[自然科学]安捷伦7700ICP-MS仪器及原理介绍
ICP-MS基本原理
ICP-MS基本原理ICP-MS（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry）是一种高灵敏度、高选择性和高分辨率的元素分析技术，广泛应用于环境监测、食品安全、地质矿产、生物医药等领域。
其基本原理是利用高温感应耦合等离子体（ICP）产生的离子流，经过质谱仪的分析，实现对样品中元素的快速、准确检测和定量分析。
ICP-MS的基本原理可以分为三个主要步骤，样品进样与离子化、离子分离与检测、数据分析与结果输出。
首先，样品经过适当的预处理后，以气体或液体的形式进入ICP。
在高温的感应耦合等离子体中，样品中的元素被离子化，并形成带电荷的离子。
这些离子随后被引入质谱仪中进行分析。
其次，离子进入质谱仪后，首先经过离子分离装置进行分离。
在质谱仪中，离子根据其质量/电荷比（m/z）被分离并聚焦成一个离子束。
然后，这些离子被分别加速、偏转和聚焦，最终击中检测器。
检测器接收到的离子信号被转换为电信号，并经过放大、数字化处理后，形成质谱图。
最后，通过数据分析软件对质谱图进行处理，得到各个元素的相对丰度和绝对含量。
同时，ICP-MS还可以进行同位素比值的测定，以实现更加精确的元素定量分析。
这些数据可以用于研究样品的成分、污染物含量、地球化学特征等方面。
总的来说，ICP-MS技术基于高温等离子体和质谱仪的联合应用，能够实现对样品中元素的高灵敏度、高选择性和高分辨率的分析。
其在环境监测、食品安全、地质矿产、生物医药等领域具有重要的应用价值。
随着技术的不断进步，ICP-MS在元素分析领域的地位将会更加突出，为人类的健康和环境保护提供更加可靠的技术支持。
ICP-MS原理介绍
ICP-MS原理介绍ICP-MS是一种高分辨率分析技术，它是指采用电感耦合等离子体质谱仪对样品中的离子进行分析。
ICP-MS的原理主要是利用高能量激发等离子体，并通过质谱系统对稳定性的离子进行分析和检测。
下面我们将对ICP-MS的原理进行详细介绍。
1. 概述ICP-MS即电感耦合等离子体质谱技术（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry），其原理基于离子与电磁场相互作用的性质。
在等离子体中，高能量粒子以及高温和高压之下，原子变成了离子，从而对原子组成进行分析和检测。
ICP-MS是一种高灵敏度分析技术，其检测极限可达到亚ppb水平，因此被广泛应用于生物、化学、地球科学以及环境科学等领域。
其应用研究范围主要是分析样品中的金属元素，包括有机物中的微量金属，地球物质中的稀土元素和放射性同位素，生物样品中的重金属等。
2. 基本原理ICP-MS的基本原理是：样品通过离子化和质谱分析系统，得到样品中元素的离子通量，并利用电荷质量比(m/z)进行分离并检测。
其主要由三个部分组成：样品制备、离子化和质谱分析系统。
(1) 样品制备ICP-MS的样品制备是一个重要的环节，样品制备的不良会直接影响到成果的准确性和可靠性。
样品制备过程主要包括样品预处理、样品稀释等准备工作。
(2) 离子化离子化是ICP-MS技术的核心部分，通过高能量等离子体将样品中的原子转化成离子。
等离子体的形成需要气体和电源两个基本因素，气体主要起到等离子体形成和维持的作用，而电源则为生成等离子体提供能量。
(3) 质谱分析系统在ICP-MS 中，质谱分析系统主要由四部分组成：离子透镜、万向节、侧向排出器和质谱分析区。
ICP-MS采用多极质谱分析技术，将离子透镜分为分选装置和转向装置，分选装置对离子进行初步分选，转向装置用来将离子传送到质谱分析区进行分析和检测。
最后，离子经过质谱检测器检测，以得到信号处理结果。
ICP-MS的原理和使用
四极杆滤质器。四极杆的工作是基于在四根电极之间的
空间产生一随时间变化的特殊电场，只有给定M/Z的离 子才能获得稳定的路径而通过极棒，从其另一端出射。 其它离子将被过分偏转，与极棒碰撞，并在极棒上被中 和而丢失。四极杆扫描速度很快，大约每100毫秒可扫描
整个元素覆盖的质量范围。
质谱分析器
ICP-MS采用的是三级动态真空系统，使真空逐级达到要
ICP-MS的原理和使用
2017-2-9
主要内容
一、原理
二、结构
三、使用和注意事项
四、日常维护
ICP-MS仪器的原理
ICP-MS：
全称是电感耦合等离子体-质谱法 (Inductively coupled plasma-Mass Spectrometry) 它是一种将ICP技术和质谱结合在一起的分析仪器，它 能同时测定几十种痕量无机元素，可进行同位素分析、 单元素和多元素分析，以及有机物中金属元素的形态分 析。 比如食品药品中常测的：铅、砷、铬、汞、镉、铝、钙、 镁、锌、铁、铜、钾、锰、钠、钴、钡等。（可以直接 购买混合标液）
线圈处外管的内壁得到冷却。气流量一般为10-15 L/min。
为什么要用氩气?
Ar是惰性气体 Ar 相对便宜 易于获得高纯度的氩气 更重要的是 Ar 的第一电离电位是 15.75 电子伏特 (eV) • 高于大多数元素的第一电离电位 (除了 He, F, Ne) • 低于大多数元素的第二电离电位 (除了 Ca, Sr, Ba,etc) 由于等离子体的电离环境由 Ar限定, 所以大多数分析 元素被有效地电离为单电荷离子
候放在纯水中超声30分钟）
维护保养
3、定期清洗矩管和中心管（清洗的时候拆下来用5%的 HNO3浸泡过夜）
ICP-MS的原理和使用
仪器的准备
（3）检查并确认进样系统（炬管、雾化室、雾化器、泵 管等）是否正确安装。 （4）上好样品管和废液管，检漏； （5）点击Instrument Control 左上角的“ON”点火； （6）点火后，先用娃哈哈的水冲洗5min，再用 2%HNO3冲洗5min，稳定仪器，同时注意观察进液和出 液是否顺畅。
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ICP-MS的原理和使用
2017-2-9
主要内容
一、原理 二、结构 三、使用和注意事项
四、日常维护
ICP-MS仪器的原理
ICP-MS：
全称是电感耦合等离子体-质谱法 (Inductively coupled plasma-Mass Spectrometry) 它是一种将ICP技术和质谱结合在一起的分析仪器，它 能同时测定几十种痕量无机元素，可进行同位素分析、 单元素和多元素分析，以及有机物中金属元素的形态分 析。
素被有效地电离为单电荷离子
接口
接口是ICP-MS仪器的心脏，采样锥和截取锥是 其关键部件 (一个冷却的采样锥（大约１mm孔径） 和截取锥（大约0.4－0.8mm孔径）组成, 两孔相 距6-7mm。
接口的功能是将等离子体中的离子有效传输到质谱仪
质谱分析器（四级杆）
利用静电透镜系统将穿过截取锥的离子拉出来，输送到 四极杆滤质器。四极杆的工作是基于在四根电极之间的 空间产生一随时间变化的特殊电场，只有给定M/Z的离 子才能获得稳定的路径而通过极棒，从其另一端出射。 其它离子将被过分偏转，与极棒碰撞，并在极棒上被中 和而丢失。四极杆扫描速度很快，大约每100毫秒可扫描 整个元素覆盖的质量范围。
止机械泵过热自动保护熄火了。
ICP仪器及原理介绍
低流速进样 高频率 (3MHz) 双 曲面四极杆 半导体冷却控温雾室
高性能真空系统 高速频率匹配的 27MHz 射 频发生器
高离子传输效率、 高离子传输效率、耐高盐接口
ICP-MS的组成：进样系统、离子源、接口、离子透镜、八极杆碰撞反应池、四极杆滤质器、检测器、真空系统
进样系统– 进样系统– HMI 高基体系统
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等离子体色谱软件
1999年：HP4500按专业应用分为100型，200型，300型。 1999年 HP4500按专业应用分为100型 200型 300型 按专业应用分为100 2000年 第六代产品，Agilent7500系列, 按专业应用区分： 2000年：第六代产品，Agilent7500系列, 按专业应用区分： 系列
2001年 第七代产品， 7500c第一代八极杆反应池系统 2001年：第七代产品，Agilent 7500c第一代八极杆反应池系统
应用于环保、海水、临床、 应用于环保、海水、临床、医药等高基体样品的分析及联用技术和形态分析 2002年 第八代产品， 7500cs， 2002年：第八代产品，Agilent 7500cs，第二代八极杆反应池系统 应用于半导体高纯样品及其他高基体样品的分析
7700介绍 7700介绍
什么是ICP什么是ICP-MS? ICP
一种强有力的无机元素分析技术
MS - Mass Spectrometer 质谱 四极杆快速扫描质谱仪 通过高速顺序扫描分离测定所有 元素
ICP-MS原理介绍
ICP-MS中文培训资料1理论原理2硬件组成及功能讲解离子源接口离子镜分析器检测器图1 ICP－MS主要组成模块ICP-MS原理部分概述ICP－MS是一种灵敏度非常高的元素分析仪器，可以测量溶液中含量在ppb或ppb以下的微量元素。
广泛应用于半导体、地质、环境以及生物制药等行业中。
ICP－MS全称是电感藕合等离子体质谱，它是一种将ICP技术和质谱结合在一起的分析仪器。
ICP利用在电感线圈上施加的强大功率的高频射频信号在线圈内部形成高温等离子体，并通过气体的推动，保证了等离子体的平衡和持续电离，在ICP－MS中，ICP起到离子源的作用，高温的等离子体使大多数样品中的元素都电离出一个电子而形成了一价正离子。
质谱是一个质量筛选和分析器，通过选择不同质核比（m/z）的离子通过来检测到某个离子的强度，进而分析计算出某种元素的强度。
ICP－MS的发展已经有20年的历史了，在长期的发展中，人们不断的将新的技术应用于ICP－MS的设计中，形成了各类ICP－MS。
ICP－MS主要分为以下几类：四极杆ICP－MS，高分辨ICP－MS（磁质谱），ICP－tof－MS。
本文主要介绍四极杆ICP－MS。
主要组成部分图1是ICP－MS的主要组成模块。
样品通过离子源离子化，形成离子流，通过接口进入真空系统，在离子镜中，负离子、中性粒子以及光子被拦截，而正离子正常通过，并且达到聚焦的效果。
在分析器中，仪器通过改变分析器参数的设置，仅使我们感兴趣的核质比的元素离子顺利通过并且进入检测器，在检测器中对进入的离子个数进行计数，得到了最终的元素的含量。
各部分功能和原理1.离子源离子源是产生等离子体并使样品离子化的部分，离子源结构如图2所示，主要包括RF图 2 离子源的组成工作线圈、等离子体、进样系统和气路控制四个组成部分。
样品通过进样系统导入，溶液样品通过雾化器等设备进入等离子体，气体样品直接导入等离子体，RF工作线圈为等离子体提供所需的能量，气路控制不断的产生新的等离子体，达到平衡状态，不断的电离新的离子。
电感耦合等离子体质谱ICP-MS的原理与操作
电感耦合等离子体质谱ICP-MS1.ICP-MS仪器介绍测定超痕量元素和同位素比值的仪器。
由样品引入系统、等离子体离子源系统、离子聚焦和传输系统、质量分析器系统和离子检测系统组成。
工作原理：样品经预处理后，采用电感耦合等离子体质谱进行检测，根据元素的质谱图或特征离子进行定性，内标法定量。
样品由载气带入雾化系统进行雾化后，以气溶胶形式进入等离子体的轴向通道，在高温和惰性气体中被充分蒸发、解离、原子化和电离，转化成带电荷的正离子，通过铜或镍取样锥收集的离子，在低真空约133.322帕压力下形成分子束，再通过1~2毫米直径的截取板进入质谱分析器，经滤质器质量分离后，到达离子探测器，根据探测器的计数与浓度的比例关系，可测出元素的含量或同位素比值。
仪器优点：具有很低的检出限（达ng/ml或更低），基体效应小、谱线简单，能同时测定许多元素，动态线性范围宽及能快速测定同位素比值。
地质学中用于测定岩石、矿石、矿物、包裹体，地下水中微量、痕量和超痕量的金属元素，某些卤素元素、非金属元素及元素的同位素比值。
2.ICP产生原理ICP-MS所用电离源是感应耦合等离子体（ICP），它与原子发射光谱仪所用的ICP是一样的，其主体是一个由三层石英套管组成的炬管，炬管上端绕有负载线圈，三层管从里到外分别通载气，辅助气和冷却气，负载线圈由高频电源耦合供电，产生垂直于线圈平面的磁场。
如果通过高频装置使氩气电离，则氩离子和电子在电磁场作用下又会与其它氩原子碰撞产生更多的离子和电子，形成涡流。
强大的电流产生高温，瞬间使氩气形成温度可达10000k 的等离子焰炬。
样品由载气带入等离子体焰炬会发生蒸发、分解、激发和电离，辅助气用来维持等离子体，需要量大约为1 L/min。
冷却气以切线方向引入外管，产生螺旋形气流，使负载线圈处外管的内壁得到冷却，冷却气流量为10-15 L/min。
使用氩气作为等离子气的原因：氩的第一电离能高于绝大多数元素的第一电离能(除He、F、Ne外)，且低于大多数元素的第二电离能(除Ca、Sr、Ba等)。
icp-ms电感耦合等离子质谱仪结构 -回复
icp-ms电感耦合等离子质谱仪结构-回复ICP-MS（inductively coupled plasma mass spectrometry）电感耦合等离子质谱仪是一种重要的仪器设备，它在分析化学领域中广泛应用。
今天我们将一步一步介绍ICP-MS的结构和工作原理。
第一部分：ICP-MS的基本原理ICP-MS是一种将电感耦合等离子体（ICP）技术与质谱分析相结合的仪器。
它的工作原理基于下面几个关键步骤：1. 产生等离子体：ICP-MS使用辉光放电产生高温、高能量的等离子体。
其中，辉光放电是通过在两个电极间施加高电压，使气体中的电子加速并与气体分子碰撞，从而激发气体分子中的电子，形成等离子体。
这个过程需要一个气体供应系统来提供等离子体所需的气体。
2. 离子的离散和分离：产生的等离子体会被导入质谱分析器中。
在分析器中，等离子体中的离子由于其质量/电荷比的不同，会受到磁场的作用而发生偏转。
这样，不同质量/电荷比的离子就可以被分离出来。
3. 离子的检测：分离的离子会依次进入离子检测器中。
离子检测器往往是一个电子倍增器，它可以将离子的信号放大，并转换为电信号。
这样，我们就可以通过测量电信号的强度和时间，来确定离子的质量/电荷比。
以上就是ICP-MS的基本工作原理，下面我们将介绍ICP-MS的具体结构。
第二部分：ICP-MS的结构ICP-MS的主要组成部分包括：气体装置、进样系统、辉光放电器、接口区、质谱分析器和离子检测器。
下面我们将逐一介绍这些部分。
1. 气体装置：气体装置是ICP-MS中十分重要的部分，它用于提供产生等离子体所需的气体。
一般来说，氩气是最常用的气体。
气体装置还包括气体流量控制和气体净化系统，以确保气体的纯度和稳定性。
2. 进样系统：进样系统用于将待测样品引入等离子体中进行分析。
常用的进样方式包括喷雾进样和气雾进样等。
3. 辉光放电器：辉光放电器是产生等离子体的关键设备。
它通常是一个导电的圆柱体，承受高频电场的激励，从而促使等离子体产生。
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Agilent 4500 - #1 selling ICP-MS worldwide 1995 -1998 inclusive!!
Source - Myers & Assoc Market Study 2/99
Agilent 7500 Series
2000年：第六代产品，Agilent7500系列, 按专业应用区分：
ICP-MS的基本原理与Agilent 7700介绍
什么是ICP-MS? 一种强有力的无机元素分析技术
ICP - Inductively Coupled Plasma 电感耦合等离子体 质谱的高温离子源 样品蒸发、解离、原子化、电离等过程
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MS - Mass Spectrometer 质谱
四极杆快速扫描质谱仪 通过高速顺序扫描分离测定所有
安捷伦电感耦合等离子体质谱仪 （7700 ICPMS）原理介绍
安捷伦科技 生命科学与化学分析仪器部
ICP-MS 简介
ICP-MS 全 称 电 感 耦 合 等 离 子 体 质 谱 （Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry），可分析几乎地球上所有元素（Li-U）
元素 高速双通道模式检测器对四极杆
分离后的离子进行检测
Ar 等离子体中各元素的电离特性
氩的第一电离能高于绝大多数元素的第一电离能(除He、F、Ne外)，且低于大多数元素的第二电离能(除Ca、Sr、Ba等)。
。 因此，大多数元素在氩气等离子体环境中，只能电离成单电荷离子，进而可以很容易地由质谱仪器分离并加以检测
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等离子体色谱软件
1999年：HP4500按专业应用分为100型，200型，300型。
2003年：第九代产品Agilent 7500ce
应用于海水、临床、医药、环保及联用技术和形态分析，高性能
2007年：第十代产品Agilent 7500cx
HMI系统使仪器在高基体样品分析中更加稳定，高效
2009 Agilent 7700 series ICP-MS 上市
ICP-MS的应用领域分布
ICP-MS技术是80年代发展起来的新的分析测试技术。它以将ICP的高温（8000K ）电离特性与四极杆质谱计的灵敏快速扫描的优点相结合而形成一种新型的最强 有力的元素分析、同位素分析和形态分析技术。
该技术提供了极低的检出限、极宽的动态线性范围、谱线简单、干扰少、分析精 密度高、分析速度快以及可提供同位素信息等分析特性。
高离子传输效率、耐高盐接口
ICP-MS的组成：进样系统、离子源、接口、离子透镜、八极杆碰撞反应池、四极杆滤质器、检测器、真空系统
进样系统– HMI 高基体系统
进样系统采用: • 低样品提升量 (约0.15mL/min) • 雾室温度采用Peltier 制冷装置控
温
HMI 高基体系统 (High Matrix Introduction), 可根据样品基体中 的含盐量在软件中自动选择等离 子体条件，大大提高ICP-MS的耐 盐性。
Agilent 4500 Series
第一台台式ICP-MS
1998年：第五代产品，HP4500+；发明Plasma-Chrom软件，
使ICPMS与色谱技术联用实现一体化，使形态分析成为标准技术
1 .0 E
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[1 ]
S
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P
D
核工业: 5% •核燃料的分析 •放射性同位素的分析 •初级冷却水的污染分析
化工，石化等: 4% •R&D •QA/QC
地质学: 2% •金属材料，合金等 •土壤、矿石、沉积物 •同位素比的研究 •激光熔蚀直接分析固 体样品
医药及生理分析6% •头发、全血、血清、尿样、 生物组织等 •医药研究，药品质量控制 •药理药效等的生物过程研究
自1984年第一台商品仪器问世以来，这项技术已从最初在地质科学研究的应用迅 速发展到广泛应用于环境保护、半导体、生物、医学、冶金、石油、核材料分析 等领域。
被称为当代分析技术最激动人心的发展。
安捷伦ICPMS的发展历史
1987年: 第一代产品，第一台计算机控制ICPMS仪器，型号PMS-100。
1988年：第二代产品，型号PMS-200,高基体分析接口。
法医，公安等: 1% •射击残留物分析 •特征材料的定性 •来源分析 •毒性分析
环境: 49% •饮用水、海水、环境水资源 •食品、卫生防疫、商检等 •土壤、污泥、固体废物 •生产过程QA/QC，质量控制 •烟草／酒类质量控制, 鉴别真伪等 •Hg, As, Pb, Sn等的价态形态分析
半导体: 33% •高纯金属(电极) •高纯试剂(酸,碱,有机) •Si 晶片的超痕量杂质 •光刻胶和清洗剂
Agilent 7700 ICP-MS 系统详图
离轴偏转透镜
池气体入口
第3代八极杆反应池 系统 (ORS3)
高基体进样系统 (HMI) 稀释气入口
快速同时双模式检 测器 (9 个数量级线 性动态范围)
低流速进样 半导体冷却控温雾室
高频率 (3MHz) 双 曲面四极杆
高性能真空系统
高速频率匹配的 27MHz 射 频发生器
7500a：基本配置；7500i：快速、大量样品分析；7500s：半导体行业专用；
2001年：第七代产品，Agilent 7500c第一代八极杆反应池系统
应用于环保、海水、临床、医药等高基体样品的分析及联用技术和形态分析 2002年：第八代产品，Agilent 7500cs，第二代八极杆反应池系统 应用于半导体高纯样品及其他高基体样品的分析
1990年：第三代产品，型号PMS-2000。技术发明：Omega离轴偏转透镜
“被证明优于采用中心光子阻挡片的透镜"－《电感耦合等离子体质谱手册》
1992年：发明专利屏敝炬系统（ShieldTorch）
应用于半导体行业ppt级K, Ca, Fe等元素的测定
1994年：第四代产品，型号HP4500。
ShieldTorch Interface