地球化学LA-ICP-MS元素分析技术
等离子体质谱(ICP-MS)分析技术及应用
汇报人：文小库
2024-01-11
CONTENTS
• ICP-MS技术概述 • ICP-MS分析方法 • ICP-MS应用领域 • ICP-MS技术前沿与展望 • 实际应用案例分析
01
ICP-MS技术概述
定义和原理
定义
等离子体质谱（ICP-MS）是一种 将等离子体引入质谱仪进行元素 和同位素分析的方法如 熔融、酸化等，以适应ICP-MS
的检测需求。
应用价值
通过分析地质样品中的稀有元素 ，可以了解地球的演化历史和矿 产资源的分布情况，为地质学研 究和矿产资源开发提供科学依据
。
谢谢您的聆听
THANKS
参数设置
根据分析需求，合理设置仪器参数，如功 率、载气流量、扫描方式等。
数据采集
按照实验设计，采集数据，并记录相关信 息。
仪器维护
定期对仪器进行维护和保养，确保仪器性 能稳定和延长使用寿命。
干扰因素与消除方法
物理干扰
如固体颗粒物、气泡等，可以通过优化样 品处理和进样系统来消除。
化学干扰
如氧化物、双电荷等，可以通过稀释样品 或使用基体匹配法来消除。
详细描述
通过优化等离子体条件、采用先进的雾化器和接口技术，提高元素在等离子体中的原子化效率，降低 检测限。同时，采用高分辨率检测器，能够区分元素的不同同位素，避免干扰，提高分析精度。
多元素同时分析技术
总结词
多元素同时分析技术是ICP-MS技术的另一重要发展方向，能够同时测定多种元素，提 高分析效率。
。
食品与农产品安全
食品中重金属检测
ICP-MS可用于检测食品中的重金属元素，如铅、汞、镉等，以确保食品安全 。
电感耦合等离子体质谱(icp-ms)
电感耦合等离子体质谱(icp-ms)电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）简介电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）是一种分析化学技术，采用高温等离子体将样品离解，从而分析样品中的元素。
采用ICP-MS技术可以在单个分析中检测多种元素、低浓度下的元素、分子异构体等。
ICP-MS常被用于研究化学以及生物医学领域的元素分析。
ICP-MS步骤ICP-MS主要包括四个步骤：样品制备、样品进样、等离子体产生和测量。
样品制备：样品制备步骤通常需要根据不同实验目的采取不同的方法。
例如，对于土壤或岩石样品，需要先进行湿燥并研磨成粉末；对于生物样品，需要使用有机溶剂提取目标元素。
因此，样品制备是ICP-MS分析的关键步骤之一。
样品进样：样品进样有两种方式：液体进样和固体进样。
液体进样主要是通过取样器将待测液体进入ICP。
固体进样需要将样品先通过转化成气态或液态的方式，并通过雾化器达到液体态，进入高温等离子体中。
等离子体产生：产生等离子体可采用两种方式：射频感应和直流放电。
射频感应通过在射频电场中通过高频驱动电势，生成高温等离子体。
而直流放电则是通过加热、高电压电弧作用、激光加热等方式，将样品蒸发、溅射成气态，并与气态惰性气体混合后，通过喷雾头进入高温等离子体中。
测量：测量步骤通常与其他仪器相结合，例如，ICP-MS可以与气质谱计（GC-ICP-MS）或液相色谱计（LC-ICP-MS）结合进行气/液样品的分析。
ICP-MS的测量步骤产生的是离子信号，通过质谱扫描方式进行质谱谱图测量。
在测量信号强度与目标元素数量之间会有一定的关联性，因此需要通过标准样本的建立，建立信号强度与元素数量之间的关联性。
1. 应用于环境科学领域：ICP-MS可以用于水、土壤和空气等环境样品中的痕量元素测定，且可以同时测定多种元素。
2. 应用于材料科学领域：ICP-MS技术可以分析材料中的有毒元素、金属元素及其化合物含量，以及其他重要元素和分子的含量。
ICP-MS分析地球化学样品的过程控制
样品中待测元素有足够的分析灵敏度。
皿 温度 更加 均匀 ，赶 酸效 果好 。也 可采 用 凹槽铸 铝
密闭酸溶 ： 酸溶分为消解罐封 闭溶矿、微波消 块与加热体分体方式 ，便于操作。本人 曾组装两块 解及敞开溶矿。其中消解罐封闭溶矿及微波消解均 表 面氟碳处理过 的铸铝平板 电热板 ，采用 Ｋ分度 Ｉ 属于封 闭体系溶矿 ，微波消解具有使用试剂少 、分 号 热 电 偶 为 温 度传 感 器 可 控 硅 异 相 输 出 ＰＤ 智 能
解容器受热及压力影响变形 ，导致渗漏情况发生 ， 免 ，为减少其污染 ，通风橱宜采用侧排方式 ，实践 造成分析溶液污染 ，不锈钢外筒锈迹也可能污染分 证 明侧排方式可明显减少通风管道粉尘对分析样品 的污 染 。称好 样 品的存 放 ，可用 有机 玻璃 罩 罩上 。 析溶液 。
敞开酸溶 ： 一般采用硝酸 ． 氢氟酸 ． 高氯酸三 酸或盐酸 ． 硝酸 ． 氢氟酸 高氯酸 四酸溶矿 ，由于 房间为降低粉尘的影响，空气经滤网过滤粉尘后补 入房 间 。 器皿影响 ： 为减少器皿 的污染 ，尤其是锌铅铜
制 ，从样品试液制备 、过程质量控制两方面 ，对影
复溶。碱熔通常采用过氧化钠做熔剂 ，在刚玉坩埚
响分析结果质量的环境等因素进行评价 ，通过以上 或石墨坩埚中熔融 ，为降低操作中过氧化钠 吸潮 ， 受熔剂纯度影响 ， 品尽量 样 措施 的 实施 ，从 细微 处人 手 ，保 证 了分 析结果 的准 最好在红外灯下作业 ；
Ｑｕ ｌｙｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｃ ｄ ｒｓｏ ｅ ｃ ｅ ｃ ｌ ａ ｌｓ ｎ ｌｓ ｙＩ － Ｓ ａｉ ｏ ｔｏ ｏ ｅ ｕ ｅ ｆ ｏ ｈ ｍｉａ ｍｐｅ ａｙ ｉ ｂ ｔ ｐ ｇ ｓ ａ ｓ ＣＰ Ｍ
ＬＩ Ｚｈｏ ｇ．ｈ ｎ ＤＵＡＮ ｎ ｎ ｎ Ｓ Ｕ ｎ ｓｅ ｇ， Ｙｉ ｇ— ａ ， ＨＡ Ｏ ｉ ｇ—ｈｅ Ｍ ｎ ｔ ｎ １ ｉｎ ｎｔｕｅｏ ｅ ｌｇｃ ｌ ｃ ｎ ｅ， ｈ ｎ ｃｕ ３０ ２ ｉｎ Ｃ ｉ ；．ｈ ｅｏ ｄＧｅｌｇｃ ｕｖｙｏ Ｊｌ ｒｖｎｅＪｌ ． ｌ ｓ ｔｔ ｆＧ ｏｏ ｉ ｉ ｃｓ ａ ｇ ｈ ｎ１ ０ １ ， ｌ ， ｈｎ ２Ｔ ｅＳｃ ｎ ｏｏ ｉＳ ｒｅ ｉｎ ｏｉｃ， ｉｎ Ｊ ｉＩ ｉ ａＳ ｅ Ｃ Ｊｉ ａ ｆ ｉＰ ｉ
激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法测定高纯金中杂质元素
激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法测定高纯金中杂质元素摘要：本文探究了激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法（LA-ICP-MS）测定高纯金中的杂质元素。
起首，通过样品前处理、ICP-OES 和XRF等技术，确定了高纯金样品中的杂质元素含量。
然后，使用LA-ICP-MS法对样品进行测量，并使用外标校正法进行结果修正。
结果表明，该方法具有高准确性、高灵敏度和较低的检出限，可用于高纯金中微量元素的精确测定。
关键词：激光剥蚀；电感耦合等离子体质谱法；高纯金；杂质元素；外标校正法引言：高纯金是一种重要的材料，广泛应用于电子、半导体和高温超导等领域。
由于其高纯度，通常状况下仅允许少许杂质元素存在。
因此，准确测定高纯金中杂质元素的含量是分外重要的。
传统的测量方法通常使用ICP-OES、ICP-MS和XRF等技术，但这些方法通常需要破坏样品结构或需要复杂的前处理过程。
近年来，激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法（LA-ICP-MS）已经成为测定高纯金中杂质元素含量的一种新方法。
与传统方法相比，LA-ICP-MS具有分外好的灵敏度和准确性，而且不需要破坏样品结构。
本文旨在探究LA-ICP-MS测定高纯金中杂质元素的适用性和精度。
试验与方法：试验接受电感耦合等离子体质谱仪（Agilent 8800），激光系统为NewWave Research UP193FX，激光参数如下：重复频率1 Hz，能量密度100 mJ/cm2，脉冲宽度20 ns。
为了减小激光剥蚀造成的影响，使用了2 mm的方形钨丝放置在样品底部，使样品与钨丝成短距离的垂直距离。
样品前处理接受洛氏硫酸提取法和预处理程序（Agilent Technologies）。
ICP-OES和XRF测量接受扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）协作实现。
结果与谈论：通过样品前处理、ICP-OES和XRF等技术，确定了高纯金样品中的杂质元素含量。
结果表明，高纯金样品中主要杂质元素为铁、镍、银、钴和铬等，其含量均低于10 ppm。
基于LA-ICP-MS_表面原位分析技术测定热电离质谱仪灯丝支架上铀的沉积分布
第41卷 第2期2024年4月WORLD NUCLEAR GEOSCIENCE世界核地质科学Vol.41 No.2April 2024熊超，郭冬发，李伯平，等. 基于LA-ICP-MS 表面原位分析技术测定热电离质谱仪灯丝支架上铀的沉积分布[J].世界核地质科学，2024，41（2）：376-385.doi ：10.3969/j.issn.1672-0636.2024.02.014XIONG Chao ，GUO Dongfa ，LI Boping ，et al. Determination of uranium deposition distribution on filament support of TIMS based on LA-ICP-MS surface in-situ analysis technology[J].World Nuclear Geoscience ，2024，41（2）：376-385 (in Chinese).基于LA-ICP-MS 表面原位分析技术测定热电离质谱仪灯丝支架上铀的沉积分布熊超，郭冬发，李伯平，汤书婷，刘桂方，刘瑞萍，王娅楠，乔麓伊核工业北京地质研究院，北京 100029摘要 热电离质谱法（Thermal ionization mass spectrometry ，简称TIMS ）是一种测量同位素丰度比的经典分析方法，在地质学和核工业领域得到广泛应用。
热电离质谱法测铀同位素丰度比时一般采用三带结构，由于铀的第一电离能较高，需要较高的电离温度，长时间测试蒸发出铀化合物或电离出的铀离子在灯丝支架上沉积，影响灯丝支架上悬浮高压与源电压间的绝缘电阻，降低两者之间的电压差，导致绝大部分离子因动能不足无法进入离子透镜，最终影响离子流的稳定性，引起测试时信号产生波动。
针对热电离质谱仪灯丝支架铀沉积导致的灯丝支架绝缘失效问题，采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法（Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry ，简称LA-ICP-MS ）对灯丝支架铀沉积分布进行了分析，取得以下结果：建立了LA-ICP-MS 原位表面分析技术，其最佳激光频率为10 Hz ，能量密度为6 J·cm -2，束斑直径为60 μm 。
LAICPMS在地质样品元素分析中的应用
LAICPMS在地质样品元素分析中 的应用
LAICPMS在地质样品元素分析中的应用
LAICPMS在地质样品元素分析中的应用范围广泛，以下是几个具体案例： 1、岩石矿物分析：LAICPMS可以准确地测定岩石矿物中的多种元素含量，如 硅、铝、钙、镁等，从而有助于研究地质学中的成岩成矿作用和地球化学过程。
介绍LAICPMS
LAICPMS主要由激光剥蚀系统、电感耦合等离子体和质谱仪三个部分组成。在 操作流程上，首先需要对地质样品进行前处理，如研磨、筛分等，以便激光束能 够均匀地照射在样品上。然后，通过控制激光的能量和扫描速度，实现对样品的 定量剥蚀。剥蚀出的气态离子被引入电感耦合等离子体中，在此过程中，离子被 进一步转化为原子。最后，通过质谱仪测定原子的质量丰度，根据测定结果，可 以得出样品的元素含量。
LAICPMS在地质样品元素分析中的应用
2、古地磁学研究：古地磁学研究中常用的磁性地层学方法需要精确测量岩石 中的铁、镍、钴等元素含量。LAICPMS具有较高的精度和灵敏度，能够满足古地 磁学研究的需要。
LAICPMS在地质样品元素分析中的应用
3、环境地质学：在环境地质学领域，LAICPMS可以用于研究土壤、沉积物和 水体中的重金属元素污染情况，为环境污染治理和生态修复提供科学依据。
介绍LAICPMS
介绍LAICPMS
LAICPMS是一种结合了激光剥蚀技术和电感耦合等离子体质谱法的元素分析技 术。其基本原理是利用激光束对地质样品进行微米级别的剥蚀，将剥蚀出的气态 离子引入电感耦合等离子体中，进一步将离子转化为原子，然后通过质谱仪测定 原子质量及其丰度，从而实现对元素的定性和定量分析。
实验方法
2、ICPMS测定：将样品溶液进行ICPMS测定，测定过程中采用标准曲线法进 行定量分析。
第五章 LA-ICP-MS-东华理工大学TJH(1)
第五章微量元素分析-单矿物微量元素分析（LA-ICP-MS）内容一LA-ICP-MS概况二激光剥蚀器系统结构三激光器类型四元素分馏效应五LA-ICP-MS的应用广州地球化学研究所LA-ICP-MS一LA-ICP-MS 概况中国地质大学（武汉）国家重点实验室LA-ICP-MS 分室Agilent 7500a ICP-MSExcimer LaserL aser A blation (C oupled P lasma简称：LA-ICP-MS, LAM-ICP-MSLA-ICPMS, LAM-ICPMSz制样简单z高灵敏度z低背景z谱图简单z低检出限L i B e B N aM g A l P kC aS c T i V C rM n F eC o N iC u Z n 0.0010.010.1L i m i t o f dMajor methods of microanalysisElectron microprobe（EMP）：>0.1% Ion probe including SHRIMP、Cameca：Expensive and slowLA-ICP-MS: Less expensive, fast其基本原理是将激光微束聚焦于样品表面使之熔蚀气化，由载气将剥蚀下来的微粒载入到等离子体中电离，再经质谱系统分析检测。
激光剥蚀是把固体裂解为蒸气和微小颗粒物的物理过程。
Mo LaCe PrNd Sm Th UK Ca Sc Ti VCr Mn Fe Ge As Se CsBa Hf Ta WReRb Sr YZr Nb Mo Ru Sb Te二激光剥蚀器系统结构该系统主要由光束传输光学系统、样品池（剥蚀室）和观察系统组成。
光束传输光学系统是由一个或更多的介电反射镜组成，其作用是把光束反射至聚焦物镜上。
光束传输系统可以通过聚焦或散焦作用，改变和控制剥蚀孔径的大小。
样品池是一个带有光学窗口的石英或光学的玻璃室，玻璃室中有一个样品固定台，不用在空气中打开样品室就可以旋转或在X-Y方向移动。
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。