ICP-MS是一種常用的質(zhì)譜儀產(chǎn)品，主要由離子源、真空系統(tǒng)、接口、離子鏡、質(zhì)量分析器以及檢測器組成，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、地質(zhì)、環(huán)境以及生物制藥等行業(yè)中。

ICP-MS簡介

　　ICP-MS樣品通過離子源離子化，形成離子流，通過接口進(jìn)入真空系統(tǒng)，在離子鏡中，負(fù)離子、中性粒子以及光子被攔截，而正離子正常通過，并且達(dá)到聚焦的效果。在分析器中，ICP-MS通過改變分析器參數(shù)的設(shè)置，僅使我們感興趣的核質(zhì)比的元素離子順利通過并且進(jìn)入檢測器，在檢測器中對(duì)進(jìn)入的離子個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到了Z終的元素的含量。

ICP-MS的離子源

　　離子源是產(chǎn)生等離子體并使樣品離子化的部分，主要包括RF工作線圈、等離子體、進(jìn)樣系統(tǒng)和氣路控制四個(gè)組成部分。樣品通過進(jìn)樣系統(tǒng)導(dǎo)入，溶液樣品通過霧化器等設(shè)備進(jìn)入等離子體，氣體樣品直接導(dǎo)入等離子體，RF工作線圈為等離子體提供所需的能量，氣路控制不斷的產(chǎn)生新的等離子體，達(dá)到平衡狀態(tài)，不斷的電離新的離子。

　　1、進(jìn)樣系統(tǒng)

　　ICP-MS進(jìn)樣系統(tǒng)包括蠕動(dòng)泵、霧化器以及霧化室。

　　蠕動(dòng)泵：蠕動(dòng)泵把溶液樣品比較均勻的送入霧化器，并同時(shí)排除霧化室中的廢液。通過控制蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速，可以得到理想的進(jìn)樣速度，樣品提升速度一般為0.7～1ml/min。如果不采用蠕動(dòng)泵，由于霧化器中霧化氣體的流動(dòng)，也可以提取樣品，樣品的自然提取速度為0.6ml/min左右，隨著霧化氣流速的變化而改變。

　　霧化器和霧化室：霧化器的作用是使樣品從溶液狀態(tài)變成氣溶膠狀態(tài)，因?yàn)橹挥袣鉅畹臉悠凡趴梢灾苯舆M(jìn)入炬管的等離子體中。常用的霧化器按照結(jié)構(gòu)的不同分為幾類，常用的霧化器有同心圓霧化器和直角霧化器。

　　2、等離子體炬管

　　ICP-MS炬管是產(chǎn)生等離子體裝置，炬管主要有三層結(jié)構(gòu)，外層的叫做外管，其次是內(nèi)管，中間的是ZX管。

　　外管中通的是大流量的氬氣，叫做冷卻氣，冷卻氣提供給等離子體氣體源源不斷的Ar原子，在等離子體中不斷的電離放熱，產(chǎn)生的Ar離子在射頻線圈中振蕩碰撞，從而維持了很高的溫度，伴隨著大量離子留出等離子體，又有很多Ar原子流入，從而達(dá)到了一種平衡。冷卻氣的流量大概為13～15L/min。在內(nèi)管中流動(dòng)的氣體叫做輔助氣，也是氬氣，它的作用是給等離子體火焰向前的推力，實(shí)現(xiàn)不斷的電離，也很好的了ZX管，以免過高的溫度使其熔化。輔助氣的流量為0.5～1L/min。ZX管中流出的是從霧室排出的樣品溶液的氣溶膠。

　　3、冷卻和氣體控制

　　由于等離子的高溫(高達(dá)8000～10000度)，足以熔化任何物質(zhì)，所以在ICP-MS中多處采用水冷，RF工作線圈是中空的，用來作為冷卻水的通道。在霧室中采用半導(dǎo)體冷卻器，對(duì)一般無機(jī)溶液，溫度為4度左右(這個(gè)溫度下，直徑較大的液滴可以更好的冷凝下來)，對(duì)有機(jī)溶液，可以達(dá)到-10度。

　　需要水冷的部分有：接口、工作線圈、RF工作線圈、半導(dǎo)體制冷器。在ICP-MS中，Z基本的氣體是氬氣，它被作為冷卻氣、輔助氣和霧化氣，其它可能使用的氣體包括氫氣，氨氣，氦氣(用于cct)和氧氣(用于消除有機(jī)物中的C)。

ICP-MS的真空系統(tǒng)

　　ICP-MS主要用來檢測物種的痕量元素，空氣中的灰塵含有大量的各種元素，因此在ICP-MS中真空的要求是很高的。從進(jìn)樣系統(tǒng)到炬管，ICP-MS一直是在常壓下工作的，在ICP-MS點(diǎn)火之前，氬氣可以驅(qū)除管路中的空氣。當(dāng)離子產(chǎn)生后，對(duì)這些離子的聚焦、傳輸和選擇分析就必須要求良好的真空系統(tǒng)，以免在過程中的粘污。ICP-MS為了達(dá)到從常壓向真空系統(tǒng)的過渡，提供了三級(jí)真空系統(tǒng)，來逐步的達(dá)到很高的真空度。

ICP-MS的接口

　　ICP-MS接口部分由兩個(gè)錐體組成，前面的是采樣錐，后面的是截取錐。取樣錐的孔徑大概是0.8～1.2mm，截取錐的孔徑為0.4～0.8mm左右。經(jīng)過兩個(gè)錐體，只有非常小的一部分離子進(jìn)入離子透鏡。

　　在采樣錐處，由于電子速度快，所以大量電子很快打到錐上，因此采樣錐表面為負(fù)電性，所以空間電荷區(qū)是正電性的。由于氣體壓力的突然下降，所以在兩錐之間，產(chǎn)生了離子的超聲射流，所以兩錐之間成為擴(kuò)張室。在通過采樣錐的離子中，只有大約1%的離子可以通過截取錐。進(jìn)入離子鏡的正離子都具有相同的速度，因此動(dòng)能和質(zhì)量成正比。

ICP-MS的離子鏡

　　在ICP-MS中，產(chǎn)生的1000000個(gè)離子中，只有1個(gè)能夠Z終到達(dá)檢測器，這是由于每級(jí)的效率決定的，在這樣低效率的傳輸下，去除各種干擾就變得更加重要了，離子鏡的主要目的是去除電子和中性微粒的影響，并對(duì)正電子實(shí)現(xiàn)聚焦。當(dāng)離子從截取錐噴出時(shí)，在進(jìn)入離子鏡之前，能量較小的離子會(huì)更多的被真空抽走。

　　等離子體首先進(jìn)入的是截取透鏡，截取透鏡具有很強(qiáng)的負(fù)電勢，所以電子無法通過，被真空抽走。在后面是幾級(jí)離子聚焦透鏡，離子聚焦透鏡的原理是：安裝兩個(gè)電極板或圓筒，在兩個(gè)電極之間形成了透鏡狀的等場強(qiáng)線，當(dāng)邊緣離子入射到電場時(shí)，受電場影響，向ZX移動(dòng)，隨后出射運(yùn)動(dòng)方向又恢復(fù)到了向前，實(shí)現(xiàn)了位置上的聚焦。ICP-MS在產(chǎn)生離子的同時(shí)，也產(chǎn)生大量光子，由于光子也可以被檢測器檢測和計(jì)數(shù)，所以在離子透鏡的末端，是一個(gè)偏轉(zhuǎn)透鏡，用于去除光子干擾。

ICP-MS的質(zhì)量分析器

　　質(zhì)量分析器是不同種類的ICP-MS的主要區(qū)別之處，四極桿分析器是一種成熟的質(zhì)量分析儀器，利用了四極桿對(duì)不同核質(zhì)比的元素離子的篩選作用，達(dá)到順序分析離子質(zhì)量的目的。

　　四極桿的兩對(duì)電極，分別加上了正負(fù)直流電壓和相位差為180度的射頻信號(hào)，離子在四極桿中旋轉(zhuǎn)、振蕩，當(dāng)合理設(shè)置直流電壓的大小和射頻電壓的幅度后，只有特定核質(zhì)比范圍的離子才能通過四極桿，而其它離子將偏轉(zhuǎn)，Z終打在四極桿上損失掉，從而實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量選擇。

ICP-MS的檢測器

　　每個(gè)時(shí)刻，通過四極桿的離子流可以認(rèn)為具有單一的核質(zhì)比，ICP-MS檢測器的目的是對(duì)這些離子計(jì)數(shù)，來得到離子的相對(duì)的強(qiáng)度。

　　檢測器的結(jié)構(gòu)類似于光電倍增管，由很多串聯(lián)的電極板構(gòu)成，這些電極稱為打拿極，每兩個(gè)打拿極都均勻分擔(dān)著外加的高壓。當(dāng)離子入射到diyi個(gè)打拿極時(shí)，和電極碰撞，離子消失，同時(shí)產(chǎn)生了自由電子，電子在電場作用下向下一級(jí)電極板移動(dòng)，并打出更多的電子，如此形成了倍增效應(yīng)。當(dāng)一個(gè)離子入射時(shí)，將Z終在輸出端形成一個(gè)脈沖信號(hào)。

　　檢測器通過對(duì)一定時(shí)間內(nèi)的脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)可以得到離子強(qiáng)度的相對(duì)值，ICP-MS檢測器工作在數(shù)字檢測方式。當(dāng)離子強(qiáng)度較大時(shí)，達(dá)到產(chǎn)生的電子脈沖互相重疊時(shí)，脈沖數(shù)目便無法計(jì)算了，即達(dá)到了飽和，此時(shí)ICP-MS檢測器可以切換到模擬檢測方式(累計(jì)信號(hào))。