仪器信息网APP

选仪器、听讲座、看资讯

立即体验

当前位置：仪器社区 >质谱 > ICP-MS > 帖子详情

【原创】从进样方式谈ICP-MS的灵敏度

timstoicpms

2011/05/27

这篇原创文章由我的两个回帖重新整理而成，条理更加清晰。希望对大家有帮助！
前几日的回帖链接 http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20110516/3308418/

狭义的ICP-MS进样系统由雾化器(nebulizer)和雾化室(spray chamber)组成：雾化器吸取液体、喷出雾滴。气溶胶粒径有大有小，再由雾化室进行粒径分选：< 8um的气溶胶能顺利通过雾化室进入炬管，被ICP有效电离，而大颗粒气溶胶则在重力作用下汇入雾化室导流槽，被当做废液排走。

不同雾化器每分钟提取的溶液量(sample uptake rate)也不同：澳大利亚 Glass Expansion 公司制造的MicroMist microconcentric nebulizer，每分钟只提取0.1-0.2微升（没看错，单位就是ul/min）；美国 Elemental Scientific 公司制造的聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-过氟烷氧基乙烯共聚物( tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer=PFA)材质的low-flow nebulizer，50-100 ul/min；澳大利亚 Glass Expansion 公司、美国 Meinhard 公司制造的standard nebulizer，1 ml/min；中国地质科学院制造的同心雾化器，1.6-1.9 ml/min。

雾化室的种类很多，有撞击球式(impact bead)、双筒式(double-pass)、气旋式(cyclonic)、气旋双筒组合式(cyclone + double-pass)等，通常还配上珀尔帖(Peltier)冷却装置，减少H₂O溶剂雾滴进入炬管，进而降低H、O多原子团的产率。

撞击球式(impact bead)

双筒式(double-pass)

气旋式(cyclonic) 两个橙色塞头用于连接冷却装置

Finnigan Thermo Stable Introduction System (SIS) 气旋双筒组合式
cyclone + Scott double-pass quartz glass spray chamber arrangement

雾化室对气溶胶的粒径分选效率定义为：进入炬管的小粒径气溶胶质量除以雾化器提取的溶液质量。分选效率实际上取决于雾化器，从2%到5%不等，甚至高达20%。例如100 ul/min的微量雾化器，喷出的小粒径气溶胶比例能占到20%，而1.7 ml/min的国产同心雾化器，喷出的小粒径气溶胶比例只有1.3%，100 ul/min×20%=20 ul/min，1.7 ml/min×1.3%=22. 1 ul/min，单位时间内实际进入炬管的溶液量都差不多。由于微量雾化器内径极细，容易堵塞，通常只用于基体分离、化学提纯的简单溶液；而1.0-1.8 ml/min的常规雾化器，可用于盐度为0.5-1.5‰的复杂溶液。

绝大部分ICP-MS 都是测溶液，假设10 ppb U调谐液能产生60万计数，那么就定义U元素的灵敏度=信号强度除以浓度=600000 cps/10 ppb=60000 cps/ppb。不同实验室之间通常用这种定义的灵敏度直接比较，但这种方式很不严谨。正如上文所说，不同的雾化器+雾化室组合使得单位时间内实际进入炬管的元素质量有多有少，进而引发视觉上的信号强度升降。而我们更关心的是仪器自身的灵敏度—— the sensitivity beyond the introduction system ——实际进入炬管的元素有多少皮克？产生多少计数？于是定义“单位灵敏度”为：X万cps/ pg物质。

以十秒钟内实际的元素进样量为基准，用我这台PE Elan DRC-e四级杆在溶液、激光剥蚀进样时的实测数据，阐述单位灵敏度的含义。

溶液ICP-MS
(1) 10 ppb U调谐液能产生60万计数；
(2) 国产自吸式同心雾化器每分钟提取 1.7ml溶液；
(3) 雾化室的粒径分选效率为1.3%，即只有1.3%的小粒径气溶胶进入炬管，98.7%的气溶胶被当做废液排走；
(4) 10秒钟内进入炬管的溶液质量为 (1.7÷6)×1.3%=0.003683 g ；调谐液含10 ppb U，那么10秒钟内进入炬管的U元素质量为0.003683×(10×10^-9 )=36.83×10^-12 g =36.83 pg；
(5) 单位灵敏度=60万cps÷36.83 pg = 1.629万cps/pg

激光剥蚀ICP-MS
(6) 以60um直径的束斑，2Hz频率剥蚀NIST SRM 610玻璃，能产生30万计数；
(7) 每个pulse能剥蚀0.12-0.14um，取平均值0.13um。10秒内能向下剥蚀 0.13um×10s×2Hz=2.6um；
(8) NIST SRM 610玻璃的密度2.4g/cm³，即2.4×10^-12 g/um³；60um直径、2.6um深的剥蚀坑，物质的质量=π×(60/2)²×2.6×(2.4×10^-12) =1.764×10^-8 g
(9) NIST SRM 610玻璃含U 460ppm，那么10秒钟内进入炬管的U元素质量为1.764×10^-8×460×10^-6=8.116×10^-12 g=8.116 pg
(10) 单位灵敏度=30万cps÷8.116pg = 3.696万cps/pg

激光剥蚀ICP-MS的单位灵敏度数倍于溶液ICP-MS，第一个原因是激光剥蚀进样是干气溶胶，而溶液进样是湿气溶胶：< 8um的H₂O溶剂气溶胶作为最主要的 Load mass，消耗了大量的RF能量，同时也改变了ICP炬焰温度在三维空间内的分布状态，进而影响待测元素的电离。可以用膜去溶(desolvating nebulizer system/membrane desolvation system)去除溶剂水，将湿气溶胶转化为干气溶胶，进而提升信号强度。第二个原因是激光剥蚀池使用He做载气，He在等离子焰中能增加灵敏度。
Günther D and Heinrich C A (1999) Enhanced sensitivity in laser ablation-ICP mass spectrometry using helium-argon mixtures as aerosol carrier. Journal of Analytical Atomic Spectrometry 14(9): 1363-1368.

精
该帖子已被管理者-设置为精华，下面是奖励记录：

分
该帖子已被版主-秋月芙蓉加10积分，加2经验;加分理由:原创

相关话题

光哥

第1楼2011/05/27

应助工程师

LA虽然没有像溶液雾化那样产生大量的H2O，但是有大量的基体物质存在，这些难道不也是消耗能量的么？

0

timstoicpms

第2楼2011/05/27

(4)10秒钟内进入炬管的溶液质量为 (1.7÷6)×1.3%=0.003683 g
假设待测溶液的盐度只有1‰，0.003683×10^-3=3.683×10^-6g
(8)10秒钟内进入炬管的NIST SRM 610玻璃1.764×10^-8 g

你看看哪种方式的基体物质多？呵呵

小光(xsh1234567) 发表:LA虽然没有像溶液雾化那样产生大量的H2O，但是有大量的基体物质存在，这些难道不也是消耗能量的么？

0

精
该帖子已被管理者-设置为精华，下面是奖励记录：加15积分,加5声望

秋月芙蓉

第3楼2011/05/28

不错的资料总结分享！！

0

yuduoling

第4楼2011/05/28

楼主很有分享精神

0

秋月芙蓉

第5楼2011/05/28

加上PP更完美了

0

zdh198011

第6楼2011/05/29

good ,thank you

0

金水楼台先得月

第7楼2011/05/29

非常感谢楼主的精心总结。

0

无机麦地

第8楼2011/05/29

液体进样方式和LA进样方式之间去比较灵敏度没有什么比较性，不是所于同一类。

<2um的H2O溶剂气溶胶消耗大量的ICP能量，影响待测元素的电离。这个观点有点不能接受

0

无机麦地

第9楼2011/05/29

液体进样：10秒钟内进入炬管的溶液质量为=36.83 pg；产生计数为60万
LA进样：那么10秒钟内进入炬管的U元素质量8.116 pg 产生计数30万
我认为这与元素在ICP火炬中的离子化效率没有关系。ICP火焰的温度达到5000到10000度，这足以把进入火焰中的原子离子化了，因为U的第一电离能不高，其离子化效率应该大于90%（没有找具体数据），其中也能够把H2O等离子化。

至于信号为什么会比LA的低，我认为时基体效应
溶液进样的其中含有大量其它的原子，如H2O等，它在等离子膨胀过程中U离子的浓度比LA（气溶胶中间夹带的其它离子较少）中的要大，所以进入样品锥的U离子就比LA的要少，当然会表现在信号强度上面的差异。

溶液进样主要是雾化效率，及进入到ICP火炬中的样品较少，不像LA一样大部分激发的原子都能进入ICP中原子化。
所以我认为它们之间是不好比较的。。

0

分
该帖子已被版主-金水楼台先得月加2积分，加2经验;加分理由:讨论

timstoicpms

第10楼2011/05/29

溶液进样主要是雾化效率，进入到ICP炬焰中的样品较少；激光剥蚀的气溶胶大多能被ICP电离。所以我认为它们之间是不好比较的。。
~~~~ 正文就是在阐述 the sensitivity beyond the introduction system。排开进样系统、从炬管开始的灵敏度，有啥不好比较的？

ICP火焰的温度达到5000到10000度，这足以把进入火焰中的原子给离子化了。因为U的第一电离能不高，其离子化效率应该大于90%（没有找具体数据），其中也能够把H2O等离子化。我认为这与元素在ICP炬焰中的离子化效率没有关系。
~~~~ 你要明确两个概念：①待测元素的原子能否被Ar-base ICP电离，取决于它们的一级电离能是否小于 Ar⁺=15.76eV；② 百分之几的原子被电离(即电离效率)，则取决于ICP炬焰温度在三维空间的分布情况。这就是为什么：减小采样深度或者添加屏蔽圈，都能改变ICP炬焰的温度分布，进而提升灵敏度。

至于信号为什么会比LA的低，我认为是基体效应。溶液进样时含有大量其它的原子(如H2O等)，它在等离子膨胀过程中U离子的浓度比LA（气溶胶中间夹带的其它离子较少）中的要大，所以进入样品锥的U离子就比LA的要少，当然会表现在信号强度上面的差异。
~~~~ 等离子体膨胀是发生在样品锥与截取锥之间的扩散区(Expansion chamber)。根据你的回帖“所以进入样品锥的U离子就比LA的要少”，我推断：你可能认为等离子体膨胀是发生在样品锥前。很显然，样品锥前是标准大气压，不可能发生膨胀。

0

分
该帖子已被版主-金水楼台先得月加2积分，加2经验;加分理由:解答

查看更多

近期热榜

热门活动

猜你喜欢最新推荐热门推荐更多推荐

品牌合作伙伴

日立科学仪器

珀金埃尔默仪器（上海）有限公司（PerkinElmer）

珀金埃尔默仪器（上海）有限公司（PerkinElmer）

日本电子株式会社

赛默飞世尔科技

马尔文帕纳科

上海仪电科仪

梅特勒托利多

布鲁克核磁

举报帖子

点赞用户

好友列表

加载中...

正在为您切换请稍后...