主题：【原创】ICP-MS主流产品对比-分帖之五 碰撞反应池

5 碰撞反应池
可能各家厂商的产品都有一些自己的特点，然而如果不是碰撞反应池技术的出现，几乎各家的ICP-MS都没有什么大区别了。从PE公司在6100上推出DRC以来，各家公司都注意到了碰撞反应池是ICP/MS上的一个重要技术，但受到专利的影响，各家的碰撞反应技术各不相同，成为最有区别的一部分。
碰撞反应池的位置在离子透镜之后，四级杆之前。并不是所有仪器都有，但这四家仪器厂商都有的主流产品都配备了碰撞反应池。
首先介绍PE的DRC。之所以先介绍PE，是因为在这四家公司里PE公司最早推出反应池技术的。当时是在Elan 6100上推出的，其名称叫动态反应池DRC（Dynamic Reaction Cell）。这是一个专利技术。现在的主流产品是DRC-e和DRC II。连仪器型号都直接用该技术命名，可见碰撞反应池对于现行产品的影响有多大。
DRC和其它碰撞反应最大的不同就是这个反应池是一个四级杆设计。Thermo是六级杆、Agilent是八级杆，Varian是个接口。四级杆设计和其它设计不同就在于四级杆能够进行质量甄别，也就是可以让一定范围里的质量数通过。这就是PE说它的DRC仪器是ICP-MS-MS的原因。而限于专利，其它厂商都没有这个功能。
DRC-e可以使用包括甲烷、氧气、氢气和氦气在内的任何一种气体，DRC II还可以用氨气、氧化氮等强反应气。由于其反应原理，被测离子在DRC中受影响小。厂商说对灵敏度不受影响，但从实际数据来看，灵敏度也会有明显的下降，但其下降幅度比其它厂家低得多。
PE的DRC需要针对不同质量数和干扰进行特别的设置，也就是说其气体类型和参数设置针对性比较强，在多元素测量中有些困扰。最近，PE公司对于条件通用化进行了比较多的研究。
总之，PE公司的DRC技术是独一无二的质量甄别反应技术。在消除干扰，降低本底方面有着突出的效果。

Thermo公司的碰撞反应池的名称叫碰撞池技术CCT（collision cell technology），采用了一个六级杆来完成这个工作。Thermo公司一般采用氦气和氢气混合气（氢气7%）来作为反应碰撞气。Thermo公司的技术文献也有报道用氧气的，不知道有没有实际应用。
Agilent公司的碰撞反应池技术叫八级杆反应系统ORS（Octopole Reaction System），7500CX通常是排一路氦气，7500CS通常排2路，一路氦气，一路氢气，据Agilent公司介绍7500CS也可选排第3路气，用氨气。用氨气不知道在半导体行业有没有实际应用。但一般使用，Agilent都只使用氦气，在半导体行业，用氦气和氢气。
上面提到，由于专利的限制，Thermo没办法做四级杆反应池，只好做六级杆，六级杆无法进行质量甄别，只是保证离子传输以及提供一个碰撞反应的场所。Thermo的CCT也是有专利的。Agilent公司没办法做四级、六级，只好做八级杆，同样也有专利。Varian公司来得最晚，再做十级杆的话，那就太复杂了。不过，Varian公司还是有一些创新能力的（90度离子透镜的设计就可以看出来），在锥口设计了一个碰撞反应接口CRI（Collision Reaction Interface），来完成碰撞反应去干扰。具体是在锥口开了夹层，使气体从锥口冲出，达到碰撞反应的目的。在样品锥和截取锥上都采用了这样的设计。
虽然这三家的设计和理念有所不同，但其去干扰的原理基本一致。主要是通过样品产生的离子流和氢气或氦气或两者混合气进行碰撞和反应。氦气是惰性气体，主要起到碰撞作用，氢气是弱反应气，主要通过反应来去除干扰。由于不能做质量甄别，必须使用反向电场进行能量甄别，以消除大量的副产物干扰离子。在能量甄别中，被测离子中大部分也会被甄别掉。所以，在碰撞反应模式下，灵敏度会大大下降，不同质量数和碰撞反应条件下，下降的幅度不同，有时候甚至高达几十倍。
虽然这三家的碰撞反应原理差不多，但具体使用还是有些不同。
Thermo基本使用氦气为主的氦氢混合气，其理念是提供一个通用气和条件，适合绝大部分样品去干扰的要求。所以，气体里面又有碰撞气——氦气，又有反应气——氢气。氦气和氢气对于不同的样品和干扰有着不同的影响。比如：80Se的测量，有40Ar40Ar的干扰。如果要去除这个干扰，需要用氢气，氦气效果不佳。但全部用氢气的话，反应又难以控制。所以Thermo采用了这个混合气的办法。Thermo公司会向用户展示CCT在80上的低本底计数，说明其CCT去除干扰的能力。然而，即使如此，氢气的副作用还是很明显。其副产物产生的影响难以控制。
Agilent公司通常推荐用氦气，100%的。这样的好处是氦气是靠碰撞，不会产生新的干扰。也就是说，干扰只会减少，不会生成新的、未知的干扰。当然，只靠氦气是不能解决问题。比如上面提到的80上的40Ar40Ar干扰。所以，Agilent的7500CX在使用ORS时80上的计数是很高的。Agilent认为一般条件下，测量硒可以用78或82，而不是80。但氦气不能较完全地去除干扰则是可以定论的。所以，Agilent公司在需要去除Ar干扰、进行低含量水平检测时，还是要用到氢气，这在7500CS上就留了氢气的气路。
Varian公司在CRI上可以用氢气或氦气，可以切换。Varian公司的资料说到由于CRI只是一个接口，不是一个“池”，所以气体切换非常快。从实践来看，从通气和不通气的切换确实很快，但从氢气和氦气之间的切换却非常慢，比PE公司换气速度还慢。估计是Varian仪器内部气路的设计问题。另外，正是由于没有一个“池”，在锥口这样一个狭小的空间完成碰撞反应，其气流量要比Thermo和Agilent公司的要大的多。气流量大，对被测离子的灵敏度影响也越大，结果就是，Varian的ICP/MS在非碰撞反应模式下灵敏度远远高于其它三家，但在碰撞反应模式下，其灵敏度大大下降，和其它三家基本在同一水平上。