ICP-MS作為一種快速、準確、以高靈敏度見長的分析方法,能夠測定元素周期表中的幾乎所有元素。
作為一種多元素分析方法,ICP-MS方法最突出的優點在于其寬廣的線性測量范圍、低檢測限和高通量樣品分析。經過多年對該儀器的研發,ICP-MS迅速成為一種可靠、穩定和高度自動化的方法,也成為多元素分析的主流方法,廣泛應用于不同領域實驗室的研發和分析檢測過程。
如果需要同時測定樣品中的多種微量及痕量元素,電感耦合等離子體質譜法(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS)是非常必要的技術手段。ICP-MS儀器于1980年問世,1983年第一代商用 ICP-MS系統投放市場。不過當時的儀器存在價格昂貴、體積龐大、操作復雜、自動化程度有限等諸多問題,最主要的問題還在于對一些未知分子的干擾非常敏感。然而作為一種重要的多元素分析方法,低檢測限和寬的檢測范圍內是其最大的優勢。經過多年對該儀器的研發,ICP-MS迅速成為一種可靠、穩定和高度自動化的方法,也成為多元素分析的主流方法,廣泛應用于不同領域實驗室的研發和分析檢測過程。
寬廣的線性檢測范圍
ICP-MS的工作原理:ICP作為質譜的高溫離子源(7000 ~ 8000 K),樣品在通道中進行蒸發、解離、原子化、電離等過程,離子通過樣品錐接口和離子傳輸系統進進高真空的MS部分,離子由電場加速,最后以質譜的方法對單個元素及其同位素進行檢測。這種方法能使ICP-MS達到從ppq到1000 ppm 9個數量級的直接測定。與傳統無機分析技術相比,ICP-MS技術提供了最低的檢出限、最寬的動態線性范圍、干擾最少、分析精密度高、分析速度快、可進行多元素同時測定以及精確的同位素信息等技術優勢。在當今的常規元素分析技術中,能夠做到寬的動態線性范圍的還有ICP-OES (電感耦合等離子體發射光譜法),但該方法在進行微量元素分析時經常受到限制。
但是,在高溫的等離子體條件下,ICP-MS方法也面臨一些挑戰:“高溫下像氬這樣的稀有氣體可能也會發生反應,如形成氬的氯化物或氬-氬化合物等,”安捷倫公司的ICP-MS 產品經理Uwe Noetzel如是說。由于這些化合物可能具有與待測元素相同的質量,將會對結果產生影響。“最近二三十年發展的四極桿質譜儀的碰撞集成技術和反應池技術,能很好地消除這些分子的干擾”Noetzel說,“在安捷倫的系統中,通過氦的單純碰撞,可以簡單、有效、方便地做到了這一點”。此外,珀金埃爾默儀器公司在開發其Nexion 300型ICP-MS系統時,也將重點放到對干擾物的抑制上,并由此提供了標準、碰撞和反應3種模式的裝置。
經過多年的努力,儀器對基體的容忍性不斷得到改進。過去在檢測溶解性總固體含量僅為0.3%時就已經達到極限,而今天例如安捷倫的儀器卻能容忍3%的溶解性總固體。海水含鹽量約為3%,遂可不經稀釋即不損失靈敏度的情況下直接進樣分析,這對于尿樣和其它含有基體的樣品亦然。如今,ICP-MS已經應用到眾多的應用領域,“安捷倫ICP-MS系統多應用于環保分析,但也廣泛用于食品、制藥、地質和法醫鑒定等領域。” Uwe Noetzel說。
耦合技術擴大了應用領域
除了儀器的穩健耐用、對基體的容忍性提高、檢測靈敏以及使用方便外,對于用戶而言,為了能夠進行經濟有效地工作,樣品的流通量非常關鍵。根據待測元素的數量,現代化的ICP-MS系統僅需幾分鐘就能進行一次完整的測量,特別適合高通量的樣品分析。
近年來,耦合技術在很多領域的應用越來越多,例如形態分析過程中,ICP-MS系統被作為HPLC 或GC等色譜的檢測器,借助該方法,可準確地在同一元素的不同同位素之間進行區分。Uwe Noetzel說:“例如砷或硒的形態研究,已成為現在很多實驗室的例行分析”。 Spectro公司的ICP-MS產品經理 Will Barger 補充道:“尤其在生物和食品科學領域,人們正致力于將ICP-MS 耦合技術應用于諸如金屬組學(metallomics) 和代謝組學研究。此外,與局部溶浸式的樣品加入法相聯合的高光譜成像法,局部和元素溶浸式的樣品測量法,以及表面和體積的測量法均已啟動。”
本文通過市場調查匯集了ICP-MS系統制造商的市場概況,企業從其系列產品中展出兩款系統,這份一覽表系根據各參與公司自身提供的信息匯集而成,對其完整性亦不發表評價。
ICP-MS能作何用?
ICP-MS技術的出眾之處,除了其快速性、準確性、低的檢測限以及多達9個數量級的寬廣線性范圍外,其檢測涵蓋了廣泛的元素范圍:幾乎所有的堿金屬、堿土金屬、過渡金屬以及其它一些金屬、類金屬元素、稀土金屬,大部分鹵素元素以及若干非金屬元素。ICP-MS系統非常適合作為色譜的檢測器,以此提供相關同位素的信息。