ICP-MS的圖譜非常簡單,容易解析和解釋。但是也不可避免地存在相應的干擾問題,主要包括質譜干擾和基體效應兩大類。
9.3.3.1 質譜干擾
當等離子體中離子種類與分析物離子具有相同的質荷比,即產生質譜干擾。質譜干擾主要有四種,即同量異位素干擾、多原子(或加合物)離子干擾、難熔氧化物離子干擾和雙電荷離子干擾。
(1)同量異位素干擾
當兩個元素的同位素具有相同質量時就存在同量異位素干擾。對四極桿質譜儀來說,同質量類指的是質量差小于一個原子質量單位的同位素。使用高分辨率儀器時質量差可以更小些。
周期表中多數元素都至少有一個(如Co)、兩個(如Sm)甚至三個(如Sn)同位素不受同量異位素干擾。只有In例外,它的一個同位素115In與115Sn重疊,而另一個同位素113In又與113Cd重疊。一般而言,具有奇數質量的同位素不受質譜重疊干擾,而具有偶數質量的許多同位素則會受到質譜重疊干擾。在m/z=36以下,不存在同量異位素干擾。有一些元素的豐度最高的同位素,亦即最靈敏的同位素可能受同量異位素干擾,如48Ti(豐度為73.7%)受48Ca的干擾。這類干擾的嚴重性在一定程度上取決于樣品基體和有關元素的相對含量。
同量異位素重疊干擾除了來自樣品基體或溶樣酸中的元素外,還有一些來自等離子體用的氬氣以及液氬中的雜質,如氪、氙等。
因為同質量重疊可以從豐度表上精確預計,此干擾的校正可以使用適當的計算機軟件進行,現在許多儀器已能自動進行這種校正。
(2)多原子離子干擾
多原子離子(或加合物)是ICP-MS中干擾的主要來源。這些離子,正如其名稱所示,是由兩個或更多的原子結合而成的短壽命的復合離子,如ArO+。
一般而言,最嚴重的多原子離子干擾是C、H、O、N、S、Cl的最高豐度同位素與Ar形成的多原子離子。它們有兩組:以氧為基礎質量較輕的一組和以氬為基礎較重的一組,兩組都包括含氫的分子離子。如
干擾32S+。
許多多原子離子干擾是由形成的含O和H的多原子離子直接引起的。O和H由溶液中的水蒸氣解離產生,其濃度很高。若設法減少進入等離子體中的水蒸氣的量,那么這些離子的干擾將會大大減少。采用恒溫霧室很容易予以實現。
(3)氧化物離子干擾
氧化物離子的產生源于樣品基體不完全解離或是由于在等離子體尾焰中解離元素再結合而產生的。無論產生的原因是什么,其結果都是在M+峰后M加上質量單位為16的倍數處出現干擾峰,如16(MO)、32(+
)或48(
)。一般而言,可能出現的氧化物離子的相對強度能從所涉及的元素的單氧化物鍵強度上加以預測。具有最高氧化物鍵強度的那些元素通常都有最高的MO+離子產率,如Ce。氧化物離子的產率通常是以其強度對相應元素峰強度的比值,即MO+/M+,大多數元素的這個比值都很少超過1.5%。
氧化物對分析能造成正的或負的干擾。正的干擾是氧化物和被分析物發生質譜重疊所致,類似于同量異位素的干擾。這種干擾可以通過加大分辨率分離干擾譜,或通過減少形成氧化物的量至對分析無關緊要的程度來克服。氧化物的量可以通過儀器操作條件的最佳化減少。而負的干擾是由于被分析物同位素有一部分形成了氧化物,結果造成了被分析的離子流的減小。負的干擾可以通過標定過程得到補償,這需要標定的標準與樣品成分基本匹配。
氧化物的形成與許多實驗條件有關,例如進樣流速、射頻能量、取樣錐與分離錐間距、取樣孔大小、等離子氣體成分、氧和溶劑的去除效率等。調節這些條件可以解決一些特定的氧化物重疊問題。
(4)雙電荷離子干擾
只有二次電離能低于氬的一次電離能(16eV)的元素才形成明顯的雙電荷離子,主要為堿土金屬、一些過渡金屬和稀土元素。在正常操作情況下,雙電荷離子產率非常少(﹤1%)。雙電荷離子的形成能給元素分析造成負的干擾,這是因為每形成一個雙電荷離子就會使該同位素單電荷離子減少一個。另外,雙電荷離子也能對某些元素分析產生正的干擾,因質譜儀按質荷比(m/z)關系輸送離子,所以雙電荷離子會按單電荷時m/z值的一半出現在質譜中,如果它和被分析物另一個元素離子的m/z值相等,那么就產生了同量異位素的正干擾。
9.3.3.2 基體效應
基體效應可分成兩類:由溶液中溶解的或未溶解的固體(高鹽溶液)所產生的物理效應;被測物的抑制或增強效應。
(1)高鹽溶液
ICP-MS分析的試樣有時為固體,其質量分數小于1%;有時為溶液,質量濃度約為1000μg/mL。當溶液中共存物的質量濃度高于500~1000μg/mL時,ICP-MS分析的基體效應才會顯現出來。隨著樣品溶液總鹽度的增加,被分析物離子流信號會發生漂移。這一現象可能與鹽分在采樣錐孔上的沉積,造成取樣錐孔縮小,導致傳輸到質譜儀的離子減少,從而使被分析物離子信號降低。
(2)抑制和增強效應
被測物的原子質量越低,以及等離子體中被測物的電離度越低,加入的共存元素或基體元素對被測物的離子計數率的影響就越大。對某一特定的被測元素來說,加入的基體元素的原子量和電離度越大,基體元素對被測元素的計數率的影響也就越大。
共存物中含有低電離能元素(如堿金屬、堿土金屬和鑭系元素)且超過限度,由它們提供的等離子體的電子數目很多,進而會抑制包括分析物元素在內的其他元素的電離,影響分析結果。試樣固體含量高會影響霧化和蒸發溶液以及產生和輸送等離子體的過程。試樣溶液提升量過大或蒸發過快,等離子體炬的溫度就會降低,影響分析物的電離,使被分析物的響應下降,基體效應的影響可以采用稀釋、基體匹配、標準加入或者同位素稀釋法降低至最小。
質譜干擾和基體效應一般來講可以通過相應的手段加以抑制和降低,但難以完全消除。因而在實際工作中要有針對性地采取各種方法提高分析準確性。