1、ICP-MS的原理和使用,2017-2-9,主要內(nèi)容,一、原理 二、結(jié)構(gòu) 三、使用和注意事項 四、日常維護(hù),ICP-MS儀器的原理,ICP-MS：,全稱是電感耦合等離子體-質(zhì)譜法(Inductively coupled plasma-Mass Spectrometry) 它是一種將ICP技術(shù)和質(zhì)譜結(jié)合在一起的分析儀器，它能同時測定幾十種痕量無機(jī)元素，可進(jìn)行同位素分析、單元素和多元素分析，以及有機(jī)物中金屬元素的形態(tài)分析。 比如食品藥品中常測的：鉛、砷、鉻、汞、鎘、鋁、鈣、鎂、鋅、鐵、銅、鉀、錳、鈉、鈷、鋇等。（可以直接購買混合標(biāo)液）,原理：,（1）在ICP-MS中，ICP起到離子源的作用，ICP

2、利用在電感線圈上施加強(qiáng)大功率的高頻射頻信號在線圈內(nèi)部形成高溫等離子體，并通過氣體的推動，保證了等離子體的平衡和持續(xù)電離，被分析樣品由蠕動泵送入霧化器形成氣溶膠，由載氣帶入等離子體焰炬中心區(qū)，發(fā)生蒸發(fā)、分解、激發(fā)和電離。高溫的等離子體使大多數(shù)樣品中的元素都電離出一個電子而形成了一價正離子。,原理：,（2）通過ICP-MS的接口將等離子體中的離子有效傳輸?shù)劫|(zhì)譜儀； （3）質(zhì)譜是一個質(zhì)量篩選和分析器，通過選擇不同質(zhì)核比（m/z）的離子通過來檢測到某個離子的強(qiáng)度，進(jìn)而分析計算出某種元素的強(qiáng)度。 ICP-MS靈敏度非常高，可以測量ppb及ppb以下濃度的微量元素。,總結(jié)起來：,原子化 將原子化的原子大部

3、分轉(zhuǎn)化為離子 離子按照質(zhì)荷比分離 計算各種離子的數(shù)目,ICP-MS儀器的結(jié)構(gòu),ICP-MS的結(jié)構(gòu) （）電感耦合等離子體:樣品引入系統(tǒng)；離子源 （）接口:采樣錐；截取錐 （）質(zhì)譜:離子透鏡系統(tǒng)；四級桿離子過濾器；檢測器,1.樣品引入系統(tǒng),溶液氣動或超聲方式引入 電熱蒸發(fā)方式引入 激光或火花方式引入 氣體發(fā)生方式引入注：大多數(shù)ICP-MS以氣動霧化器為標(biāo)準(zhǔn)附件（霧化效率低，1%，但使用方便，穩(wěn)定性好，易于與自動進(jìn)樣器聯(lián)用）,樣品引入系統(tǒng)（氣動霧化系統(tǒng)）,ICP（電離源）:,電離源是電感耦合等離子體（ICP），其主體是一個由三層石英套管組成的炬管，炬管上端繞有負(fù)載線圈，三層管從里到外分別通載氣，輔助

4、氣和冷卻氣，負(fù)載線圈由高頻電源耦合供電，產(chǎn)生垂直于線圈平面的磁場。如果通過高頻裝置使氬氣電離，則氬離子和電子在電磁場作用下又會與其它氬原子碰撞產(chǎn)生更多的離子和電子，形成渦流。,載氣，輔助氣和冷卻氣,三個都是氬氣，只是作用不同。 載氣：產(chǎn)生渦流，形成高溫；把樣品帶入等離子體。需要量大約為1L/min。 輔助氣：用來維持等離子體，需要量大約為1L/min。 冷卻氣：以切線方向引入外管，產(chǎn)生螺旋形氣流，使負(fù)載線圈處外管的內(nèi)壁得到冷卻。氣流量一般為10-15 L/min。,為什么要用氬氣?,Ar是惰性氣體 Ar 相對便宜 易于獲得高純度的氬氣 更重要的是 - Ar 的第一電離電位是 15.75 電子伏

5、特 (eV) 高于大多數(shù)元素的第一電離電位 (除了 He, F, Ne) 低于大多數(shù)元素的第二電離電位 (除了 Ca, Sr, Ba,etc) 由于等離子體的電離環(huán)境由 Ar限定, 所以大多數(shù)分析元素被有效地電離為單電荷離子,接 口,接口是ICP-MS儀器的心臟，采樣錐和截取錐是 其關(guān)鍵部件 (一個冷卻的采樣錐（大約mm孔徑） 和截取錐（大約0.40.8mm孔徑）組成, 兩孔相 距6-7mm。 接口的功能是將等離子體中的離子有效傳輸?shù)劫|(zhì)譜儀,質(zhì)譜分析器（四級桿）,利用靜電透鏡系統(tǒng)將穿過截取錐的離子拉出來，輸送到四極桿濾質(zhì)器。四極桿的工作是基于在四根電極之間的空間產(chǎn)生一隨時間變化的特殊電場，只有

6、給定M/Z的離子才能獲得穩(wěn)定的路徑而通過極棒，從其另一端出射。其它離子將被過分偏轉(zhuǎn)，與極棒碰撞，并在極棒上被中和而丟失。四極桿掃描速度很快，大約每100毫秒可掃描整個元素覆蓋的質(zhì)量范圍。,質(zhì)譜分析器,ICP-MS采用的是三級動態(tài)真空系統(tǒng)，使真空逐級達(dá)到要求值。采樣錐與截取之間的第一級真空約102Pa，由機(jī)械泵維持，離子透鏡區(qū)為第二級真空（10-4Pa），由擴(kuò)散泵或渦輪分子泵實現(xiàn)，四極桿和檢測器部分為第三級真空（10-6Pa），也由擴(kuò)散泵或渦輪分子泵實現(xiàn)。 真空度直接影響離子傳輸效率、質(zhì)譜波形及檢測器壽命。,ICP-MS的使用和注意事項,儀器的使用,一、儀器的準(zhǔn)備： 1、開機(jī)抽真空： 抽到Pen

7、ning 壓力 小于6.010-7mbar。 長時間不用抽真空約需 一天一夜，一般只需要 一晚上。抽真空的過程 中渦輪泵速一般都保持 在999.98。,2、點火：,（1）打開一樓的氬氣總閥，調(diào)整四樓分壓為0.6MPa （2）開啟水冷機(jī)（溫度：20；壓力：65Mpa左右）,（3）檢查并確認(rèn)進(jìn)樣系統(tǒng)（炬管、霧化室、霧化器、泵管等）是否正確安裝。 （4）上好樣品管和廢液管，檢漏； （5）點擊Instrument Control 左上角的“ON”點火； （6）點火后，先用娃哈哈的水沖洗5min，再用2%HNO3沖洗5min，穩(wěn)定儀器，同時注意觀察進(jìn)液和出液是否順暢。,儀器的準(zhǔn)備,儀器的準(zhǔn)備,（7）儀器

8、穩(wěn)定后點左上角的“RUN（運(yùn)行）”，從樣品管吸入調(diào)諧液，觀察靈敏度，靈敏度指標(biāo)：在STD下，最佳狀態(tài)是：7Li5萬；59Co10萬；115In21萬；238U30萬。如果在STD模式下靈敏度達(dá)不到，可以做一個Autotune（自動調(diào)諧）,儀器的準(zhǔn)備,（8）如果STD模式下靈敏度正常，打開氦氣鋼瓶主閥，調(diào)節(jié)分壓到0.2-0.3MPa，從STD模式切換到KED模式，點頂部的“Restart”觀察：59CO3萬；59CO/35Cl.16O18萬。如果靈敏度正常，可以在KED模式下做一次Autotune（自動調(diào)諧）然后測樣品。,注意：,（1）如果上午做儀器測試，完成后，下午測樣品，可以在下班之前先熄火

9、，即點左上角的“OFF”，下午來了點火直接測定，不需要再進(jìn)行儀器調(diào)試。 （2）儀器只有在點火后才會消耗氬氣，只抽真空不點火是不需要?dú)鍤獾摹?二、樣品分析,打開桌面上Qtega軟件，主頁上： 1、Dashboard（儀表盤）： 主要看聯(lián)鎖下是否全為綠，表示各部分狀態(tài)是否正常，全綠表示可以測定。,樣品分析,2、LabBooks: 新建方法： （1）Name(名稱)：輸入方法名（如20160927.） （2）評價：選中第三個圓點：Create a new a blank Template，選全定量eQuart (3)點擊：Create LabBooks創(chuàng)建界面打開,樣品分析,調(diào)用方法： （1）勾選第

10、二個圓點：從現(xiàn)有的LabBooks中創(chuàng)建一個新的LabBooks， 選中想調(diào)用的方法，如20160927。 （2）在上面Name(名稱)里輸入一個新名字：如20160928 （3）點擊：Create LabBooks創(chuàng)建界面打開,樣品分析,在打開的界面左邊一欄，方法參數(shù)下： （1）Analytes(分析物)：在右邊的周期表中選擇要測量的元素和元素所用的內(nèi)標(biāo)元素。 （2）Acquisition parameters(采集參數(shù))：把Channel(通道)改成3，Measurement Mode(測定模式)改成KED或STD，更前面對應(yīng)，左下部的Number of sweeps(掃描次數(shù))改成40。

11、,樣品分析,（3）Standards(標(biāo)準(zhǔn))：輸入標(biāo)準(zhǔn)溶液的名稱和對應(yīng)的濃度； （4）Quantification(定量)：在Internal standard項下在內(nèi)標(biāo)元素后選“using as Internal Standard”，在待測元素后把它對應(yīng)的內(nèi)標(biāo)元素選上。 （5）Sample list(樣品列表)：建序列 （6）保存方法，點擊運(yùn)行，開始測定,樣品分析,（7）分析完畢后，會在方法參數(shù)下自動生成一個Reports(Compatibity mode)，第一個是標(biāo)準(zhǔn)曲線報告，第二個是全報告，第三個是樣品報告。在第一個里檢查標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系，保證樣品結(jié)果準(zhǔn)確性。 （8）實驗結(jié)束后，先用2

12、%HNO3沖洗5min，再用娃哈哈水沖洗5min，然后把樣品管從水中拿出來。,樣品分析,（9）點擊Instrument Control 左上角的“OFF”，熄火。熄火后先關(guān)閉氦氣主閥，特別注意此時不要馬上關(guān)掉水冷機(jī)，觀察軟件左下角cooling glassware 直到變成standby，并聽到儀器里面咔嚓一聲，并且RF Generator 下Plasma cooling water flow 從0.59變成0，此時可以關(guān)閉水冷機(jī)。不需要點頂部的“Stop”，儀器會自動停止采集。,注意事項：,（1）實驗結(jié)束后，把蠕動泵的夾子打開，松開樣品管和廢液管，到一樓把氬氣的主閥關(guān)閉，不需要關(guān)四樓的分壓閥

13、。 （2）若儀器長期停用，可以考慮徹底關(guān)機(jī)，否則建議一直保持真空狀態(tài)，如果電壓不穩(wěn)定，時不時停電，也建議用完后泄真空關(guān)機(jī)。,注意事項,如果想徹底關(guān)機(jī)，可以： （1）點擊軟件上Vacuum 里在Penning Pressure下選擇“OFF”； （2）等待Turbe pump speed(渦輪泵)降到800以下，然后急劇泄真空到0，此時Penning pressure會保持在2.000e-009的狀態(tài)，Vaccum system 顯示“off”狀態(tài)。 （3）關(guān)閉左側(cè)總開關(guān)，向下為關(guān)，向上為開。,ICP-MS的日常維護(hù),維護(hù)保養(yǎng)（視具體情況而定）,1、定期更換泵管（樣品管和廢液管，如果有老化的情況就更換） 2、定期清洗樣品錐、截取錐、嵌片、霧化器（如果連續(xù)做的話，一周以上就需要清洗，樣品錐和截取錐清洗的時候放在純水中超聲30分鐘）,維護(hù)保養(yǎng),3、定期清洗矩管和中心管（清洗的時候拆下來用5%