原子质谱.pptx

原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6原子质谱法原子质谱法质谱法质谱法是通过将样品转化为运动的是通过将样品转化为运动的气态离子气态离子并按并按质荷比质荷比（m/z）大小）大小进行分离记录的分析方法。进行分离记录的分析方法。所获得结果即为所获得结果即为质谱图质谱图（亦称质谱）。根据质谱图（亦称质谱）。根据质谱图提供的信息可以进行多种有机物及无机物的定性和提供的信息可以进行多种有机物及无机物的定性和定量分析、复杂化合物的结构分析、样品中各种同定量分析、复杂化合物的结构分析、样品中各种同位素比的测定及固体表面的结构和组成分析等。位素比的测定及固体表面的结构和组成分析等。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6原子质谱法原子质谱法质谱法早期主要用于原子量的测定和定质谱法早期主要用于原子量的测定和定量测定某些复杂碳氢混合物中的各组分等。量测定某些复杂碳氢混合物中的各组分等。1960年以后，才开始用于复杂化合物的鉴定年以后，才开始用于复杂化合物的鉴定和结构分析。和结构分析。80年代末以来，年代末以来，ICP-MS在无在无机元素分析中得到应用。实验证明，质谱法机元素分析中得到应用。实验证明，质谱法是研究有机化合物结构和无机元素分析的有是研究有机化合物结构和无机元素分析的有力工具。力工具。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6原子质谱法原子质谱法教学要求教学要求:w掌握无机质谱仪的基本结构及工作原理；掌握无机质谱仪的基本结构及工作原理；w掌握掌握ICP-MS定性及定量分析方法。定性及定量分析方法。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6原子质谱法原子质谱法本章重点本章重点:w质谱仪的基本结构及各部件的工作原理；质谱仪的基本结构及各部件的工作原理；w质谱图及干扰类型；质谱图及干扰类型；wICP-MS定性及定量分析方法。定性及定量分析方法。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.1概概述述定义：定义：质谱法质谱法基于对样品气态离子的质基于对样品气态离子的质荷比和离子流强度进行成分和结构分析的荷比和离子流强度进行成分和结构分析的仪器分析方法。仪器分析方法。原子质谱法原子质谱法将单质离子按质荷比将单质离子按质荷比不同进行分离和检测的方法。不同进行分离和检测的方法。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.1概概述述发展简史：发展简史：l1812年年：Thomson制制成成了了世世界界上上第第一一台台质质谱谱仪仪，并并用用它它发发现现了了Ne的的两两种种同同位位素素22Ne和和24Ne。早早期期的的工工作作主主要要是是测测定定原原子子量量，同同时时用用它它发发现现了了许许多多稳定同位素；稳定同位素；l20世世纪纪30年年代代：由由于于离离子子光光学学理理论论的的建建立立，促促进了质谱仪的发展，出现了各种双聚焦质谱仪；进了质谱仪的发展，出现了各种双聚焦质谱仪；l20世世纪纪40年年代代初初：开开始始将将MS用用于于石石油油工工业业中中烃的分析；烃的分析；原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.1概概述述l20世纪世纪50年代初：年代初：质谱仪器开始商品化，并质谱仪器开始商品化，并广泛用于各类有机物的结构分析。同时质谱广泛用于各类有机物的结构分析。同时质谱方法与方法与NMR、IR等方法结合成为分子结构等方法结合成为分子结构分析的最有效的手段；分析的最有效的手段；l20世纪世纪80年代：年代：非挥发性或热不稳定分子的非挥发性或热不稳定分子的分析进一步促进了分析进一步促进了MS的发展；的发展；l20世纪世纪90年代：年代：一些新的离子化方法及联用一些新的离子化方法及联用技术如技术如GC-MS，HPLC-MS，MS-MS，ICP-MS等得到快速发展。等得到快速发展。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.1概概述述质谱仪的分类：质谱仪的分类：u按用途可分为：按用途可分为：有机质谱仪、无机质谱仪、有机质谱仪、无机质谱仪、同位素质谱仪和气体分析质谱仪。同位素质谱仪和气体分析质谱仪。u按原理可分为：按原理可分为：单聚焦质谱仪、双聚焦质谱单聚焦质谱仪、双聚焦质谱仪、四极杆质谱仪、飞行时间质谱仪、回旋仪、四极杆质谱仪、飞行时间质谱仪、回旋共振质谱仪等。共振质谱仪等。在各类质谱仪中，进行有机分析的仪器在各类质谱仪中，进行有机分析的仪器约占总数的约占总数的80%。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.1概概述述质谱分析包括以下几个步骤：质谱分析包括以下几个步骤：q离子化离子化将待测物的大部分转化为离子将待测物的大部分转化为离子流，一般为单电荷正离子；流，一般为单电荷正离子；q分离分离将离子按质量将离子按质量电荷比值（即质电荷比值（即质荷比，荷比，m/z)分离；分离；q检测检测计数各种离子的数目或测定由离计数各种离子的数目或测定由离子轰击传感器时产生的离子电流。子轰击传感器时产生的离子电流。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置（1）质谱仪的工作原理）质谱仪的工作原理质谱仪是利用电磁学原理，使带电的样品离子按质谱仪是利用电磁学原理，使带电的样品离子按质荷比质荷比进行分离的装置。离子电离后经加速进入磁场进行分离的装置。离子电离后经加速进入磁场中，其动能与加速电压及电荷中，其动能与加速电压及电荷z 有关，即有关，即z V=1/2m 2（6-1）其中其中z为电荷数，为电荷数，V为加速电压，为加速电压，m为离子的质量，为离子的质量，为离子被加速后的运动速度。为离子被加速后的运动速度。具有速度具有速度 的带电粒子进入质谱分析器的电磁场中，根的带电粒子进入质谱分析器的电磁场中，根据所选择的分离方式，最终实现各种离子按据所选择的分离方式，最终实现各种离子按m/z进行分离。进行分离。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置（2）主要性能指标）主要性能指标1）质量测定范围）质量测定范围质质量量测测定定范范围围质质谱谱仪仪能能够够分分析析试试样样的的相相对对原原子质量子质量(或相对分子质量或相对分子质量)范围。范围。质量测定范围以原子质量单位量度，质量测定范围以原子质量单位量度，1个原子质量单位：个原子质量单位：1u=1.66054 10-27kg/12C原子原子如如12C=12u,CH4=16.xxxx u在非精确测量中，常直接以原子或分子量大小来表示。在非精确测量中，常直接以原子或分子量大小来表示。气体质谱仪气体质谱仪一般一般质量测定范围在质量测定范围在2100；有机有机质谱仪质谱仪可达几千；可达几千；现代质谱仪现代质谱仪高达几十万。高达几十万。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置2）分辨率）分辨率分分辨辨率率是是指指质质谱谱仪仪分分辨辨相相邻邻质质量量数数离离子子的的能能力力。定定义义为为：两两个个相相等等强强度度的的相相邻邻峰峰(质质量量分分别别为为m1和和m2)，当当两两峰峰间间的的峰峰谷谷不不大大于于峰峰高高的的10%时时，则则可可认认为为两已分开，其分辨率两已分开，其分辨率R为：为：可见在质量数小时，分辨率亦较小。可见在质量数小时，分辨率亦较小。实际工作中很难找到两个相等的峰，实际工作中很难找到两个相等的峰，故常以单一峰高故常以单一峰高5%处的峰宽处的峰宽W0.05 代替代替m,此时，分辨率定义为：此时，分辨率定义为：（6-2）（6-3）图图6-1原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置分辨率由下列因素决定：分辨率由下列因素决定：离子通道半径离子通道半径r；加速器和收集器狭缝宽度；加速器和收集器狭缝宽度；离子源的性质。离子源的性质。分辨率几乎决定了仪器的价格。分辨率在分辨率几乎决定了仪器的价格。分辨率在500左右的质谱仪可以满足一般有机分析的要求，左右的质谱仪可以满足一般有机分析的要求，价格相对较低。分辨率大于价格相对较低。分辨率大于10000的高分辨率仪的高分辨率仪器，其价格也在器，其价格也在4倍以上。倍以上。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置3）灵敏度）灵敏度v绝对灵敏度绝对灵敏度仪器可以检测到的最小样品量；仪器可以检测到的最小样品量；v相对灵敏度相对灵敏度仪器可以同时检测的大组分与小仪器可以同时检测的大组分与小组分含量之比；组分含量之比；v分析灵敏度分析灵敏度输入仪器的样品量与仪器输出的输入仪器的样品量与仪器输出的信号之比。信号之比。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置（3）质谱仪的基本结构）质谱仪的基本结构质谱分析包括以下几个步骤：质谱分析包括以下几个步骤：q离子化离子化将待测物的大部分转化为离子流，将待测物的大部分转化为离子流，一般为单电荷正离子；一般为单电荷正离子；q分离分离将离子按质量将离子按质量电荷比值（即质荷电荷比值（即质荷比，比，m/z)分离；分离；q检测检测计数各种离子的数目或测定由离子计数各种离子的数目或测定由离子轰击传感器时产生的离子电流。轰击传感器时产生的离子电流。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置质谱仪有质谱仪有进样系统进样系统、电离系统电离系统、质量质量分析器分析器和和检测系统检测系统。为了获得离子的良好。为了获得离子的良好分析，必须避免离子损失，因此凡有样品分析，必须避免离子损失，因此凡有样品分子及离子存在和通过的地方，必须处于分子及离子存在和通过的地方，必须处于真空状态真空状态。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置质谱仪一般由三大系统组成：质谱仪一般由三大系统组成：q电学系统电学系统q真空系统真空系统q分析系统分析系统：进样系统进样系统;离子源离子源;质量分析器质量分析器;质量检测器。质量检测器。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置图图图图6-26-2质谱仪结构框图质谱仪结构框图 原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置6-3质谱仪原理及结构示意图质谱仪原理及结构示意图原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置1）真空系统）真空系统如如图图所所示示，质质谱谱仪仪中中所所有有部部分分均均要要处处高高度度真真空空的的条条件件下下,其作用是减少离子碰撞损失。真空度过低，将会引起：其作用是减少离子碰撞损失。真空度过低，将会引起：v大量氧会烧坏离子源灯丝；大量氧会烧坏离子源灯丝；v引起其它分子离子反应，使质谱图复杂化；引起其它分子离子反应，使质谱图复杂化；v干扰离子源正常调节；干扰离子源正常调节；v用作加速离子的几千伏高压会引起放电。用作加速离子的几千伏高压会引起放电。6-4质谱仪的典型真空系统质谱仪的典型真空系统原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置2）进样系统）进样系统功能功能将样品引入离子源。将样品引入离子源。要求要求重复性好、不引起真空度降低。重复性好、不引起真空度降低。常用的进样装置常用的进样装置l火花质谱：火花质谱：与火花光谱法相同；与火花光谱法相同；lICP-MS：与与ICP-AES法相同。法相同。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置3）离子源）离子源(室室)离子源离子源将引入的样品转化为离子的装置。将引入的样品转化为离子的装置。原子质谱分析中常用的离子源有：原子质谱分析中常用的离子源有：u高频火花高频火花u电感耦合等离子体电感耦合等离子体u辉光放电辉光放电原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置q高频火花源高频火花源(Spark)：利利用用高高频频火火花花放放电电对对试试样样进进行行蒸蒸发发、电电离，产生离子流。离，产生离子流。特特点点：元元素素分分析析灵灵敏敏度度高高，可可分分析析复复杂杂样样品品(60种种元元素素)、谱谱图图简简单单、线线性性范范围围宽宽。适适合合于于金金属属、合合金金和和地地质质等等样样品品的的定定性性、半半定定量分析。量分析。不足：不足：能量分散较大，对质量分析器要求能量分散较大，对质量分析器要求较高，价格昂贵。较高，价格昂贵。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置q电感耦合等离子体离子源电感耦合等离子体离子源利用电感耦合等离子体放电对试样进利用电感耦合等离子体放电对试样进行蒸发、电离，产生离子流。行蒸发、电离，产生离子流。自自20世纪世纪80年代年代ICP应用于质谱分析的应用于质谱分析的电离源以来，电离源以来，ICP-MS已经成为元素分析中已经成为元素分析中最重要的一项技术。最重要的一项技术。特点：谱图简单、选择性好；灵敏度高。特点：谱图简单、选择性好；灵敏度高。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置q辉光放电离子源辉光放电离子源利用辉光放电对试样进行蒸发、电离，产生离利用辉光放电对试样进行蒸发、电离，产生离子流。子流。放电模式：放电模式：l电容耦合射频放电；电容耦合射频放电；l直流放电；直流放电；l脉冲直流放电。脉冲直流放电。特点：特点：操作简单快速、精密度较高、价廉。特别操作简单快速、精密度较高、价廉。特别适用于块状金属样品的快速分析。适用于块状金属样品的快速分析。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置4）质量分析器）质量分析器功能功能将不同碎片离子按质荷比将不同碎片离子按质荷比m/z分开。分开。类型类型磁分析器、飞行时间、四极杆等。磁分析器、飞行时间、四极杆等。v磁分析器磁分析器单单聚聚焦焦型型(Magneticsectorspectrometer)：用用一一个个扇扇形形磁磁场场进进行行质量分析的质谱仪。质量分析的质谱仪。图图6-5单聚焦磁分析器原理示意图单聚焦磁分析器原理示意图原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置带带电电离离子子在在磁磁场场(场场强强为为H)作作用用下下，飞飞行行轨轨道道弯弯曲曲(曲曲率率半半径径为为Rm)。当当向向心心力力Hzv 与与离离心心力力mv2/Rm 相相等等时，离子才能飞出磁场区，即：时，离子才能飞出磁场区，即：(6-4)z为电子电荷；为电子电荷；V为加速电压。为加速电压。由于由于（电场加速）（电场加速）因此亦可得到：因此亦可得到：(6-5)当当H、Rm、V三三个个参参数数中中任任两两个个保保持持不不变变而而改改变变其其中中一一个个参参数数时时，可可得得质质谱谱图图。现现代代质质谱谱仪仪通通常常是是保保持持V、Rm不变，通过扫描磁场来得到质谱图的。不变，通过扫描磁场来得到质谱图的。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置单单聚聚焦焦质质量量分分析析器器只只是是将将m/z 相相同同而而入入射射方方向向不不同同的的离离子子聚聚焦焦到到一一点点（或或称称实实现了方向聚焦）。现了方向聚焦）。但但对对于于m/z 相相同同而而动动能能（或或速速度度）不不同同的的离离子子不不能能聚聚焦焦，故故其其分分辨辨率率较较低低，一一般般为为5000。图图(10-10)是单聚焦型质量分析器更直观地的工作过程。是单聚焦型质量分析器更直观地的工作过程。6-6单聚焦型质量分析器原理及结构示意图单聚焦型质量分析器原理及结构示意图原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置双双 聚聚 焦焦 型型(Double focusingspectrometer)为为克克服服动动能能或或速速度度“分分散散”的的问问题题，即即实实现现所所谓谓的的“速速度度(能能量量)聚聚焦焦”，在在离离子子源源和和磁磁分分析析器器之之间间加加一一静静电电分分析析器器(ESA)，如如图图10-11所所示示，于于两两个个扇扇形形电电极极板板上上加加一一直直流流电电位位Ve，离离子子通通过过时时的的曲曲率率半半径径为为re=V/Ve，即即不不同同动动能能的的离离子子re不不同同，换换句句话话说说，相相同同动动能能的的离离子子的的re相相同同，即即能能量量聚聚焦焦了了！6-7双聚焦原理及结构示意图双聚焦原理及结构示意图然后，改变然后，改变V值可使不同能量的离子从其值可使不同能量的离子从其“出射狭缝出射狭缝”引出，并进入磁分析器再实现方向聚焦。双聚焦质量分析器引出，并进入磁分析器再实现方向聚焦。双聚焦质量分析器可高达可高达150,000!原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置v飞行时间分析器飞行时间分析器(Timeofflight,TOF)过过程：程：不同荷电碎片在飞出离子源的速度（动能）不同荷电碎片在飞出离子源的速度（动能）基本一致。某离子在到达无场漂移管前端时，其速度基本一致。某离子在到达无场漂移管前端时，其速度大小为：大小为：到达无场漂移管末端的时间为：到达无场漂移管末端的时间为：不同离子通过同一长度为不同离子通过同一长度为L的无场漂移管，所需的无场漂移管，所需时间相差：时间相差：(6-6)原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置由于不同由于不同m/z的离子，其飞出漂移管的的离子，其飞出漂移管的时间不同，因而实现了离子的分离。因为连时间不同，因而实现了离子的分离。因为连续电离和加速使检测器产生连续输出而不能续电离和加速使检测器产生连续输出而不能得到有效信息，因此实际工作中常采用相同得到有效信息，因此实际工作中常采用相同频率的电子脉冲电离和脉冲电场加速，被加频率的电子脉冲电离和脉冲电场加速，被加速的粒子经不同的时间到收集极上，并反馈速的粒子经不同的时间到收集极上，并反馈到示波器上记录，从而得到质谱图。到示波器上记录，从而得到质谱图。特特点：点：扫描速度快扫描速度快(1000幅幅/s)，可用于研究快，可用于研究快速反应或与速反应或与GC联用；可用于高质量离子分析；联用；可用于高质量离子分析；体积小，操作容易；分辨率比磁分析器稍差。体积小，操作容易；分辨率比磁分析器稍差。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置图图6-8原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置与与前前述述双双聚聚焦焦仪仪的的静静电电分分析析器器类类似似，离离子子进进入入可可变变电电场场后后，只只有有具具合合适适的的曲曲率率半半径径的的离离子子可可以以通通过过中中心心小小孔孔到到达检测器。达检测器。改改变变U和和V并并保保持持U/V比比值值一一定定，可可实实现现不不同同m/z离离子的检测。子的检测。特特点点：分分辨辨率率比比磁磁分分析析器器略略低低(max.2000);m/z范范围围与与磁磁分分析析器器相相当当；传传输输效效率率较较高高；扫扫描描速速度度快快，可可用用于于GC-MS 联用仪。联用仪。v四极杆质量分析器四极杆质量分析器(Quadrupolemassfilter)过程：过程：在两个相对的极杆之间加电压在两个相对的极杆之间加电压(U+Vcos t)，在另两个，在另两个相对的极杆上加相对的极杆上加-(U+Vcos t)。图图6-9四极杆质量分析原理示意图四极杆质量分析原理示意图原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置4）检测器）检测器包括包括Faraday杯、电子倍增器、闪烁计数器、照相底片等。杯、电子倍增器、闪烁计数器、照相底片等。Faraday杯杯下图是下图是Faraday杯结构原理图杯结构原理图特特点点：可可检检测测10-15A的的离离子子流流，但但不不适适于于高高加加速速电电压压下下的的离离子子检测。检测。图图6-10Faraday杯结构原理示意图杯结构原理示意图原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.2仪器装置仪器装置电子倍增器：电子倍增器：类似于光电倍增管，可测类似于光电倍增管，可测10-18A电流。但有质电流。但有质量歧视效应。量歧视效应。闪烁计数器：闪烁计数器：带电粒子撞击发光材料使之发光，带电粒子撞击发光材料使之发光，然后用光电倍增管检测。然后用光电倍增管检测。图图6-11原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3ICP-MS 1980年年，第第一一篇篇ICP-MS法法的的研研究究论论文文发发表表，1983年年第第一一台台商商品品仪仪器器问问世世。从从此此，ICP-MS技技术术发发展展相相当当迅迅速速，从从最最初初在在地地质质领领域域的的应应用用迅迅速速发发展展到到广广泛泛应应用用于于环环境境、材材料料、生生物物、医医药药、食食品品、农农业业的的领领域域。成成为为无无机机元元素素成成分分及及形形态态分分析析最最有有效效的的仪仪器器分分析析方法。方法。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3ICP-MSICP-MS最初工作渊源于三个实验室：最初工作渊源于三个实验室：以以Fassel为首的为首的Iowa州立大学州立大学Ames实验室；实验室；Sciex公司实验室和公司实验室和Surrey大学大学Gray博士；博士；英国地质调查所英国地质调查所Date博士与博士与VG仪器公司。仪器公司。第一篇第一篇ICP-MS研究论文于研究论文于1980年由年由Houk、Fassel、Gray等联名发表。等联名发表。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3ICP-MSuICP-MS的特点：的特点：(1)灵敏度高、检出限低；灵敏度高、检出限低；(2)选择性好、谱线干扰少；选择性好、谱线干扰少；(3)多元素同时测定，包括同位素分析，有多元素同时测定，包括同位素分析，有机机物中金属元素的形态分析；物中金属元素的形态分析；(4)动态线性范围宽；动态线性范围宽；(5)在大气压下进样，便于与其他进样技术联在大气压下进样，便于与其他进样技术联用；用；(6)操作简便、分析速度快。操作简便、分析速度快。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3ICP-MSuICP-MS的主要缺点：的主要缺点：lICP高温引起化学反应的多样化，经常使分高温引起化学反应的多样化，经常使分子离子的强度过高，干扰测量；子离子的强度过高，干扰测量；l对固体样品的痕量分析，一般要对样品进行对固体样品的痕量分析，一般要对样品进行预处理，容易引入污染。预处理，容易引入污染。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3ICP-MSuICP-MS仪器发展的三个阶段：仪器发展的三个阶段：l四极杆质谱仪四极杆质谱仪(ICP-QMS)；l高分辨双聚焦质谱仪高分辨双聚焦质谱仪(HR-ICP-MS)；l多接收高分辨双聚焦质谱仪多接收高分辨双聚焦质谱仪(MC-ICP-MS)。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3.1基本装置基本装置 ICP-MS仪器的基本结构如图所示。主仪器的基本结构如图所示。主要由三部分构成：要由三部分构成：lICP离子源离子源l接口装置接口装置l质谱仪质谱仪 图图6-11原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3.1基本装置基本装置图图6-12ICP-MS结构示意图结构示意图原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3.2质谱图及干扰质谱图及干扰质谱图质谱图以质荷比（以质荷比（m/z）为横坐标，相）为横坐标，相对强度为纵坐标构成。对强度为纵坐标构成。图图2-57Ce2+的的ICP-MS图谱图谱一般将原一般将原始质谱图上最强始质谱图上最强的离子峰作为基的离子峰作为基峰并定为相对强峰并定为相对强度为度为100%，其，其它离子峰以对基它离子峰以对基峰的相对百分值峰的相对百分值表示。表示。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3.2质谱图及干扰质谱图及干扰(1)谱线干扰谱线干扰谱线干扰有四种类型：谱线干扰有四种类型：v同质量类型离子；同质量类型离子；v多原子或分子离子；多原子或分子离子；v氧化物和氢氧化物离子；氧化物和氢氧化物离子；v仪器和试样制备所引入的杂质离子。仪器和试样制备所引入的杂质离子。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3.2质谱图及干扰质谱图及干扰1)同质量类型离子干扰同质量类型离子干扰来源：来源：两种不同元素的质量几乎相同的同位两种不同元素的质量几乎相同的同位素所造成的干扰。素所造成的干扰。如：如：113In+113Cd+115In+115Sn+40Ar+40Ca+（丰度（丰度97%）消除：消除：采用高分辨质谱仪、计算机软件校采用高分辨质谱仪、计算机软件校正（可以从丰度表上精确预计）。正（可以从丰度表上精确预计）。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3.2质谱图及干扰质谱图及干扰2)多原子分子离子干扰多原子分子离子干扰来源：来源：在离子的引出过程中，由等离子体在离子的引出过程中，由等离子体中的组分与基体或大气中的组分相互作用形中的组分与基体或大气中的组分相互作用形成的多原子离子所引起的干扰。成的多原子离子所引起的干扰。如：如：14N2+28Si+；14N16O1H+31P+；16O2+32S+；40Ar16O+56Fe+。消除：消除：扣空白校正；扣空白校正；另选分析同位素。另选分析同位素。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3.2质谱图及干扰质谱图及干扰3)氧化物和氢氧化物离子干扰氧化物和氢氧化物离子干扰来源：来源：由分析物、基体组分、溶剂和等离由分析物、基体组分、溶剂和等离子气体等形成的氧化物和氢氧化物所引起的子气体等形成的氧化物和氢氧化物所引起的干扰。干扰。如：如：62TiO、63TiO、64TiO、65TiO、66TiO62Ni+、63Cu+、64Zn+、65Cu+、66Zn+消除：消除：优化实验条件如：功率、载气流速、优化实验条件如：功率、载气流速、氧和溶剂的去除效率等。氧和溶剂的去除效率等。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3.2质谱图及干扰质谱图及干扰4)仪器和试样制备所引入的杂质离子干扰仪器和试样制备所引入的杂质离子干扰来源：来源：采样锥和分离锥材料中溅出的金属采样锥和分离锥材料中溅出的金属离子以及试剂和水中微量杂质离子所造成离子以及试剂和水中微量杂质离子所造成的干扰。的干扰。如：镍锥中溅射出的如：镍锥中溅射出的Ni+约为约为2ng/ml;酸和去离子水中的酸和去离子水中的Cu+、Zn+为为2ng/ml级。级。消除：消除：降低等离子体的电位；降低等离子体的电位；使用超纯试剂和水；使用超纯试剂和水；使用硝酸。使用硝酸。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3.2质谱图及干扰质谱图及干扰(2)基体效应基体效应基体效应基体效应试样中各成分对分析元试样中各成分对分析元素测量的总效应。素测量的总效应。来源：来源：低电离能元素的电离抑制了待测元低电离能元素的电离抑制了待测元素的电离以及提升量和雾化效率不同影响素的电离以及提升量和雾化效率不同影响分析物的电离和分析物的电离和ICP温度等所引起的干扰。温度等所引起的干扰。消除：消除：稀释、基体匹配、标准加入或同位稀释、基体匹配、标准加入或同位素稀释等。素稀释等。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3.3应用应用定性和半定量分析定性和半定量分析特点：检出限低，谱图简单。特点：检出限低，谱图简单。定量分析定量分析l标准曲线法标准曲线法l内标法内标法l同位素稀释法同位素稀释法同位素比测量同位素比测量原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3.3应用应用在地质科学中的应用在地质科学中的应用l地学样品中的微量、痕量元素分析；地学样品中的微量、痕量元素分析；l高精度同位素分析；高精度同位素分析；l微区原位研究微区原位研究;l单颗粒锆石单颗粒锆石U/Pb年代学研究；年代学研究；l包裹体成分分析；包裹体成分分析；l测定生物体内部不同微区的微量元素分布和同位测定生物体内部不同微区的微量元素分布和同位素比值用于研究全球变化以及监测环境污染等；素比值用于研究全球变化以及监测环境污染等；l矿物微区成分分析；矿物微区成分分析；l高温高压实验中用于测定元素在结晶与熔融相之高温高压实验中用于测定元素在结晶与熔融相之间的分配系数。间的分配系数。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3.3应用应用在环境分析中的应用在环境分析中的应用l水样中痕量元素的测定；水样中痕量元素的测定；l铂族元素的测定；铂族元素的测定；l形态分析；形态分析；l用同位素丰度比指纹技术研究铅污染。用同位素丰度比指纹技术研究铅污染。原原子子质质谱谱法法ChinaUniversityofGeosciences6.3.3应用应用在生物与医学中的应用在生物与医学中的应用l生物样品中痕量元素的测定；生物样品中痕量元素的测定；l生物样品中元素形态分析；生物样品中元素形态分析；l稳定同位素示踪研究。稳定同位素示踪研究。