闲聊质谱分析(ICP-MS)在实验室使用的趣闻

闲聊质谱分析(ICP-MS)在实验室使用的趣闻

李革胜, 3-1-2012

质谱分析(Mass Spectrometry，MS)是一种粒子物理方法，质谱法是一种按照离子的荷质比（m/z）对离子进行分离和测定的方法, 基本原理是使试样中各组分在电离作用下，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电磁场使发生速度色散，分别聚焦而得到质谱图，准确测定物质的分子量。

在矿物实验室中, 用得最多的是电感耦合等离子质谱分析法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，简称ICP-MS）, 是将ICP的高温（8000K）电离特性与四极杆质谱计的相结合而形成的一种元素和同位素分析技术。和计算机连接, 它具有灵敏, 快速扫描和准确直观等优点。

ICP-MS的分析过程是: ICP作为质谱的高温离子源（7000K），对样品进行加热、蒸发、解离、原子化、电离等过程。扫描元素质量数范围应该可从6到260，浓度线性动态范围应该可达9个数量级从ppq到1000ppm直接测定。ICP-MS比传统无机分析技术相提供了更宽的检出限和动态线性范围、样品要求低(干粉既可), 干扰少、精密度高、速度快、并可同时测定多元素和同位素。

在矿物实验方面的主要应用：稀土矿物、贵重金属；铂族元素；痕量多元素同时测定； 溴、碘等非金属元素微量分析；放射性同位素比值分析等。

其实ICP-MS比较昂贵, 维修和保养费用高。

ICP-MS好是好, 但结果还是取决于怎样使用, ICP-MS有个缺点, 它的光谱干扰很严重, 其结果必须经过校正才能用。 如质谱的背景干扰, 在没有任何核素情况下, 分析器还是会得到背景信号。外部离子撞击电子倍增器, 光子, 随机电子, 仪器的杂散光都可能产生噪声。

还有的干扰就是污染引起的, 样品室还有他人的样品残迹, 雾化室没有按时清洗, 连接口有污染, 氧化物在锥空壁的冷凝和成积等。ICP-MS高温几乎把所有的分子全部离化, 离子化强度过高, 干饶测量结果。

ICP-MS高温引起的化学反应多种多样, 打出来的化合物, 如氟化钙, 氯化钙等很难判断是矿物中的, 还是等离子反应产生的。其他, 如电源波动, 电子元件噪声, 等离子放电等瞬时信号也影响结果。

校正的方法多采用外标校正曲线法, 内标校正法, 标准加入法, 同位素稀释法。样品结构简单, 结果准确率和精密度就好, 结构复杂, 分析结果就受结构基体效应的影响大, 仪器灵敏度和准确率变差, 在外标校正曲线法中同时加入内标来校正结构基体效应的影响, 这个办法看上去很好, 但重复性就一直是个头痛的问题。笔者讲的重复性指的是每个技工都可以做出相同的图谱, 数据漂移不超过3Σ原则。

比如内标校正法的关键是选择合适的内标元素来监测仪器信号漂移, 首先要知道样品中是否含有该元素, 浓度如何, 其信号浓度对仪器计算统计没有影响。如在铀矿检测中, Bi作为内标元素就比In好。所以知道该样品的成分是做出个好的结果必要条件, 但使用ICP-MS的目的就是要找出样品的成分?

笔者一位世界著名大学毕业的同事, 用ICP-MS测特定土壤中某草本植物的含某金属大分子的分子量, 老是不得要领, 最后发现是他没有清洗样品室的残留氧化物。

所以ICP-MS 是个好东西, 但做定量分析之前, 一定要把它搞清楚, 有些校正, 清洗和维护工作应了解, 才不致走弯路。

40分钟写完