設(shè)為首頁(yè)
加入收藏
聯(lián)系我們
誘人的ICP-AES的流行使很多的分析家在問(wèn)購(gòu)買一臺(tái)ICP-AES是否是明智之舉，還是留在原來(lái)可信賴的AAS上。現(xiàn)在一個(gè)新技術(shù)ICP-MS已呈現(xiàn)在世上，雖然價(jià)格較高，但ICP-MS具有ICP-AES的優(yōu)點(diǎn)及比石墨爐原子吸收（GFAAS）更低的檢出限。
這篇文章簡(jiǎn)要地論述這三種技術(shù)，并指出如何根據(jù)你的分析任務(wù)來(lái)判斷其適用性的主要標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)于擁有ICP-AES技術(shù)背景的人來(lái)講，ICP-MS是一個(gè)以質(zhì)譜儀作為檢測(cè)器的等離子體（ICP），而質(zhì)譜學(xué)家則認(rèn)為ICP-MS是一個(gè)以ICP為源的質(zhì)譜儀。事實(shí)上，ICP-AES和ICP-MS的進(jìn)樣部分及等離子體是及其相似的。ICP-AES測(cè)量的是光學(xué)光譜（165～800nm），ICP-MS測(cè)量的是離子質(zhì)譜，提供在3～250 amu范圍內(nèi)每一個(gè)原子質(zhì)量單位（amu）的信息，因此，ICP-MS除了元素含量測(cè)定外，還可測(cè)量同位素。
檢出限
ICP-MS的檢出限給人極深刻的印象，其溶液的檢出限大部份為ppt級(jí)（必需記牢，實(shí)際的檢出限不可能優(yōu)于你實(shí)驗(yàn)室的清潔條件），石墨爐AAS的檢出限為亞ppb級(jí)， ICP-AES大部份元素的檢出限為1～10ppb，一些元素在潔凈的試樣中也可得到令人注目的亞ppb級(jí)的檢出限。必須指出，ICP-MS的ppt級(jí)檢出限是針對(duì)溶液中溶解物質(zhì)很少的單純?nèi)芤憾缘模羯婕肮腆w中濃度的檢出限，由于ICP-MS的耐鹽量較差，ICP-MS檢出限的優(yōu)點(diǎn)會(huì)變差多達(dá)50倍，一些普通的輕元素（如S、 Ca、 Fe 、K、 Se）在ICP-MS中有嚴(yán)重的干擾，也將惡化其檢出限。
干擾
以上三種技術(shù)呈現(xiàn)了不同類型及復(fù)雜的干擾問(wèn)題，為此，我們對(duì)每個(gè)技術(shù)分別予以討論。
ICP-MS的干擾
1．質(zhì)譜干擾
ICP-MS中質(zhì)譜的干擾（同量異位素干擾）是預(yù)知的，而且其數(shù)量少于300個(gè)，分辯率為0.8amu的質(zhì)譜儀不能將它們分辯開(kāi)，例如58Ni 對(duì)58Fe、40Ar對(duì)40Ca、40Ar16O對(duì)56Fe或40Ar-Ar對(duì)80Se的干擾（質(zhì)譜疊加）。元素校正方程式（與ICP-AES中干擾譜線校正相同的原理）可用來(lái)進(jìn)行校正，選擇性地選用一些低自然豐度的同位素、采用“冷等離子體炬焰屏蔽技術(shù)”或“碰撞池技術(shù)”可有效地降低干擾影響。
2．基體酸干擾
必須指出，HCl 、HClO4、H3PO4和H2SO4將引起相當(dāng)大的質(zhì)譜干擾。Cl+、P+、S+離子將與其他基體元素Ar+、O+、H+結(jié)合生成多原子，例如35Cl40Ar對(duì)75As 、35Cl16O對(duì)51V的疊加干擾。因此在ICP-MS的許多分析中避免使用HCl 、HClO4、H3PO4和H2SO4是至關(guān)重要的，但這是不可能的。克服這個(gè)問(wèn)題的方法有：“碰撞池技術(shù)”、在試樣導(dǎo)入ICP之前使用色譜（微栓）分離、電熱蒸發(fā)（ETV）技術(shù)等，另外一個(gè)比較昂貴的選擇是使用高分辨率的扇形磁場(chǎng)的ICP-MS，它具有分辨小于0.01amu的能力，可以清除許多質(zhì)譜的干擾。
ICP-MS分析用的試液通常用硝酸來(lái)配制。
3．雙電荷離子干擾
雙電荷離子產(chǎn)生的質(zhì)譜干擾是單電荷離子M/Z的一半，例如138Ba2+對(duì)69Ga+，或208Pb2+對(duì)104Ru+。這類干擾是比較少的，而且可以在進(jìn)行分析前將系統(tǒng)最佳化而有效地消除。
4．基體效應(yīng)
試液與標(biāo)準(zhǔn)溶液粘度的差別將改變各個(gè)溶液產(chǎn)生氣溶膠的效率，采用基體匹配法或內(nèi)標(biāo)法可有效地消除。
5．電離干擾
電離干擾是由于試樣中含有高濃度的第I族和第II族元素而產(chǎn)生的，采用基體匹配、稀釋試樣、標(biāo)準(zhǔn)加入法、同位素稀釋法、萃取或用色譜分離等措施來(lái)解決是有效的。
6．空間電荷效應(yīng)
空間電荷效應(yīng)主要發(fā)生在截取錐的后面，在此處的凈電荷密度明顯的偏離了零。高的離子密度導(dǎo)致離子束中的離子之間的相互作用，形成重離子存在時(shí)首先損失掉輕離子，例如Pb+對(duì)Li3+。基體匹配或仔細(xì)在被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量范圍內(nèi)選用內(nèi)標(biāo)有助于補(bǔ)嘗這個(gè)影響，但這在實(shí)際應(yīng)用是有困難的。同位素稀釋法雖有效，但費(fèi)用高，簡(jiǎn)單而最有效的方法是稀釋樣品。
ICP-AES干擾
1．光譜干擾
ICP-AES的光譜干擾其數(shù)量很大而較難解決，有記錄的ICP-AES的光譜譜線有50000多條，而且基體能引起相當(dāng)多的問(wèn)題。因此，對(duì)某些樣品例如鋼鐵、化工產(chǎn)品及巖石的分析必須使用高分辯率的光譜儀。廣泛應(yīng)用于固定通道ICP-AES中的干擾元素校正能得到有限度的成功。ICP-AES中的背景較高，需離線背景校正，應(yīng)用動(dòng)態(tài)背景校正對(duì)增進(jìn)準(zhǔn)確度是很有效的。各種分子粒子（如OH）的譜峰或譜帶對(duì)某些低含量的被測(cè)元素會(huì)引起一些分析問(wèn)題，影響其在實(shí)際樣品中檢出限。
在ICP-MS中的背景是相當(dāng)?shù)偷模湫偷氖切∮?/span>5 C/S（計(jì)數(shù)/秒），這就是ICP-MS具有極好的檢出限的一個(gè)主要理由。
2．基體效應(yīng)
與ICP-MS一樣，ICP-AES可以應(yīng)用內(nèi)標(biāo)來(lái)解決例如霧化室效應(yīng)、試樣與標(biāo)準(zhǔn)溶液之間粘度差異所帶來(lái)的基體效應(yīng)。
3．電離干擾
仔細(xì)選用每個(gè)元素的分析條件或加入電離緩衡劑（如過(guò)量的 I 族元素）可以減少易電離元素的影響。
GFAAS干擾
1．光譜干擾
使用氘燈背景校正的GFAAS有少許光譜干擾，但使用Zeeman 背景校正的GFAAS能去除這些干擾。
2．背景干擾
在原子化過(guò)程中，針對(duì)不同的基體，應(yīng)仔細(xì)設(shè)定灰化步聚的條件以減少背景信號(hào)。采用基體改進(jìn)劑有助于增加可以容許的灰化溫度。在很多GFAAS應(yīng)用中，與氘燈扣背景相比，Zeeman扣背景可得到更好的準(zhǔn)確度。
3．氣相干擾
這是由于被測(cè)物質(zhì)的原子蒸汽進(jìn)入一個(gè)較冷的氣體環(huán)境而形成的。現(xiàn)在采用等溫石墨管設(shè)計(jì)和平臺(tái)技術(shù)，試樣被原子化后進(jìn)入一個(gè)熱的惰性氣體環(huán)境，可有效減少這種干擾。
4．基體效應(yīng)
基體效應(yīng)是被測(cè)物質(zhì)在石墨管上不同的殘留而生成的，它取決于樣品的種類，應(yīng)用基體改性劑和熱注射能十分有效地減少這些影響。
容易使用
在日常工作中，從自動(dòng)化來(lái)講，ICP-AES是最成熟的，可由技術(shù)不熟練的人員來(lái)應(yīng)用ICP-AES專家制定的方法進(jìn)行工作。ICP-MS的操作直到現(xiàn)在仍較為復(fù)雜，自1993年以來(lái)，盡管在計(jì)算機(jī)控制和智能化軟件方面有很大的進(jìn)步，但在常規(guī)分析前仍需由技術(shù)人員進(jìn)行精密調(diào)整，ICP-MS的方法研究也是很復(fù)雜及耗時(shí)的工作。GFAAS的常規(guī)工作雖然是比較容易的，但制定方法仍需要相當(dāng)熟練的技術(shù)。
試樣中的總固體溶解量TDS
在常規(guī)工作中，ICP-AES可分析10%TDS的溶液，甚至可以高至30%的鹽溶液。在短時(shí)期內(nèi)ICP-MS可分析0.5%的溶液，但大部分分析人員樂(lè)于采用最多0.2%TDS的溶液。當(dāng)原始樣品是固體時(shí)，與ICP-AES，GFAAS相比，ICP-MS需要更高倍數(shù)的稀釋，其折算到原始固體樣品中的檢出限顯示不出很大優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)象也就不令人驚奇了。
線性動(dòng)態(tài)范圍LDR
ICP-MS具有超過(guò)105的LDR，各種方法可使其LDR開(kāi)展至108，但不管如何，對(duì)ICP-MS來(lái)說(shuō)：高基體濃度會(huì)導(dǎo)致許多問(wèn)題，而這些問(wèn)題的最好解決方案是稀釋，正由于這個(gè)原因，ICP-MS應(yīng)用的主要領(lǐng)域在痕量/超痕量分析。
GFAAS的LDR限制在102～103，如選用次靈敏線可進(jìn)行高一些濃度的分析。
ICP-AES具有105以上的LDR且抗鹽份能力強(qiáng)，可進(jìn)行痕量及主量元素的測(cè)定，ICP-AES可測(cè)定的濃度高達(dá)百分含量，因此，ICP-AES外加ICP-MS，或GFAAS可以很好地滿足實(shí)驗(yàn)室的需要。
精密度
ICP-MS的短期精密度一般是1～3% RSD，這是應(yīng)用多內(nèi)標(biāo)法在常規(guī)工作中得到的。長(zhǎng)期（幾個(gè)小時(shí)）精密度為小于5%RSD。使用同位素稀釋法可以得到很好的準(zhǔn)確度和精密度，但這個(gè)方法的費(fèi)用對(duì)常規(guī)分析來(lái)講是太貴了。
ICP-AES的短期精密度一般為0.3～2%RSD，幾個(gè)小時(shí)的長(zhǎng)期精密度小于3%RSD。
GFAAS的短期精密度為0.5～5%RSD，長(zhǎng)期精密度的因素不在于時(shí)間而視石墨管的使用次數(shù)而定。
樣品分析能力
ICP-MS有驚人的能力來(lái)分析大量測(cè)定痕量元素的樣品，典型的分析時(shí)間為每個(gè)樣品小于5分鐘，在某些分析情況下只需2分鐘。Consulting實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為ICP-MS的主要優(yōu)點(diǎn)即是其分析能力。
ICP-AES的分析速度取決于是采用全譜直讀型還是單道掃描型，每個(gè)樣品所需的時(shí)間為2或6分鐘，全譜直讀型較快，一般為2分鐘測(cè)定一個(gè)樣品。
GFAAS的分析速度為每個(gè)樣品中每個(gè)元素需3～4分鐘，晚上可以自動(dòng)工作，這樣保證對(duì)樣品的分析能力。
根據(jù)溶液的濃度舉例如下，以參考：
每個(gè)樣品測(cè)定1～3個(gè)元素，元素濃度為亞或低于ppb級(jí)，如果被測(cè)元素要求能滿足的情況下，GFAAS是最合適的。
每個(gè)樣品5～20個(gè)元素，含量為亞ppm至%，ICP-AES是最合適的。
每個(gè)樣品需測(cè)4個(gè)以上的元素，在亞ppb及ppb含量，而且樣品的量也相當(dāng)大，ICP-MS是較合適的。
無(wú)人控制操作
ICP-MS，ICP-AES，和GFAAS，由于現(xiàn)代化的自動(dòng)化設(shè)計(jì)以及使用惰性氣體的安全性，可以整夜無(wú)人看管工作。
為了高的分析生產(chǎn)，整夜開(kāi)機(jī)工作是可取的。
運(yùn)行的費(fèi)用
ICP-MS開(kāi)機(jī)工作的費(fèi)用要高于ICP-AES，因?yàn)?/span>ICP-MS的一些部件有一定的使用壽命而且需要更換，這些部件包括了渦輪分子泵、取樣錐和截取錐以及檢測(cè)器。對(duì)于ICP-MS和ICP-AES來(lái)講，霧化器與炬管的壽命是相同的。如果實(shí)驗(yàn)室選用了ICP-AES來(lái)取代ICP-MS，那么實(shí)驗(yàn)室最好能配備GFAAS。GFAAS應(yīng)計(jì)算其石墨管的費(fèi)用。在上述三種技術(shù)中Ar氣的費(fèi)用是一筆相當(dāng)?shù)念A(yù)算，ICP技術(shù)Ar費(fèi)用遠(yuǎn)高于GFAAS。
基本費(fèi)用
這是很難于限定的一個(gè)項(xiàng)目，因?yàn)橘M(fèi)用是根據(jù)自動(dòng)化程度、附件與供應(yīng)商而定的。大概的估計(jì)ICP-AES是GFAAS的兩倍，而ICP-MS 是ICP-AES的兩倍。必須注意到附件的配置將打亂費(fèi)用的估計(jì)。
另外必須考慮到超痕量分析需要一個(gè)干凈的實(shí)驗(yàn)室和超純的化學(xué)試劑，這些的費(fèi)用不便宜。
附件
由于是快速掃描測(cè)定方式，ICP-MS能對(duì)多元素模式中的瞬間信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，這就為大量附件打開(kāi)了出路，電熱蒸法、激光消蝕、輝光放電及火花消蝕可以免除樣品的溶解過(guò)程。有些附件可以將樣品中的基體物質(zhì)進(jìn)行分離或進(jìn)行預(yù)富集，例如：氫化法、色譜（高壓液相HPLC，離子色譜，微柱）等技術(shù)。
用色譜來(lái)分離的好處在ICP-MS中得到完全的實(shí)現(xiàn)，它適合用于環(huán)保，毒理學(xué)，藥品及食品中低濃度的被測(cè)物質(zhì)。
雖然ICP-AES也能采用上述的某些附件，但由于這些附件的價(jià)格及有限的好處，因此，很少看到它們?cè)?/span>ICP-AES的常規(guī)分析中應(yīng)用。
概要
對(duì)購(gòu)買哪一種儀器提出建議是困難的，但根據(jù)你現(xiàn)在及將來(lái)工作的需要，回答列表1中的問(wèn)題，將有助于你作出決定。
必需記著沒(méi)有一種技術(shù)能滿足你所有的要求，這些技術(shù)是相互補(bǔ)充的，永遠(yuǎn)存在某一種技術(shù)稍優(yōu)于另一種技術(shù)的地方。
表2是這三種技術(shù)簡(jiǎn)單比較，表3是檢出限的比較。
表1 對(duì)分析要求的核對(duì)表
1．每星期有多少樣品需分析?
2．樣品是那一種類別的（鋼鐵、巖石、地面水、土壤等）？
3．應(yīng)用那種分解方法？
4．多少元素、那些元素需要測(cè)定？
5．元素的濃度范圍？
6．可采用的試液的體積是多少？
7．要考慮那些選購(gòu)件及附件？
8．同位素的測(cè)定對(duì)你是否重要？
9．有多少購(gòu)買資金或每月的租金？
10．為了滿足分析的需要日常開(kāi)機(jī)的運(yùn)行及基本費(fèi)用有多少？
11．你有怎么樣技術(shù)水平的工作人員？
表2 ICP-MS, ICP-AES, GFAAS的簡(jiǎn)單比較
ICP-MS | ICP-AES | Flame AAS | GFAAS | |
檢出限 | 絕大部分元素非常杰出 | 絕大部分元素很好 | 部分元素較好 | 部分元素非常杰出 |
樣品分析能力 | 每個(gè)樣品的所有元素 2-6分鐘 | 每分鐘每個(gè)樣品的5-30個(gè)元素 | 每個(gè)樣品每個(gè)元素15秒 | 每個(gè)樣品每個(gè)元素 4分鐘 |
線性動(dòng)態(tài)范圍 | 108 | 105 | 103 | 102 |
精密度短期長(zhǎng)期（4小時(shí)） | 1～3%< 5%使用內(nèi)標(biāo)可改善精密度 | 0.3～2%< 3% | 0.1～1% | 1～5% |
干擾光(質(zhì))譜化學(xué)(基體)電離質(zhì)量效應(yīng)同位素 | 少中等很少高的對(duì)低的影響?有 | 多幾乎沒(méi)有很少不存在無(wú) | 幾乎沒(méi)有多有一些不存在無(wú) | 少多很少不存在無(wú) |
固體溶解量(最大可容忍量) | 0.1-0.4% | 2-25% | 0.5-3% | >20% |
可測(cè)元素?cái)?shù) | > 75 | >73 | > 68 | >50 |
樣品用量 | 少 | 多 | 很多 | 很少 |
半定量分析 | 能 | 能 | 不能 | 不能 |
同位素分析 | 能 | 不能 | 不能 | 不能 |
日常操作 | 容易 | 容易 | 容易 | 容易 |
方法試驗(yàn)開(kāi)發(fā) | 需要專業(yè)技術(shù) | 需專業(yè)技術(shù) | 容易 | 需專業(yè)技術(shù) |
無(wú)人控制操作 | 能 | 能 | 不能 | 能 |
易燃?xì)怏w | 無(wú) | 無(wú) | 有 | 無(wú) |
操作費(fèi)用 | 高 | 高 | 低 | 中等 |
基本費(fèi)用 | 很高 | 高 | 低 | 中等/高 |
表3 檢出限比較表（µg/L）
Element | ICP-MS | ICP-AES | Flame AAS | GFAAS |
As | <0.050 | <10 | <500 | <1 |
Al | <0.010 | <4 | <50 | <0.5 |
Ba | <0.005 | <0.2 | <50 | <1.5 |
Be | <0.050 | <0.2 | <5 | <0.05 |
Bi | <0.005 | <10 | <100 | <1 |
Cd | <0.010 | <1 | <5 | <0.03 |
Ce | <0.005 | <15 | <200000 | ND |
Co | <0.005 | <2 | <10 | <0.5 |
Cr | <0.005 | <3 | <10 | <0.15 |
Cu | <0.010 | <2 | <5 | <0.5 |
Gd | <0.005 | <5 | <4000 | ND |
Ho | <0.005 | <2 | <80 | ND |
In | <0.010 | <10 | <80 | <0.5 |
La | <0.005 | <1 | <4000 | ND |
Li | <0.020 | <1 | <5 | <0.5 |
Mn | <0.005 | <0.5 | <5 | <0.06 |
Ni | <0.005 | <2 | <20 | <0.5 |
Pb | <0.005 | <10 | <20 | <0.5 |
Se | <0.10 | <10 | <1000 | <1.0 |
Tl | <0.010 | <10 | <40 | <1.5 |
U | <0.010 | <20 | <100000 | ND |
Y | <0.005 | <0.5 | <500 | ND |
Zn | <0.02 | <0.5 | <2 | <0.01 |
ICP-MS, ICP-AES及火焰AAS的檢出限的定義為：空白的三倍標(biāo)準(zhǔn)偏差。
GFAAS：靈敏度(0.0044吸光度) 以20ul樣品進(jìn)行測(cè)量。
榜上有名_a.png)
