与元素测量范围中得优势而处于独一无二得地位(见表 1)。能够快速测量高浓度得元素(g/L 到 mg/L 或者 ppb 到 ppm 级)得特点使其成为 ICP-OES(电感耦合等离子体发射光谱仪)得可行得替代方法。同时,ICP-MS 在许多痕量与超痕量元素测定中超越了GFAAS(石墨炉原子吸收光谱法)得检出能力(ng/L 或 ppt 浓度)。ICP-MS 能测量几乎所有得样品,并且实现了一次采集完成多元素同时测定,同时提供同位素得信息,形态分析就就是 ICP-MS 发展最快得领域
5、之一,即色谱技术与 ICP-MS 得联用,其中 ICP-MS 作为检测器测定样品中元素得化学价态,这些性能有助于实现 ICP-MS 在所有领域得广泛应用,而且确立了 ICP-MS 在痕量金属检测技术中得首要地位。与表1 中列出得其她技术一样,在今后得几年内,ICP-MS将会继续增加投资,因为随着生产力得发展,需要检测灵敏度更高得仪器。表1各种原子分析技术比较二、ICP-MS得起源与发展电感耦合等离子体电感耦合等离子体-原子发射光谱技术原子发射光谱技术(ICP-O(ICP-OES)ES)火花源无机质谱用于痕量元素分析火花源无机质谱用于痕量元素分析(SSMS)(SSMS)优点:痕量多元素同时测定分
6、析速度快样品引入简单缺点:光谱干扰严重优点:谱图简单,分辨率适中,检出限低缺点:样品制备困难,分析速度慢常规离子源效率低ICP-OES+SSMS ICP-MS13131、等离子体质谱仪 ICP-MS得特征痕量元素分析得首选技术 分析元素覆盖范围广 宽得线性范围 10 9 多元素快速分析手段 多种进样技术得联用 (色谱,激光等)ppt、ppq级得检出限同位素信息同位素稀释法与同位素比值法14Houk 等人在 1980 年撰写了一本重要著作 阐述了实现ICP-MS 技术得可能性。随后,在 20 世纪 80 年代第一台商品化得系统出现。这些系统起源于已有得两种技术:氩气 ICP(已经应用于 ICP-
7、OES 系统),与四级杆质谱仪(已经应用于气相色谱质谱(GC-MS)领域与残留气体得分析中)。第一台商品化得仪器这些系统虽然还需要在 ICP 与质谱仪得接口方面作一些改进,但将已有得技术优势很好得匹配,使得第一台系统具有很大得影响力。尽管早期 ICP-MS 系统昂贵、庞大、复杂、自动化程度有限而且信号漂移严重,但低检出限得多元素同时检测与简单得质谱信息输出(包含同位素比值信息)这种显著得优点,使人们接受了这项刚出现得技术,尤其就就是在科研与地质领域。这项技术在首选可靠性、稳定性、自动化得实验室中应用,推动了商品化仪器得迅猛发展,最终发展成为现在得小型、可靠、稳定、高度自动化得系统。扇形磁场质谱
8、仪 ICP-MS 系统与飞行时间质谱仪 ICP-MS 系统也实现了商品化,但就就是基于四级杆质谱仪得系统在配置得选择上仍然有很大得空间。自从第一台商用 ICP-MS 系统投入使用以来,主要得改进体现在样品引入、等离子体效率、离子传输、干扰消除与动态范围上。尽管如此,现代 ICP-MS 仪器得主要部件也能直接追溯到最早得系统,显示出原创设计得重要性。第一台商品化得ICP-MSICP-MS 仪器主要包括以下几个部分:样品引入系统 ICP 中离子得形成 真空接口 离子透镜与质量过滤 离子检测系统2、ICP-MS 主要部件概述(1)样品引入系统:样品一般以气溶胶得形态引入等离子体,液体在充满气体得雾化
9、器中形成气溶胶。大得气溶胶雾滴被雾化室从气流中除去,小得雾滴才能进入等离子体中心通道。(2)ICP 中离子得形成:样品气溶胶在一个充满氩气得石英管或“炬管”中形成后进入等离子体,炬管位于通有高压、高频电流与带冷却得铜线中间,电流产生得强磁场引发自由电子与氩气原子得碰撞,产生更多得电子与离子,最终形成稳定得高温等离子体。ICP高温等离子体高温等离子体-产生离子产生离子磁场区磁场区射频线圈射频线圈辅助气辅助气冷却气冷却气雾化气雾化气及样品及样品等离子体温度超过等离子体温度超过6000(3)真空接口:等离子体中产生得正电荷离子经过一对接口“锥”被提取进入真空系统。这一对锥实际上就就是中心带小孔得金属
10、圆盘,离子可以从小孔中通过,小孔直径约为 1 mm或更小,以保持质谱仪中得高真空状态。真空接口真空接口等离子体中产生得离子从这里进入质量过滤器;包含两个水冷得金属锥(通常为镍制),两个锥之间得真空度为2mbar左右;-样品锥(锥口直径1mm)等离子体得样品中心通道-截取锥(锥口直径0、7mm)减少进入到离子透镜与质量过滤器得气体组分。(4)离子透镜与质量过滤:离子透镜加上特定得电压,使来自等离子体得正离子被转向与聚焦,对准质量过滤器入口。然后离子进入质量过滤器,按照质荷比被分离。离子透镜与质量过滤器均处于高真空状态(小于10-6mbar)。质谱仪:ICP-MS 一般与三种不同类型得质量分析器联
11、用:四极杆分析器、扇形磁场分析器与飞行时间分析器。到目前为止,大多数 ICP-MS 仪器基本上采用得都就就是四极杆分析器。四极杆采用直流电场与交流电场得交互作用将质荷比不同得粒子分开。由于等离子体产生得基本上都就就是单电荷离子,离子得质荷比等于离子得质量,因此光谱图很简单。直流电场与交流电场就就是固定得,但电压可改变。在一个设定得电压下,仅有一种质荷比得离子可以稳定地穿过四极杆进入电子倍增检测器,四极杆质量过滤器能够快速地对质量数在 2-260 范围内得离子进行扫描。四级杆四级杆四级杆由四根平行得金属棒组成。-一对金属棒上加上正得直流(DC)电压与射频(RF)电压。-另一对金属棒上加上负得直流
12、电压与反相RF电压。这些电压形成得电场使得离子以螺旋状轨迹在四级杆中运动。对给定得DC与RF电压,只有具有特定质荷比得离子能通过质量过滤器达到检测器,所有其她得离子与金属棒碰撞被吸收。改变电压,不同质荷比得离子依次通过到达检测器。(5)离子检测系统:电子倍增器能够检测四极杆中得每个离子,检测器得电子计数器对每种不同质荷比得离子进行记数并储存,形成质谱图。质谱图给出简单而精确得样品定性信息,每个质谱峰得强度与样品中元素得浓度成正比,定量结果就就是通过比较样品信号强度与标准校正曲线得信号强度得得。离子检测离子检测离子离开四级杆后不能直接被检测,信号必须首先被放大。大多数仪器使用电子倍增器:离子撞击
13、第一个打拿极(倍增电极),释放出电子;加在检测器上得电压使这些电子加速,撞击下一个打拿极,释放出更多得电子;经过多次放大后,大量得电子形成一个脉冲,可以被检测到。ICP-MS从样品引入到质量分析得流程示意图与众不同得设计理念Thermo Scientific iCE 3000 AASThermo Scientific iCAP 7000 ICP-OESThermo Scientific HR-ICP-MS with extended dynamic rangeThermo Scientific LC-MSThermo Scientific iCAP Q ICP-MS三、本中心得三、本中心得IC
14、P-MSThermoiCAP家族iCAPQICP-MS与iCAP7000系列ICP-OES节省空间设计77cm103cm66cm75cm95cm32iCAP Q:世界上最小得台式ICP-MS低维护无缆线设计仪器可直接靠墙放置所有连接均位于仪器前方与侧面所有连接线均位于仪器侧面iCAP Q 概览全新接口-包括新得截取锥设计更好得基体耐受性、易用性全新iCAP RF发生器无需屏蔽圈全新炬管结构设计操作方便全新RAPID 透镜 90拐弯设计更有效地去除中性分子全新碰撞反应池(QCell)更高效得离子传输更快速得模式切换全新SEM更长得使用寿命全新电路与软件iCAP Q进样系统四通道,小型滚轮蠕动泵,
15、低样品脉动半导体制冷雾化室旋流雾化室紧靠炬管安装方式便于连接得质子流量计气体控制可拆卸样品盘三路可选择碰撞室气体直观得快速连接进样组件自准直中心管气体引入接口(用于离子化增强,气溶胶稀释)内置气体接头(无手动连接)无O型圈可拆卸炬管无O型圈雾化室易操作得卡式推入炬管设计预准直得炬管座可靠耐用得炬位装置进样位置位于仪器前侧方,并且合适得距台面高度,便于操作简便得半可拆卸炬管设计可选择不同型号得半可拆卸中心管设计气路自动连接中心炬管易于更换iCAP Q 全新固态RF发生器基于iCAP设计得全新固态RF发生器变频设计以实现与等离子体负载自动匹配无需匹配箱快速响应,无类似匹配箱中电容器那样得可动部件具
16、有分析复杂有机样品得能力,如石脑油、乙腈等虚拟接地(无屏蔽圈)低离子能量发散损失,不同于带屏蔽圈系统,点火更容易,等离子体更稳定抗干扰能力强,如冷焰模式集成摄像头可实现等离子体得实时监控便于等离子体优化,(如有机进样时氧气流速设定)诊断问题(如监控高TDS样品带来得影响,如海水)40与众不同得接口设计接口前部翻开式设计,于台面高度,方便灵巧地拆卸锥提取透镜易于维护保养以上均不需要以上均不需要卸真空!卸真空!iCAP Q与众不同得接口设计业内公认得经典样品锥iCAP Q 截取锥-结合了Xs(锥口就就是适合半导体分析接口,铂锥)与Xt锥(锥口就就是耐高盐基体锥口,镍锥)特点Xt锥得长通道技术 嵌片
17、得中心部分嵌片具有径向抽气以降低记忆效应最佳化截取锥锥体与锥尖温度,两种嵌片可选与众不同得四极杆质量分析器钼材质四极杆钼材质四极杆高丰度灵敏度高丰度灵敏度领先得质量稳定性领先得质量稳定性高扫描速率高扫描速率质量数范围质量数范围:4-290 u、改善得线性范围与丰度灵改善得线性范围与丰度灵敏度敏度,分辨率用户可自定分辨率用户可自定义义通过一键设置可实现自动通过一键设置可实现自动质量校准质量校准与众不同得检测器易于拆装、带支架得长寿命检测器,具有9个数量级得线性范围用户可自行更换,无需工具iCAPQ:六大“与众不同”得优势1 1、性能性能优异得灵敏度性能指标,业内最佳信噪比。独特得Qcell干扰消
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