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電感耦合等離子體質(zhì)譜儀從引入到最終結(jié)果的流程

更新時(shí)間:2022-07-04      點(diǎn)擊次數(shù):1292
  樣品通常以液態(tài)形式以1mL/min的速率泵入霧化器,用大約1L/min的氬氣將樣品轉(zhuǎn)變成細(xì)顆粒的氣溶膠。
 
  氣溶膠中細(xì)顆粒的霧滴僅占樣品的1%~2%,通過霧室后,大顆粒的霧滴成為廢液被排出。從霧室出口出來的細(xì)顆粒氣溶膠通過樣品噴射管被傳輸?shù)降入x子體炬中。
 
  電感耦合等離子體質(zhì)譜儀中等離子體炬的作用與ICP-AES中的作用有所不同。在銅線圈中輸入高頻(RF)電流產(chǎn)生強(qiáng)的磁場,同時(shí)在同心行英管(炬管)沿炬管切線方向輸入流速大約為15L/min的氣體(一般為氬氣),磁場與氣體的相互作用形成等離子體。
 
  當(dāng)使用高電壓電火花產(chǎn)生電子源時(shí),這些電子就像種子一樣會(huì)形成氣體電離的效應(yīng),在炬管的開口端形成一個(gè)溫度非常高(大約10000K)的等離子體放電。
 
  但是,電感耦合等離子體質(zhì)譜儀與ICP-AES的相似之處也就這樣了。在ICP-AES中,炬管通常是垂直放置的,等離子體激發(fā)基態(tài)原了的電了至較高能級,當(dāng)較高能級的電子“落回”基態(tài)時(shí),就會(huì)發(fā)射出某一待測元素的特定波長的光子。
 
  在ICP-MS中,等離子體炬管都是水平放置的,用于產(chǎn)生帶正電荷的離子,而不是光子。實(shí)際上,ICP-MS分析中要盡可能阻止光子到達(dá)檢測器,因?yàn)楣庾訒?huì)增加信號的噪聲。正是大量離子的生成和檢測使ICP-MS具備了*的ng/L量級的檢測能力,檢出限大約優(yōu)于ICP-AES技術(shù)3~4個(gè)數(shù)量級。
 
  樣品氣溶膠在等離子體中經(jīng)過去溶、蒸發(fā)、分解、離子化等步驟后變成一價(jià)正離子(M→M+),通過接口區(qū)直接引入質(zhì)譜儀,用機(jī)械泵保持真空度為1~2Torr(注:1Torr=1/760atm=1mmHg;1Torr=133.322Pa)。接口錐由兩個(gè)金屬錐(通常為鎳)組成,稱為采樣錐和截取錐。
 
  每一個(gè)錐上都有一個(gè)小的錐孔(孔徑為0.6~1.2mm),允許離子通過離子透鏡引入質(zhì)譜系統(tǒng)。離子從等離子體中被提取出來,必須有效傳輸并進(jìn)入四極桿質(zhì)濾器。然而RF線圈和等離子體之間會(huì)發(fā)生電容耦合而產(chǎn)生幾百伏的電位差。如果不消除這個(gè)電位差,在等離子體和采樣錐之間會(huì)導(dǎo)致放電(稱為二次放電或收縮效應(yīng))。
 
  這種放電會(huì)使干擾物質(zhì)的形成比例增加,同時(shí)大大影響了進(jìn)入質(zhì)譜儀離子的動(dòng)能,使得離子透鏡的優(yōu)化很不穩(wěn)定而且不可預(yù)知。因此,將RF線圈接地以消除二次放電是極其關(guān)鍵的措施。
 
  一旦離子被成功從接口區(qū)提取出來,通過一系列稱為離子透鏡的靜電透鏡直接被引入主真空室。在這個(gè)區(qū)域用一臺渦輪分子泵保持約為10-3Torr的運(yùn)行真空。離子透鏡的主要作用是通過靜電作用將離子束聚焦并引入質(zhì)量分離裝置,同時(shí)阻止光子、顆粒和中性物質(zhì)到達(dá)檢測器。
 
  在離子束中含有所有的待測元素離子和基體離子,離開離子透鏡后,離子束就進(jìn)人了質(zhì)量分離裝置,目標(biāo)是允許具有特定質(zhì)荷比的待測元素離子進(jìn)入檢測器,并過濾掉所有的非待測元素、干擾和基體離子。這是質(zhì)譜儀的心臟部分,在這一區(qū)域用第二臺渦輪分子泵保持大約為10-6Torr的運(yùn)行真空?,F(xiàn)在商業(yè)應(yīng)用的ICP-MS設(shè)計(jì)通常是用碰撞/反應(yīng)池技術(shù)消除干擾,在后續(xù)的四極桿中進(jìn)行質(zhì)量過濾分離。
 
  最后一個(gè)過程是采用離子檢測器將離子轉(zhuǎn)換成電信號。目前常用的設(shè)計(jì)稱為離散打拿極檢測器,在檢測器縱向方向布置一系列的金屬打拿極。在這種設(shè)計(jì)中,離子從質(zhì)量分離器出來之后打擊第一個(gè)打拿極,然后轉(zhuǎn)變成電子。
 
  電子被下一個(gè)打拿極吸引,發(fā)生電子倍增,在最后一個(gè)打拿極就產(chǎn)生了一個(gè)非常強(qiáng)的電子流。用傳統(tǒng)的方法通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對這些電信號進(jìn)行測量,再應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)溶液建立的ICP-MS校準(zhǔn)曲線就可以將這些電信號轉(zhuǎn)換成待測元素的濃度。
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