全谱ICP质谱(全谱电感耦合等离子体质谱)介绍
更新时间：2025-03-03
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全谱ICP质谱(通常指飞行时间电感耦合等离子体质谱，TOF-ICP-MS)是一种基于飞行时间质量分析器的高通量元素分析技术，能够实现全质量范围内同位素的瞬时同步检测。相比传统的四极杆ICP-MS，全谱技术在多元素快速分析、瞬态信号处理及同位素比值测定中展现显著优势。
一、工作原理
1、离子化与传输
样品经雾化器进入高温等离子体(~8000K)，离子化后通过接口锥(Sampler/Skimmer Cone)提取至真空系统。
2、质量分离与检测
飞行时间质量分析器(TOF)：离子经加速电场后以相同动能进入无场漂移管，质量小的离子飞行时间短，质量大的飞行时间长，通过检测飞行时间差异实现质量分离。
全谱同步采集：单次脉冲(μs级)即可捕获全质量范围(如Li~U)的离子信号，避免四极杆扫描的时间延迟。
3、数据处理
通过高速数字转换器(ADC)记录所有离子到达时间，结合校准曲线将时间转换为质荷比(m/z)，生成完整质谱图。
二、核心性能优势
| 参数 | TOF-ICP-MS | 四极杆ICP-MS |
|---|---|---|
| 检测模式 | 全谱同步检测（所有m/z同时采集） | 顺序扫描（逐点测量） |
| 分析速度 | 每秒＞50,000张谱图 | 每秒10-20个质量数 |
| 动态范围 | 10⁶-10⁸（单次脉冲） | 10⁶（需分段扫描） |
| 同位素比值精度 | ≤0.1% RSD（短期） | ≤0.3% RSD（受扫描速度限制） |
| 瞬态信号分析 | 支持单脉冲（如激光烧蚀、单颗粒分析） | 需多次扫描，易丢失信号细节 |
三、典型应用场景
1、多元素快速分析
环境监测：水体、土壤中痕量重金属(As、Cd、Hg等)同步检测，单次进样完成30+元素分析。
生物医学：血清、组织中必需/毒性元素(Fe、Zn、Pb)高通量筛查。
2、瞬态信号解析
激光烧蚀(LA)：矿物微区元素分布成像，空间分辨率<10μm。
单颗粒ICP-MS(spICP-MS)：纳米颗粒(Ag、TiO₂)数量浓度与粒径分布测定。
3、同位素比值分析
地质年代学：U-Pb、Sr-Nd同位素比值测定，精度媲美多接收器ICP-MS(MC-ICP-MS)。
食品安全溯源：铅、锶同位素指纹追踪葡萄酒、咖啡产地。
四、仪器结构组成
| 模块 | 功能与关键技术 |
|---|---|
| 进样系统 | 高精度雾化器）、旋流雾室，耐HF酸（可选配） |
| 离子源 | 自激式RF发生器，功率1.2-1.6kW，配备三锥接口降低背景噪声 |
| 质量分析器 | 正交加速TOF，质量分辨率＞6000 |
| 检测器 | 双模检测器（模拟/计数模式），动态范围覆盖1-10⁸ cps |
| 数据处理 | 实时去卷积算法，消除质量干扰（如⁴⁰Ar³⁵Cl对⁷⁵As的影响） |
