其实2年前就开始想写一些关于
ICPMS仪器方法或者实验室相关方面的文章,打开一个心灵交流的窗口,只为总结经验,与
ICPMS相关同行建立一个交流平台,也算是干点正事,总比有点空闲时间坐那刷抖音强,而且一刷2个小时过去了,有这2小时说不定就看了2篇文献,写了1篇文献总结。。。
说了这么多,立了2年的flag,打脸了2年后的今天才真正开始着手写第一篇关于
ICPMS的推文,一拖再拖,着实有点不好意思。好在今天终于敲起了键盘,有了先前的打脸教训,咱就先不立flag做到周更或者月更,毕竟是业余时间来写文章,不管怎样也还是希望能够不定期写些关于
ICPMS的所见所感,与同行一起交流。不能保证也肯定无法保证从0到1,能够系统地把关于
ICPMS的一切展现出来给大家,毕竟我个人的专业认知是有局限性的,也在保持持续学习和更新自己的
ICPMS知识库,而
ICPMS自1983年开始商业化以内,其技术和知识一直也在保持快速更新和发展。
对于很多人尤其是非分析化学专业背景人来说,一般接触
ICPMS仪器的时间可能会很晚,我就是其中之一,我是毕业参加工作后才开始接触
ICPMS。根据个人与
ICPMS仪器接触的这几年经验,用一句话来形容“易上手,难精通”是再形象不过的了。一般来讲,从零到会用
ICPMS仪器,1周时间足以,但是要精通
ICPMS的各部件、参数原理以及怎样驾驭仪器克服各种物理的、质谱的等干扰问题,道路很长。随着对仪器的深入,心里的问题可能会越来越多,需要做的是:多思考、多看文献/专注、多求助/交流、多总结。
首先解释一下什么是
ICPMS,
ICPMS英文全称为Inductively coupled plasma mass spectrometer,英译过来为
电感耦合等离子体质谱仪,这么说可能还是不能理解仪器的字面意思,下面我来逐步解析一下。
Inductively电感,指的是仪器以施加的高频电压(通常为27MHz或40MHz,标准1500W或者冷焰600W)进行激发;
Coupled耦合,是一种联合方式,指的是施加的高频电压和电偶线圈的联合,产生高频震荡的磁场。大家都知道中学物理中学到的,通电线圈会产生磁场。
Plasma等离子体,现在市面上用的最多的离子源为Ar2,至于为什么用Ar2跟Ar的第一电离能有关,今后再细说。Ar经过高氩激发脱离一个电子,产生电子在磁场中震荡与更多的氩原子碰撞,产生更多的电子和Ar+1,当然该电离不是100%都会发生,仍会有大部分的Ar,Ar2存在,Ar+1,Ar,Ar2这一综合体称为Ar等离子体。由于Ar2-Ar-Ar+1该过程是一个放热过程,会形成一道很亮的等离子体光焰。而样品在等离子中会与Ar+1发生碰撞发生电离进而转化成M+1(M+Ar+1=Ar+M+1)。
图1. 离子源放电示意图
Mass Spectrometer质谱仪,质谱仪是一种检测设备,包括质量分析器(有很多类型,主要包括磁场分选器和电场分选器)和检测器。工作原理是质量分析器通过元素的质菏比m/z进行区分和筛选(简单理解为带电离子在电场和磁场中会发生运动和偏转),因为元素离子化后转为+1价(M
+1),质荷比=质量数(M=M/1),质量分析器会根据选定的质量数只允许特定质合比的元素(称为目标检测元素)通过,进而到达检测器从而被检测。
图2. 质量分选与检测
汇总一下,
ICPMS的简单工作原理就是以Ar为离子源,通过交感电压激发Ar产生等离子体,样品引入到仪器经过等离子体中一系列的转化最终称为带有+1价态,通过质量分析器的分选后只允许目标元素通过(不被筛选的质量/质荷比无法通过质量分选器会被仪器的排风带走),进而进入检测器中最终被检测。
图3. ICPMS基本机构示意图
以上为我对
ICPMS的字面理解,希望对初学者有点帮助,如果表达不适当处,欢迎批评指正。后边的推文计划为逐步详细介绍
ICPMS结构及工作原理系列文章。