電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)(ICP-MS/MS)的原理、組成和應(yīng)用

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）作為一種高靈敏度、高選擇性的元素分析技術(shù)，自問(wèn)世以來(lái)不斷得到改進(jìn)和發(fā)展。

隨著分析要求的不斷提升，研究人員開(kāi)始探索將串聯(lián)質(zhì)譜（MS/MS）技術(shù)融入ICP-MS，以期大程度解決質(zhì)譜干擾并進(jìn)一步提高分析性能。

一、電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜儀(ICP-MS/MS)的基本原理

ICP-MS/MS是在ICP-MS基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的技術(shù)，它擁有ICP-MS的所有組件，包括進(jìn)樣系統(tǒng)、錐口、離子透鏡、碰撞反應(yīng)池、四極桿和檢測(cè)器，并創(chuàng)新性地在離子透鏡和碰撞反應(yīng)池之間增加了另一個(gè)四極桿。因此，樣品在經(jīng)過(guò)ICP-MS/MS時(shí)會(huì)涉及如下過(guò)程：

1、樣品溶液在進(jìn)樣系統(tǒng)中形成氣溶膠狀態(tài)，經(jīng)過(guò)離子源的作用，發(fā)生去溶劑、蒸發(fā)、原子化和離子化過(guò)程。緊接著，錐口對(duì)離子源進(jìn)行采樣，離子進(jìn)入真空系統(tǒng)并在離子透鏡的電場(chǎng)作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，加速，其中負(fù)離子、中性粒子以及光子通常會(huì)被攔截或者偏轉(zhuǎn)，而正離子則可以正常通過(guò)，達(dá)到聚焦的效果。

2、 ICP-MS/MS中增加的第一重四極桿(Q1)在離子到達(dá)碰撞反應(yīng)池之前過(guò)濾離子束，任何時(shí)間內(nèi)都只有單一目標(biāo)質(zhì)量數(shù)的離子進(jìn)入池中。正因?yàn)榇?，ICP-MS/MS可以通過(guò)在碰撞反應(yīng)池中選擇活性氣體（如氧氣、氨氣等）實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)控制，并通過(guò)第二重四極桿(Q2)完成二次篩選。這意味著其存在兩種模式：原位模式和質(zhì)移模式，前者選擇的反應(yīng)氣只改變干擾離子的質(zhì)量數(shù)，使目標(biāo)離子以原狀態(tài)通過(guò)；后者選擇的反應(yīng)氣只改變目標(biāo)離子的質(zhì)量數(shù)，使目標(biāo)離子以新的狀態(tài)通過(guò)。

原位模式：核燃料及環(huán)境樣品中239Pu 檢測(cè)受238U1H+(m/z=239)同量異位素干擾，傳統(tǒng)ICP-MS難以準(zhǔn)確定量；ICP-MS/MS通過(guò)CO2反應(yīng)氣使238U生成質(zhì)量數(shù)偏移的氧化物離子，經(jīng)Q1篩選、Q2檢測(cè)未反應(yīng)的239Pu+，鈾的總干擾被降低到<1×108，比傳統(tǒng)的ICP-MS提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)。該技術(shù)為核材料燃耗評(píng)估、環(huán)境核污染監(jiān)測(cè)等提供了高效精準(zhǔn)的分析工具。

質(zhì)移模式：稀土元素雙電荷離子（如150Nd2+、150Sm2+）因m/z=75 與75As+一致，對(duì)傳統(tǒng)ICP-MS檢測(cè)砷形成嚴(yán)重干擾，導(dǎo)致定量困難。ICP-MS/MS通過(guò)質(zhì)移模式，利用O2作為反應(yīng)氣，使75As+生成質(zhì)量數(shù)91的75AsO+，而干擾離子因化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定保持原質(zhì)荷比。儀器通過(guò)Q1篩選75As+進(jìn)入反應(yīng)池，Q2檢測(cè)生成的75AsO+，消除干擾。該技術(shù)將砷檢測(cè)限降至ng/L級(jí)，滿足地下水、土壤等環(huán)境基質(zhì)中超痕量砷的精準(zhǔn)分析需求。

通過(guò)這種多級(jí)質(zhì)譜掃描的方式，ICP-MS/MS可以提高分析的選擇性和靈敏度，降低干擾物質(zhì)的影響，從而在復(fù)雜樣品分析和痕量元素測(cè)定中發(fā)揮重要作用。

二、電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜儀(ICP-MS/MS)的應(yīng)用領(lǐng)域

?地球化學(xué)：在海洋化學(xué)、地質(zhì)和礦產(chǎn)資源等研究中，相對(duì)穩(wěn)定的稀土元素(REEs)和具有衰變性質(zhì)的放射性元素扮演著重要的角色，其組成不僅可以示蹤海洋中元素的循環(huán)過(guò)程、生物地球化學(xué)反應(yīng)以及海洋環(huán)境變化，還可以揭示地質(zhì)過(guò)程、巖石成因和地質(zhì)年代學(xué)信息，同時(shí)識(shí)別礦床類(lèi)型、劃分礦化帶、評(píng)估礦產(chǎn)資源量和品質(zhì)。ICP-MS/MS有能力精確測(cè)定痕量水平的含量和同位素比值，為地球化學(xué)領(lǐng)域的分析提供更可靠的數(shù)據(jù)支持。

?材料科學(xué)：在半導(dǎo)體、能源等領(lǐng)域，高純材料中含有的痕量雜質(zhì)元素會(huì)大幅影響最終性能，因此痕量雜質(zhì)的檢測(cè)對(duì)于材料純度和性能的保證至關(guān)重要。ICP-MS/MS可以提供高靈敏度、高選擇性、精準(zhǔn)的定量分析以及有效的干擾消除，從而幫助實(shí)現(xiàn)每種分析物的低檢測(cè)限要求，可以用于檢測(cè)材料中的微量污染物，幫助識(shí)別和定量分析可能存在的雜質(zhì)，保障材料的質(zhì)量。

?醫(yī)學(xué)診斷：鐵、銅、鋅等微量元素與人體健康密切相關(guān)，但含量通常很低，同時(shí)受到其他物質(zhì)的干擾，因此需要精密的分析方法來(lái)準(zhǔn)確檢測(cè)含量。ICP-MS/MS對(duì)于復(fù)雜生物樣本（如血液、尿液）中的干擾物質(zhì)具有更好的耐受性，能夠準(zhǔn)確測(cè)定目標(biāo)元素而不受干擾影響，適用于長(zhǎng)期分析。借助ICP-MS/MS的分析技術(shù)，結(jié)合人體生物樣本的檢測(cè)，可以建立微量元素從環(huán)境到人體內(nèi)的完整檢測(cè)鏈條，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體的全面監(jiān)測(cè)和評(píng)估。

?核能：在中國(guó)及全球范圍內(nèi)，發(fā)展清潔能源已被視為重要戰(zhàn)略選擇，核能作為一種成熟的清潔能源技術(shù)，在這一進(jìn)程中扮演著重要角色。然而，核設(shè)施中存在的鈾(236U)、钚(239,240Pu)、镅(241Am)等放射性核素對(duì)人體和環(huán)境都有著不可逆的傷害，因此對(duì)受輻射人員的應(yīng)急監(jiān)測(cè)和核事故后的環(huán)境評(píng)估都至關(guān)重要。ICP-MS/MS可以快速準(zhǔn)確地分析樣品中的放射性含量，有助于指導(dǎo)應(yīng)急處理和決策，保障公眾和環(huán)境安全，在核事件應(yīng)急響應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

總的來(lái)說(shuō)，ICP-MS/MS作為一種高靈敏度、高選擇性的分析技術(shù)，在地球化學(xué)、材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)診斷和核能等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，為各種樣品的微量元素分析和研究提供了重要的手段和支持。