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赛默飞电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)工作原理

更新时间:2024-11-16点击次数:274

赛默飞电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)

赛默飞电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)是一款专为超痕量元素分析设计的高灵敏度分析仪器。其结合了电感耦合等离子体(ICP)和质谱(MS)技术,能够快速、精准地分析复杂基体中的多种元素,广泛应用于环境监测、食品安全、制药、材料科学等领域。


ICP-MS的核心技术特点

  1. 高灵敏度与低检测限

    • ICP-MS能够检测ppb(十亿分之一)级别甚至更低浓度的元素含量,灵敏度。

    • 即使是复杂基体中的痕量元素,也能实现精确分析。

  2. 多元素同时检测

    • ICP-MS可在一次分析中同时检测多达70种元素,极大提升实验效率。

    • 动态范围宽,可从痕量到高浓度进行定量检测。

  3. 强大的基体消除能力

    • 配备碰撞/反应池(如赛默飞QCell技术),有效去除基体干扰和同质异位体干扰,确保高精度结果。

  4. 稳定的等离子体源

    • 使用高频射频发生器生成高温等离子体,能够高效激发元素,确保离子化效率和结果稳定性。

  5. 灵活进样与自动化

    • 支持液体、固体、气体样品的进样,适应不同实验需求。

    • 自动化样品处理模块可实现无人值守运行,提高实验室生产力。

  6. 智能化软件支持

    • 配备赛默飞专属的软件(如 Thermo Scientific Qtegra),提供用户友好的操作界面。

    • 自动数据处理、报告生成和方法优化功能,减少人为干预。


工作原理

  1. 样品雾化与引入

    • 样品通过雾化器转化为细小液滴,并通过载气引入等离子体火炬。

  2. 离子化

    • 在高温等离子体中,样品中的元素被离子化,形成单一电荷的正离子。

  3. 质量分析

    • 离子被导入质谱分析器,根据质荷比(m/z)进行分离和检测。

  4. 数据采集

    • 检测器记录各离子信号强度,软件将信号强度转换为元素浓度。


主要型号与技术创新

  1. 赛默飞 iCAP RQ ICP-MS

    • 高灵敏度和超低检测限,适合痕量元素和同位素比值分析。

    • 配备碰撞反应池,能有效消除干扰。

  2. 赛默飞 iCAP TQ ICP-MS

    • 三重四极杆技术,提供无干扰的高精度结果。

    • 专为高复杂基体和法规合规性分析设计。

  3. 赛默飞 Neoma MC-ICP-MS

    • 多接收器质谱设计,适合高精度同位素分析。

    • 广泛应用于地质、环境和同位素地球化学研究。


应用领域

  1. 环境监测

    • 水质中重金属(如铅、砷、汞)的超痕量分析。

    • 土壤和空气颗粒物中的污染物检测,满足 EPA 和 ISO 标准。

  2. 食品安全

    • 检测食品中的有毒元素(如铅、镉、砷)。

    • 营养元素分析,如钙、镁、铁、锌等。

  3. 制药与生命科学

    • 符合 USP 232 和 ICH Q3D 标准,用于药物中元素杂质分析。

    • 生物体液中微量元素和同位素分析,用于临床研究。

  4. 材料与化工

    • 分析高纯金属和合金中的杂质元素。

    • 用于催化剂的痕量元素成分检测。

  5. 地质与矿产

    • 矿石和岩石中的痕量元素和稀有金属检测。

    • 同位素比值分析用于地质年龄测定和资源评估。

  6. 能源与核工业

    • 燃料和废料中的放射性元素分析。

    • 核电站的环境监测和材料评估。


操作流程

  1. 样品准备

    • 液体样品需稀释并酸化至适当浓度;固体样品通过溶解或微波消解处理。

    • 确保样品无颗粒物,避免堵塞雾化器。

  2. 仪器启动

    • 打开氩气供应和冷却系统,启动等离子体。

    • 调整射频功率和气流参数,确保等离子体稳定。

  3. 方法设置

    • 根据分析需求选择适当的检测模式(标准模式或反应模式)。

    • 设置分析元素及质量范围,优化信号灵敏度。

  4. 样品检测

    • 通过自动进样系统逐个检测样品。

    • 实时监控信号强度和数据稳定性。

  5. 数据处理

    • 软件生成浓度报告,支持多种格式导出。

    • 数据可用于实验报告或法规合规性验证。

  6. 日常维护

    • 定期清洗雾化器、离子透镜和碰撞反应池。

    • 检查并更换耗材,保持仪器性能。


优势与局限性

优势:

  1. 灵敏度高

    • 能检测到ppt(万亿分之一)级别的超痕量元素。

  2. 快速高效

    • 多元素同时检测,一次进样即可完成大部分分析需求。

  3. 抗干扰能力强

    • 配备碰撞反应池和三重四极杆技术,消除基体效应和同质异位体干扰。

  4. 应用广泛

    • 涵盖环境、食品、制药、材料、地质等多个领域。

局限性:

  1. 仪器复杂

    • 操作和维护需要经过专业培训。

  2. 运行成本高

    • 氩气消耗和耗材更换费用较高。


总结

赛默飞 ICP-MS 是一款功能强大的分析仪器,适用于多领域的超痕量元素分析。其高灵敏度、快速检测和抗干扰能力,为环境监测、食品安全、制药研究和地质探索等领域提供了可靠的数据支持。无论是日常检测还是科研应用,赛默飞 ICP-MS 都是现代实验室中的重要工具。