主题：【分享】【实战宝典】ICP-MS常用检测器主要有哪几种？

浏览0 回复0 电梯直达

小官人-闭关修炼中

结帖率：

100%

关注：0 |粉丝：0

新手级：新兵

发表于：2022/06/21 13:03:47 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

问题描述：ICP-MS常用检测器主要有哪几种？
解答：
最常用的ICP-MS检测器分两类：电子倍增管和法拉第收集器。

1）电子倍增管

电子倍增器的基本原理都是基于二次电子发射过程，其主要区别是二次电子发射的打拿极的设计结构不同。当任何一个带电粒子或中性粒子、离子或电子撞击一个涂有特定物质的表面，都可以引起原子外层电子的释放作用。释放的二次电子的数目取决于入射粒子的类型和能量，以及它的入射角度、入射面的材料和表面积等性质。电子倍增器通常有一个有限的寿命，它取决于总的累积放电，即（输入离子）×（增益）。超过这个寿命，内表涂层不再起倍增作用，倍增器需更换。

（1）连续打拿极电子倍增器（Continuous Dynode Electron Multiplier，或称Channel electron multiplier，即 CEM）

电子倍增器的基本原理都是基于二次电子发射过程，其主要区别是二次电子发射的打拿极的设计结构不同。早期的四极杆ICP-MS系统采用的是一种连续打拿极电子倍增器，是一个弯曲的通道式打拿极（图2-20），内表面涂有一种金属氧化物。在其锥口部分加一负高压（约-3kV），而在靠近收集器的玻璃管的背部则保持接近地电位，在管子内部形成连续的电压梯度。当正离子撞击其表面时，形成一个或多个二次电子。随着这些电子又不断撞击新的涂层，发射出更多的二次电子，这个过程快速重复倍增，其结果是一个离子撞击到检测器口的内壁时，在收集器上将产生一个含有多达10⁸个电子的不连续脉冲。新的连续打拿极倍增器在开始使用时往往具有一个很高的但不稳定的增益，这种增益随时间而逐渐降低并趋于稳定。所以新检测器安装后，通常需要做“老化”实验。

图2-20 连续打拿极电子倍增器的工作原理示意图。

（2）离散打拿极电子倍增器（Discrete Dynode Electron Multiplier）

使用的是多个不连续的分立式打拿极实现电子增殖。一般由12~24个分立打拿极组成，相应的工作增益是10⁴~10⁸。打拿极上涂有具有很强的二次电子发射能力的金属氧化物。来自四极杆的离子撞击第一个打拿极之前，先通过一个弯曲的路径。撞击第一个打拿极后，它释放二次电子。打拿极电子路径的设计将二次电子加速到下一打拿极。这个过程在每个打拿极上重复，产生电子脉冲，最终到达倍增器的接收器（图2-21）。

图2-21离散打拿极电子倍增器

目前ICP-MS所采用的离子检测器多为不连续电子倍增器。新型不连续打拿极电子倍增器也叫做活化膜（Active Film）电子倍增器。活化膜是一种新的打拿极材料，其特点为：①二次电子发射效率高，所以增益高，灵敏度高；②在空气中稳定，可以储存数年；③ 动态范围宽；④使用寿命增加，比常规CEM 检测器长35％～100％。

倍增器增益不断降低的主要原因是打拿极表面杂质累积污染引起的。其污染程度受真空室残留气体中污染物和打拿极表面入射的电子密度的影响。活化膜检测器的打拿极面积比连续打拿极面积大的多，每单位面积的杂质累积污染相应减少，所以使用寿命增加。

全数字不连续打拿极电子倍增器（All digital Discrete Dynode Electron Multiplier，DDEM），检测器的控制部分将信号从弱到强动态衰减（从痕量信号90％的效率到强信号的1/10000效率）。其计数率上限是标准脉冲计数倍增器的10000倍，这种检测器是全脉冲测量设计，所以避免了其他双层电子倍增器所要求的数模转换。

2）法拉第杯

法拉第杯(Faraday Cup)被很多质谱仪所采用，这种检测器是将一个具有特定结构的金属片接入特定的电路中，收集落入金属片上的电子或离子，然后进行放大等处理，得到质谱信号。法拉第杯是用在电学有卓著贡献的麦可?法拉第的姓氏来命名。Faraday杯与质谱仪的其他部分保持一定电位差以便捕获离子，当离子经过一个或多个抑制栅极进入杯中时，将产生电流，经转换成电压后进行放大记录，特别适合于测定相对较大的离子流强度。作为最简单的离子接收器，法拉第杯就是安装在离子出口狭缝后面的一个矩形斗。它能够接收所有进入到里面的离子，并将其电流信号传递给放大器。杯上通过电极施加负电压来平衡正离子所带的电荷。这个电极一般都安装在靠近杯口的地方。正离子斜向撞击在法拉第杯的表面，电子从电极表面通过高阻到达正离子上进行中和，形成电流。

现在常使用的ICP-MS中，多接收器磁场质谱就是采用多个法拉第杯与扇形磁场分析器相结合的质谱仪。在多接收器中，质谱仪基于双聚焦扇形磁场设计，但使用多个检测器（图2-22）。与单接收器ICP-MS相比，不同离子束是同时进行检测。由于单接收器ICP-MS中离子的测量时顺序的，所以来自离子源与时间有关的波动会影响同位素比值测定的精密度，而多接收器ICP-MS很好地解决了这一问题，主要用于高精度同位素分析。