1、A1ICP-MS的原理和使用的原理和使用2017-2-9A2 主要内容主要内容l一、原理一、原理l二、结构二、结构l三、使用和注意事项三、使用和注意事项l四、日常维护四、日常维护A3ICP-MS仪器的原理仪器的原理A4ICP-MS：全称是全称是电感耦合等离子体电感耦合等离子体- -质谱法质谱法(Inductively coupled plasma-Mass Spectrometry)(Inductively coupled plasma-Mass Spectrometry)它是一种将它是一种将ICPICP技术和质谱结合在一起的分析仪器，它技术和质谱结合在一起的分析仪器，它能能同时测定同时测定几
2、十种痕量无机元素，可进行几十种痕量无机元素，可进行同位素分析、单同位素分析、单元素和多元素分析元素和多元素分析，以及有机物中金属元素的形态分析。，以及有机物中金属元素的形态分析。比如食品药品中常测的：铅、砷、铬、汞、镉、铝、钙、比如食品药品中常测的：铅、砷、铬、汞、镉、铝、钙、镁、锌、铁、铜、钾、锰、钠、钴、钡等。（可以直接镁、锌、铁、铜、钾、锰、钠、钴、钡等。（可以直接购买混合标液）购买混合标液）A5原理：原理：（1 1）在）在ICP-MSICP-MS中，中，ICPICP起到离子源的作用，起到离子源的作用，ICPICP利用在电感利用在电感线圈上施加强大功率的高频射频信号在线圈内部形成线圈上施
3、加强大功率的高频射频信号在线圈内部形成高温高温等离子体等离子体，并通过气体的推动，保证了等离子体的平衡和，并通过气体的推动，保证了等离子体的平衡和持续电离，持续电离，被分析样品由蠕动泵送入雾化器形成气溶胶，被分析样品由蠕动泵送入雾化器形成气溶胶，由载气带入等离子体焰炬中心区，发生由载气带入等离子体焰炬中心区，发生蒸发、分解、激发蒸发、分解、激发和电离和电离。高温的等离子体使大多数样品中的元素都电离出高温的等离子体使大多数样品中的元素都电离出一个电子而形成了一价正离子。一个电子而形成了一价正离子。A6原理：原理：（2）通过）通过ICP-MS的接口将等离子体中的离子有效传的接口将等离子体中的离子有
4、效传输到质谱仪；输到质谱仪；（3）质谱是一个质量筛选和分析器，通过选择不同）质谱是一个质量筛选和分析器，通过选择不同质核比（质核比（m/z）的离子通过来检测到某个离子的强度，的离子通过来检测到某个离子的强度，进而分析计算出某种元素的强度。进而分析计算出某种元素的强度。ICP-MS灵敏度非常高，可以测量灵敏度非常高，可以测量ppb及及ppb以下浓度以下浓度的微量元素。的微量元素。A7总结起来：总结起来：l原子化原子化l将原子化的原子大部分转化为离子将原子化的原子大部分转化为离子l离子按照质荷比分离离子按照质荷比分离l计算各种离子的数目计算各种离子的数目A8ICP-MS仪器的结构仪器的结构A9IC
5、P-MS的结构的结构l （）（）电感耦合等离子体电感耦合等离子体: :样品引入系统；离子源样品引入系统；离子源l （）（）接口接口: :采样锥；截取锥采样锥；截取锥l （）（）质谱质谱: :离子透镜系统；四级杆离子过滤器；检测器离子透镜系统；四级杆离子过滤器；检测器A10A111.1.样品引入系统样品引入系统l溶液气动或超声方式引入溶液气动或超声方式引入l电热蒸发方式引入电热蒸发方式引入l激光或火花方式引入激光或火花方式引入l气体发生方式引入气体发生方式引入注：大多数注：大多数ICP-MSICP-MS以以气动雾化器气动雾化器为标准附件（雾化效率为标准附件（雾化效率低，低，1%1%，但使用方便，
6、稳定性好，易于与自动进样器联，但使用方便，稳定性好，易于与自动进样器联用）用）A12样品引入系统（气动雾化系统）样品引入系统（气动雾化系统）ICP 炬管炬管等离子气等离子气辅助气辅助气载气载气RF 线线圈圈等离子体等离子体Peltier 冷却雾室冷却雾室样品样品蠕动泵蠕动泵内标稀释内标稀释混合气混合气雾化器雾化器A13ICP（电离源）（电离源）:l电离源电离源是电感耦合等离子体（是电感耦合等离子体（ICPICP），其主体是一个），其主体是一个由由三层石英套管组成的炬管三层石英套管组成的炬管，炬管上端绕有，炬管上端绕有负载线圈负载线圈，三，三层管从里到外分别通层管从里到外分别通载气，辅助气和冷却
7、气载气，辅助气和冷却气，负载线圈，负载线圈由高频电源耦合供电，产生垂直于线圈平面的磁场。如由高频电源耦合供电，产生垂直于线圈平面的磁场。如果通过高频装置果通过高频装置使氩气电离使氩气电离，则氩离子和电子在电磁场，则氩离子和电子在电磁场作用下又会与其它氩原子碰撞产生更多的离子和电子，作用下又会与其它氩原子碰撞产生更多的离子和电子，形成涡流。形成涡流。A14载气，辅助气和冷却气载气，辅助气和冷却气三三个个都都是是氩氩气，气，只只是是作作用用不不同。同。载载气：气：产产生生涡涡流，流，形形成成高高温；温；把把样样品品带带入入等等离离子子体。体。需需要要量量大大约约为为1 1L L/ /m mi in
8、 n。辅辅助助气：气：用用来来维维持持等等离离子子体，体，需需要要量量大大约约为为1 1L L/ /m mi in n。冷冷却却气：气：以以切切线线方方向向引引入入外外管，管，产产生生螺螺旋旋形形气气流，流，使使负负载载线线圈圈处处外外管管的的内内壁壁得得到到冷冷却。却。气气流流量量一一般般为为1 10 0- -1 15 5 L L/ /m mi in n。A15为什么要用氩气为什么要用氩气? ?ArAr是惰性气体是惰性气体Ar Ar 相对便宜相对便宜易于获得高纯度的氩气易于获得高纯度的氩气 更重要的是更重要的是 - -Ar Ar 的第一电离电位是的第一电离电位是 15.75 15.75 电子
9、伏特电子伏特 (eV)(eV)高于大多数元素的第一电离电位高于大多数元素的第一电离电位 ( (除了除了 He, F, Ne) He, F, Ne) 低于大多数元素的第二电离电位低于大多数元素的第二电离电位 ( (除了除了 Ca, Sr, Ca, Sr, Ba,etc)Ba,etc)由于等离子体的电离环境由由于等离子体的电离环境由 ArAr限定限定, , 所以大多数分析所以大多数分析元素被有效地电离为单电荷离子元素被有效地电离为单电荷离子A16接接 口口 l接口是接口是ICP-MSICP-MS仪器的心脏，仪器的心脏，采样锥和截取锥采样锥和截取锥是是其关键部件其关键部件 ( (一个冷却的采样锥（大
10、约一个冷却的采样锥（大约mmmm孔径）孔径）和截取锥（大约和截取锥（大约0.40.40.8mm0.8mm孔径）组成孔径）组成, , 两孔相两孔相距距6-7mm6-7mm。l接口的功能是将等离子体中的离子有效传输到质谱仪接口的功能是将等离子体中的离子有效传输到质谱仪 A17质谱分析器（四级杆）质谱分析器（四级杆） 利用利用静电透镜系统静电透镜系统将穿过截取锥的离子拉出来，输送到将穿过截取锥的离子拉出来，输送到四极杆滤质器。四极杆的工作是基于在四根电极之间的四极杆滤质器。四极杆的工作是基于在四根电极之间的空间产生一随时间变化的特殊电场，只有给定空间产生一随时间变化的特殊电场，只有给定M/Z的离的离
11、子才能获得稳定的路径而通过极棒，从其另一端出射。子才能获得稳定的路径而通过极棒，从其另一端出射。其它离子将被过分偏转，与极棒碰撞，并在极棒上被中其它离子将被过分偏转，与极棒碰撞，并在极棒上被中和而丢失。四极杆扫描速度很快，大约每和而丢失。四极杆扫描速度很快，大约每100毫秒可扫描毫秒可扫描整个元素覆盖的质量范围。整个元素覆盖的质量范围。 A18质谱分析器质谱分析器 ICP-MS采用的是采用的是三级动态真空系统三级动态真空系统，使真空逐级达到要，使真空逐级达到要求值。采样锥与截取之间的第一级真空约求值。采样锥与截取之间的第一级真空约102Pa，由，由机械泵机械泵维持，离子透镜区为第二级真空（维持
12、，离子透镜区为第二级真空（10-4Pa），由扩散泵或），由扩散泵或涡轮分子泵实现，四极杆和检测器部分为第三级真空（涡轮分子泵实现，四极杆和检测器部分为第三级真空（10-6Pa），也由），也由扩散泵或涡轮分子泵扩散泵或涡轮分子泵实现。实现。 真空度直接影响离子传输效率、质谱波形及检测器寿命。真空度直接影响离子传输效率、质谱波形及检测器寿命。A19 ICP-MS的使用和注意事项的使用和注意事项A20仪器的使用仪器的使用一、仪器的准备：一、仪器的准备：1 1、开机抽真空：、开机抽真空：抽到抽到Penning Penning 压力压力小于小于6.06.010-7mbar10-7mbar。长时间不用抽真
13、空约需长时间不用抽真空约需一天一夜，一般只需要一天一夜，一般只需要一晚上。抽真空的过程一晚上。抽真空的过程中涡轮泵速一般都保持中涡轮泵速一般都保持在在999.98999.98。A212 2、点火：、点火：（1 1）打打开开一一楼楼的的氩氩气气总总阀，阀，调调整整四四楼楼分分压压为为0.0.6 6M MP Pa a（2 2）开开启启水水冷冷机机（温温度：度：2 20 0；压压力：力：6 65 5M Mp pa a左左右）右）A22（3）检查并确认进样系统（炬管、雾化室、雾化器、泵）检查并确认进样系统（炬管、雾化室、雾化器、泵管等）是否正确安装。管等）是否正确安装。（4）上好样品管和废液管，检漏；
14、）上好样品管和废液管，检漏；（5）点击）点击Instrument Control 左上角的左上角的“ON”点火；点火；（6）点火后，先用娃哈哈的水冲洗）点火后，先用娃哈哈的水冲洗5min，再用，再用2%HNO3冲洗冲洗5min，稳定仪器，同时注意观察进液和出，稳定仪器，同时注意观察进液和出液是否顺畅。液是否顺畅。仪器的准备仪器的准备A23仪器的准备仪器的准备（7 7）仪器稳定后点左上角的）仪器稳定后点左上角的“RUNRUN（运行）（运行）”，从样，从样品管吸入调谐液，品管吸入调谐液，观察灵敏度，灵敏度指标：观察灵敏度，灵敏度指标：在在STDSTD下，最佳状态是：下，最佳状态是：7Li57Li5
15、万；万；59Co1059Co10万；万；115In21115In21万；万；238U30238U30万。如果在万。如果在STDSTD模式下灵敏度模式下灵敏度达不到，可以做一个达不到，可以做一个AutotuneAutotune（自动调谐）（自动调谐）A24仪器的准备仪器的准备（8）如果）如果STD模式下灵敏度正常，打开氦气钢瓶主阀，模式下灵敏度正常，打开氦气钢瓶主阀，调节分压到调节分压到0.2-0.3MPa，从，从STD模式切换到模式切换到KED模式，模式，点顶部的点顶部的“Restart”观察：观察：59CO3万；万；59CO/35Cl.16O18万万。如果灵敏度正常，可以在。如果灵敏度正常，
16、可以在KED模式下做一次模式下做一次Autotune（自动调谐）然后测样品。（自动调谐）然后测样品。A25注意注意：（1 1）如果上午做仪器测试，完成后，下午测样品，）如果上午做仪器测试，完成后，下午测样品，可以在下班之前先熄火，即点左上角的可以在下班之前先熄火，即点左上角的“OFFOFF”，下午来了点火直接测定，不需要再进行仪器调试。下午来了点火直接测定，不需要再进行仪器调试。（2 2）仪器只有在点火后才会消耗氩气，只抽真空）仪器只有在点火后才会消耗氩气，只抽真空不点火是不需要氩气的。不点火是不需要氩气的。A26二、样品分析二、样品分析l打开桌面上打开桌面上QtegaQtega软件，主页上：
17、软件，主页上：1 1、DashboardDashboard（仪表盘）：（仪表盘）：主要看联锁下是否全为绿，表示各部分状态是否正主要看联锁下是否全为绿，表示各部分状态是否正常，全绿表示可以测定。常，全绿表示可以测定。A27样品分析样品分析l2 2、L La ab bB Bo oo ok ks:s:l新新建建方方法：法：（1 1）N Na am me e( (名名称称) )：输输入入方方法法名名（如如2 20 01 16 60 09 92 27.7.）（2 2）评评价：价：选选中中第第三三个个圆圆点：点：C Cr re ea at te e a a n ne ew w a a b bl la an
18、 nk k T Te em mp pl la at te e，选选全全定定量量e eQ Qu ua ar rt t ( (3)3)点点击：击：C Cr re ea at te e L La ab bB Bo oo ok ks s创创建建界界面面打打开开A28样品分析样品分析调用方法：调用方法：（1 1）勾选第二个圆点：从现有的）勾选第二个圆点：从现有的LabBooksLabBooks中创建一个新的中创建一个新的LabBooksLabBooks， 选中想调用的方法，如选中想调用的方法，如2016092720160927。（2 2）在上面）在上面Name(Name(名称名称) )里输入一个新名字：
19、如里输入一个新名字：如2016092820160928（3 3）点击：）点击：Create LabBooksCreate LabBooks创建界面打开创建界面打开A29样品分析样品分析l在打开的界面左边一栏，方法参数下：在打开的界面左边一栏，方法参数下：（1 1）Analytes(Analytes(分析物分析物) )：在右边的周期表中选择要测量的：在右边的周期表中选择要测量的元素和元素所用的内标元素。元素和元素所用的内标元素。（2 2）Acquisition parameters(Acquisition parameters(采集参数采集参数) )：把：把Channel(Channel(通道通
20、道) )改成改成3 3，Measurement Mode(Measurement Mode(测定模式测定模式) )改改成成KEDKED或或STDSTD，更前面对应，左下部的，更前面对应，左下部的Number of Number of sweeps(sweeps(扫描次数扫描次数) )改成改成4040。A30样品分析样品分析（3 3）Standards(Standards(标准标准) )：输入标准溶液的名称和对应的浓输入标准溶液的名称和对应的浓度；度；（4 4）Quantification(Quantification(定量定量) )：在在Internal standardInternal st
21、andard项下项下在内标元素后选在内标元素后选“using as Internal using as Internal StandardStandard”，在，在待测元素后把它对应的内标元素选上。待测元素后把它对应的内标元素选上。（5 5）Sample list(Sample list(样品列表样品列表) )：建序列建序列（6 6）保存方法，点击运行，开始测定）保存方法，点击运行，开始测定A31样品分析样品分析（7 7）分析完毕后，会在方法参数下）分析完毕后，会在方法参数下自动生成一个自动生成一个Reports(Compatibity mode)Reports(Compatibity mod
22、e)，第一个是标准曲线报告，第一个是标准曲线报告，第二个是全报告，第三个是样品报告。在第一个里检查第二个是全报告，第三个是样品报告。在第一个里检查标准曲线线性关系，保证样品结果准确性。标准曲线线性关系，保证样品结果准确性。（8 8）实验结束后，先用）实验结束后，先用2%HNO32%HNO3冲洗冲洗5min5min，再用娃哈哈水冲，再用娃哈哈水冲洗洗5min5min，然后把样品管从水中拿出来。，然后把样品管从水中拿出来。A32样品分析样品分析（9 9）点击）点击Instrument Control Instrument Control 左上角的左上角的“OFFOFF”，熄火熄火。熄火后先关闭氦气
23、主阀，特别注意此时不要马上关掉水冷熄火后先关闭氦气主阀，特别注意此时不要马上关掉水冷机，观察软件左下角机，观察软件左下角cooling glassware cooling glassware 直到变成直到变成standbystandby，并听到仪器里面咔嚓一声，并且并听到仪器里面咔嚓一声，并且RF Generator RF Generator 下下Plasma Plasma cooling water flow cooling water flow 从从0.590.59变成变成0 0，此时可以关闭水冷机。此时可以关闭水冷机。不需要点顶部的不需要点顶部的“StopStop”，仪器会自动停止采集。
24、，仪器会自动停止采集。A33注意事项：注意事项：（1 1）实验结束后，把蠕动泵的夹子打开，松开样品管和废）实验结束后，把蠕动泵的夹子打开，松开样品管和废液管，到一楼液管，到一楼把氩气的主阀关闭把氩气的主阀关闭，不需要关四楼的分压，不需要关四楼的分压阀。阀。（2 2）若仪器长期停用，可以考虑彻底关机，否则建议一直）若仪器长期停用，可以考虑彻底关机，否则建议一直保持真空状态，如果电压不稳定，时不时停电，也建议保持真空状态，如果电压不稳定，时不时停电，也建议用完后泄真空关机。用完后泄真空关机。A34注意事项注意事项l如果想彻底关机，可以：如果想彻底关机，可以：l（1 1）点击软件上）点击软件上Vac
25、uum Vacuum 里在里在Penning PressurePenning Pressure下选择下选择“OFFOFF”；l（2 2）等待）等待Turbe pump speed(Turbe pump speed(涡轮泵涡轮泵) )降到降到800800以下，然以下，然后急剧泄真空到后急剧泄真空到0 0，此时，此时Penning pressurePenning pressure会保持在会保持在2.000e-0092.000e-009的状态，的状态，Vaccum system Vaccum system 显示显示“offoff”状态。状态。l（3 3）关闭左侧总开关，向下为关，向上为开。）关闭左侧
26、总开关，向下为关，向上为开。A35ICP-MS的日常维护的日常维护A36维护保养（视具体情况而定）维护保养（视具体情况而定）1 1、定期更换泵管（样品管和废液管，如果有老化的情况就、定期更换泵管（样品管和废液管，如果有老化的情况就更换）更换）2 2、定期清洗样品锥、截取锥、嵌片、雾化器（如果连续做、定期清洗样品锥、截取锥、嵌片、雾化器（如果连续做的话，一周以上就需要清洗，样品锥和截取锥清洗的时的话，一周以上就需要清洗，样品锥和截取锥清洗的时候放在纯水中超声候放在纯水中超声3030分钟）分钟）A37维护保养维护保养l3 3、定期清洗矩管和中心管（清洗的时候拆下来用、定期清洗矩管和中心管（清洗的时
27、候拆下来用5%5%的的HNO3HNO3浸泡过夜）浸泡过夜）l4 4、每个月拖一次地，除湿机经常开开，保持房间内的、每个月拖一次地，除湿机经常开开，保持房间内的湿度在适宜的范围内。温度：湿度在适宜的范围内。温度：15-2515-25之间。湿度：之间。湿度：45%-65%45%-65%之间。之间。A38维护保养维护保养l3 3、每四个月更换一次循环水，平时注意观察一下水冷、每四个月更换一次循环水，平时注意观察一下水冷机的水位，机的水位，循环水需要淹没铜管，防止上面的铜管露在循环水需要淹没铜管，防止上面的铜管露在外面结冰了外面结冰了。经常观察一下水冷机是否有损坏漏水的现。经常观察一下水冷机是否有损坏漏水的现象。象。l5 5、计算机专用，定期备份数据。、计算机专用，定期备份数据。l6 6、测定的时候冬天空调可以开成制冷，、测定的时候冬天空调可以开成制冷，2020左右，防左右，防止机械泵过热自动保护熄火了。止机械泵过热自动保护熄火了。A39 谢谢大家
