SHIMADZU 岛津 ICP-MS 等离子体电离、质谱分辨痕量元素分析原理

一、等离子体电离核心原理

1. 进样雾化过程

   样品液体经蠕动泵送入雾化器，在氩气气流作用下破碎成细小雾滴。雾滴进入雾室，大液滴被分流排出，细微气溶胶送入等离子体炬管。全程以高纯氩气作为载气、辅助气、冷却气。

2. 等离子体形成

   高频射频线圈释放交变电磁场，氩气中少量自由电子加速碰撞氩原子，持续电离产生大量电子、离子，形成 6000K 至 10000K 高温氩等离子体。三层氩气包裹等离子焰，隔绝空气避免氧化、降温。

3. 样品原子化与电离

   气溶胶进入高温等离子体，水分快速蒸发，溶质分解为单原子。原子持续吸收能量，外层电子脱离原子核，转化为带正电的单电荷金属离子。绝大多数痕量元素在此完成高效电离，极少形成多电荷离子或氧化物分子。

4. 离子引出

   采样锥、截取锥两级金属锥负压抽取等离子体内正离子，剔除中性原子、电子、大颗粒杂质，离子束进入真空质谱腔体。

二、质谱分辨检测原理

1. 真空分级传输

   整套质谱分为多级真空。离子先进入低真空区间去除残余氩气，再送入高真空四极杆分析区，避免气体分子碰撞干扰离子运动轨迹。

2. 四极杆质量筛选（分辨核心）

   四根平行金属杆施加直流与射频叠加电压。只有特定质荷比的离子可以稳定穿过杆间通道，其余离子撞击杆体被过滤。调整电压数值，就能依次放行不同质量的元素离子，实现元素区分。

3. 碰撞反应池干扰消除

   等离子体易产生氩基分子离子、氧化物多原子干扰。池内通入氦气或反应气体，干扰离子发生碰撞解离或化学反应被去除，目标元素离子保留，大幅降低痕量检测背景噪声。

4. 离子信号转换计数

   通过四极杆筛选后的单一元素离子撞击检测器，每次撞击产生电子倍增信号。电路统计脉冲数量，脉冲强度对应元素含量，实现 ppb、ppt 级别痕量定量。

三、完整痕量分析整体流程

1. 液体样品雾化，氩气载带气溶胶进入高温等离子；

2. 高温完成蒸发、解离、原子化、电离，生成单电荷元素正离子；

3. 两级锥体提取离子，去除中性颗粒与废气；

4. 离子进入真空碰撞反应池，消除多原子光谱干扰；

5. 四极杆按质荷比逐一分离不同元素离子；

6. 检测器统计离子脉冲信号，结合标准曲线换算样品中痕量元素浓度。

四、痕量分析关键优势逻辑

1. 等离子高温电离效率高，绝大多数金属、半金属元素均可电离，可同步检测多种元素；

2. 四极杆精准区分微小质量差的离子，元素分辨能力强；

3. 碰撞反应池抑制干扰，极低浓度下仍能稳定识别目标离子；

4. 离子计数信号线性范围宽，同时满足微量、超痕量样品定量检测。