内容简介

本书是等离子体分析技术研究和应用领域公开出版的第一本书（Applications of Inductively Coupled

Plasma Mass Spectrometry）的中译本。

全书共分9章，第1章为全书的理论部分，介绍了ICP－MS系统诞生前的背景和最初的设计思路，ICP

离子源、取样接口、离子透镜、质量分析器、离子检测器、数据采集与处理，以及仪器的工作特性、干扰情况

和未来的发展趋势。第2章至第9章均为实际应用中可能遇到的各种情况的详细介绍，内容依次为ICP－

MS在地球科学中的应用，在水资源分析中的应用，同位素比值测定，在稳定同位素示踪剂中的应用，在食

品科学中的应用，在石油工业中的应用，在环境分析中的应用，在冶金实验室中的应用。

本书可供从事核工业、地质、环境、海洋、医药、生物、冶金、农业等领域的分析检测人员参考，亦可作为

大专院校有关专业本科生、研究生和教师的教学参考书。

目录

前言

第1章 ICP－MS系统的起源、实现过程和特性

AlanL.Gray

1.1引言

1.2起源

1.3ICP－MS系统

1.3.1ICP离子源和取样系统

1.3.2离子透镜和质量分析器

1.3.3离子检测器

1.3.4数据采集

1.3.5总体系统

1.4工作特性

1.4.1等离子体离子数量和系统响应

1.4.2谱图

1.4.3检出限

1.4.4干扰——氧化物和双电荷离子

1.4.5干扰——多原子离子

1.4.6干扰——同量异位素重叠

1.4.7干扰——基体抑制

1.4.8干扰——物理效应

1.5样品引入的其它方法

1.6未来的趋势

参考文献

第2章 ICP－MS在地球科学中的应用

AlanR·Date和KymE.Jarvis

2.1引言

2.2ICPMS在地球化学分析中的优势

2.3ICP－MS在地球化学分析中应用的实际限制

2.4ICP－MS的样品引入

2.5痕量元素分析

2.5.1测定硅酸盐岩石和矿物中的稀土元素

2.5.2ICP－MS的REE谱图一般特性

2.5.3地质物质中的REE谱图

2.5.4多原子离子干扰

2.5.5精密度和准确度

2.5.6REE矿物分析

2.5.7火法化验ICP－MS测定铂族元素（PGE）

2.5.8ICP－MS分析PGE谱图的一般特性

2.5.9简单的谱图

2.5.10精密度和准确度

2.5.11富钙样品中的痕量元素

2.5.12锰结核中的痕量元素

2.6同位素比值测定

2.6.1铅同位素比值

2.6.2铅精矿

2.6.3测定岩石溶液中的铅同位素比值

参考文献

第3章 水资源分析

HowardE.Taylor

3.1引言

3.2实验

3.2.1采样

3.2.2样品准备

3.2.3分析类型

3.3结果和讨论

3.3.1干扰

3.3.2准确度和精密度

3.3.3检出限

3.4结论

参考文献

第4章 用ICP－MS进行同位素比值测定

G.PriceRussⅢ

4.1引言

4.2一般概念

4.2.1有关原子核的事实

4.2.2同位素变异

4.2.3应用

4.2.4其它技术

4.2.5ICPMS

4.3优化特性

4.3.1分辨率和灵敏度

4.3.2峰面积

4.3.3灵敏度

4.3.4倍增器

4.3.5背景和干扰

4.3.6质量偏倚

4.3.7精密度

4.3.8线性

4.3.9获取参数

4.4应用举例

4.4.1核工业

4.4.2铅研究

4.4.3187Os地质年代学

4.4.4同位素稀释技术

4.4.5医药

4.5路向何方

参考文献

第5章 ICP－MS在稳定同位素示踪剂中的应用

M.Janghorbani和BillT.G.Ting

5.1引言

5.2生物物质的一般特性

5.3ICP－MS的基本问题

5.3.1背景的思考

5.3.2离子束强度的稳定性

5.3.3同位素比值测量的精密度

5.3.4同位素比值的线性动态范围

5.3.5同位素比值的浓度依赖性

5.3.6各种干扰

5.4ICP－MS应用中的实践问题

5.4.1化学处理

5.4.2溶液浓度和分析物的用量

5.4.3样品通过量

5.4.4同位素校准程序

5.4.5总体记忆效应

5.4.6总体分析准确度

5.5应用举例

5.5.1相关方法的发展

5.5.2应用举例

5.6将来趋势与研究需求

5.7结论

参考文献

第6章 ICP－MS在食品科学中的应用

JohnR.Dean，HelenM.Crews和LesEbdon

6.1引言

6.1.1食品科学中对痕量分析的需要

6.1.2食品科学中常规分析技术

6.1.3食品科学中ICPMS应用的优点

6.2应用

6.2.1食品的全分析

6.2.2痕量元素物种形成研究

6.2.3营养摄入研究

6.3ICP－MS在食品科学中的潜力

6.3.1最小样品准备

6.3.2营养学、生物利用率和物种形成研究

6.3.3LC－ICPMS直接联用进行多元素分析

6.4结论

参考文献

第7章 ICP－MS在石油工业中的应用

AA.VanHeuzen

7.1引言

7.2ICP－AES与IC－MS法中的水溶剂和有机溶剂

7.3ICP－MS法中操作有机溶剂的实验条件

7.3.1雾室的冷却

7.3.2进样速率、载气流速和炬管喷射管直径

7.3.3电源

7.3.4氧的加入

7.4分析特性

7.4.1检出限

7.4.2定量分析结果

7.5总结和结论

参考文献

第8章 ICP－MS在环境分析中的应用

Neil1.Ward

8.1引言

8.2环境基体中的元素分析方法

8.2.1ICP－MS和环境分析

8.3英国公路环境的多元素污染

8.3.1实验

8.3.2结果与讨论

8.4结论

参考文献

第9章 ICP－MS在冶金实验室中的应用

B.Meddings和R.Ng

9.1引言

9.2仪器

9.2.1ICP的RF电源

9.2.2进样系统

9.2.3工作条件

9.3仪器的性能

9.3.1灵敏度

9.3.2稳定性

9.4样品制备

9.5冶金分析

9.5.1标准参考物质

9.5.2镍冶炼厂的供料

9.6未来的发展需求

9.6.1进样

9.6.2离子检测

9.6.3稳定性

9.6.4数据处理

9.7结论

参考文献

附录 天然存在的同位素——有用的数据

尽管有着这些问题，但SSMS（火花源质谱）由于对整个周期表中的元素相对均匀和非

常低的检出限，因而作为首选的方法被广泛使用。面临对于这种分析需求的增加，其主要障

碍在于样品的通过量可能往往是低的，以及对操作和数据解释的技术水平要求高。

显然，在最初改进分析过程中最困难的部分是样品的挥发和解离，在此之后的电离应是

相对容易的，这一步的关键是能量转移到样品。解决这个问题的思路是在曼彻斯特的讨论会

上提出的，这次会议主要讨论的是在压力高达大气压力时，从火焰和等离子体中引出离子。

人们意识到，尽管化学火焰的气体温度高达3000K，但对于大部分材料来说并不足够热，且

构成一个不理想的反应环境，因此常压电弧和等离子体作为原子发射源几乎肯定更合适。实

现这个过程的最初的工作后来在别的地方也曾做过，尽管并没有设想到下一步要用惰性气

体等离子体（Alkemade，1973）。这种等离子体在常压下，因为样品在离子源中滞留时间相对

较长，达几个毫秒，当样品与等离子体气达到平衡时能量传输到样品是非常有效的，气体温

度高达5000K或更高。ICP－AES中样品从溶液引入等离子体中很简单，并且很快，因此样

品的高通过量是可能的。已经很清楚，大部分元素在ICP中都可达到高度的电离，因它的灵

敏度很大程度来自于离子线的利用，并且维持等离子体的存在需要产生足够数量的等离子

气体中的离子。

然而，引出离子的潜在问题看来好像是难以克服的，因为离子必须在高真空中才能分

析，至关重要的是要尽可能地保持样品的相对组分。读者可在Sugden（Sugden，1964）以及

Knewstub和Hayhurst（Hayhurst，1974）的火焰质谱分析的研究中找到解决办法，并有机

会与后者讨论这些问题，因为他们对自己的专业知识和建议是慷慨的。可能等离子体的温度

比任何化学火焰的温度都要高许多，火焰的温度扩展到至少5000K应该不困难。人们期望

源于样品引入实际速率的电离度和离子的数量，在可能碰到的浓度范围给出有效的元素响

应。

看起来进行一个可行性研究是很值得的。这些工作已在利物浦（Liverpool）大学的

J.Moruzzi的帮助下完成，他建立了第一套演示性的实验设备。他们决定使用一个小的用于

发射研究的实验室用直流等离子体。这套装置可以产生一个容易进入到离子引出系统的尾

焰。尽管轴向尾焰很不均匀，但等离子体的中心的温度约为5000K。这个温度足以对周期

表中的大部分元素电离大于50％，并足以蒸发和解离大部分无机分子。

至少对于最初的工作来说，在解决离子的引出问题时这个等离子体看来足够了。对于直

流等离子体来说，有效气体温度比核心的温度低，约为3500K，仅需对Hayhurst的离子提

取技术做些简单的扩展。尾焰允许射入安装在第一级真空系统壁上的锥端小孔。使用的锥

孔直径达70μm。采用600W的小等离子体功率，对系统结构进行传导冷是足够的。这个孔

径对于防止离子进入真空系统之前通过接口形成较冷的边界层是足够大的。这将使气体在

真空系统快速膨胀而产生的冷却过程延迟，从而给发生反应一个时间。这将产生某些解离的

产物和离子以及重新结合产生其它原来不存在的物质，从而影响组成。对气体直接采样从等

离子体进入真空系统的第一级，真空泵容量大约1700L/s便足够维持真空室压力低于

101Pa。使用一个大小可接受的其平均自由程小于10cm的扩散泵是实际可行的，它可使

离子通过静电离子透镜进行聚焦，并通过约2mm直径的不同小孔接口进入装有四极杆质

量分析器的下一级。这一级将由较小的扩散泵抽至大约3×10－4Pa的真空。

这第一个系统（Gray，1974，1975）一定程度上显示了非常高的灵敏度，给出了质谱峰之

间基本上为0的背景水平，在浓度为1μg/mL的溶液中的单同位素元素诸如C0全部被电

离时的信号计数率为104～105s－1。水溶液样品进样主要由简单的批式超声波雾化器（Gray，

1975）来实现。得到了由简单溶液产生的可接受的质谱图，同位素比值的测量精密度＜

0.5％（Gray，1978）。但是发现得到的响应明显依赖于样品溶液中总的元素浓度，分析实际

样品时基体效应很严重（Gray，1978）。还发现很多电离能约在9eV以上的很重要的元素如

As，Se，Cd和Hg，其电离度都低，这些元素的灵敏度令人失望。

这些问题是由系统的两个基本限制引起的。第一、有效的等离子体温度太低，以致无法

使一些元素充分离子化。第二、引入到等离子体的溶液仅有一小部分到达高温核心的中心，

这是在直流等离子体进样中经常碰到的问题（Keirs和Vickers，1977）。气体温度过低时，对

大部分样品来说产生的结果是可以看到很强的NO＋离子峰，这是由于样品溶液中硝酸的部

分离解和空气进入而形成的产物。这种产物的键极其的强，因而很少离解，且围绕等离子体

以高浓度存在。NO的电离能为9.4eV，因此在高浓度时，对电离能比NO高的分析物离子，

其电离平衡受NO控制，因而在很大程度上阻止了电离。

曾用于ICP－AES中的那种电感耦合等离子体离子化源，被认为是解决这些限制的最诱

人的办法，但对其可能性提出一些问题，这些问题是：

（1）把金属离子引出系统接到ICP上能不影响等离子体的特性吗？

（2）在更高温度的气体中引出离子（报道的是8000K）可能吗？

（3）在ICP火焰中的高射频电场是否会影响离子引出、质量分析和离子检测呢？