电感耦合等离子体质谱分析方法的重要进展（2005~2016年）

2005~2016这十几年中,电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）仪器的性能得到了大幅改善,其灵敏度最高可达10⁶ cps/(1 μg/L, In),稳定性为1%～2%。多接收ICP-MS精密度的提高尤其显著,同位素测量精密度优于0.01%。各类ICP-MS普遍采用高速数据采集技术与数据库技术,使数据处理能力进一步加强。以三重四极杆和高分辨为代表的ICP-MS对基体干扰和多原子离子干扰消除能力进一步加强,绿色节能环保型和智能型ICP-MS也得到了关注。一些电离能较高的贵金属、类金属和非金属元素分析技术得到重视。以激光烧蚀（LA）、高效液相色谱（HPLC）、气相色谱（GC）、离子色谱（IC）、毛细管电泳（CE）、电热蒸发（ETV）和化学气体发生（CVG）为代表的联用技术及形态分析发展快速。单颗粒（SP）和单细胞（SC）等技术与ICP-MS的联用产生了以功能定义的专用ICP-MS,大大扩展了ICP-MS的应用领域。ICP-MS分析技术从传统的无机元素分析发展到有机生物及形态分析,从传统的样品消解后溶液进样分析发展到固体样品在线进样分析,从传统的元素含量分析发展到2D-3D成像分析和高精度同位素分析。ICP-MS在能源、地质、材料、环保、生物医学、食品、国土安全等诸多领域的应用进一步扩展,成熟的ICP-MS分析方法实现了标准化并得到推广和普及。本工作从6个方面总结回顾了2005~2016年间ICP-MS的重要进展,并对其发展前景进行了展望。     

ICP-MS相关联用技术在食品元素形态分析中的应用及进展

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术凭借其低检出限、多元素同时分析等优点,广泛应用于食品中的元素分析。随着分析技术的发展,以及元素的不同形态在物理、化学、营养、毒理等方面的显著差异,元素形态分析已经引起分析工作者的广泛关注。本工作对近年来ICP-MS技术与各种分离手段联用,在食品中砷、硒及锡等元素形态分析中的应用进行了综述,指出了ICP-MS 相关联用技术应用于食品元素形态分析时存在的问题,并对其未来的发展趋势进行了展望。     

电感耦合等离子体质谱测量硒的研究进展

近年来,准确测量生物、食品、环境、地质等样品中的硒元素含量、同位素组成及其各种形态受到越来越多的关注。随着质谱技术的发展,电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术成为硒的各种特性量研究和测量的重要手段,使其在生命科学、环境地球化学、生物、营养等研究中有着广泛的应用前景。本文综述了ICP-MS法应用于硒同位素比值,元素总量以及多种形态测量技术方面的最新研究进展。     

气载、液载颗粒物直接进样ICP-MS技术及其在核工业中的应用

颗粒物分析在核、环境、生命科学等领域具有重要价值,不经复杂化学处理直接将颗粒物引入高灵敏电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析,具有分析速度快、可获取单颗粒特征信息、化学处理工作量小等优势。本文综述了气载、液载颗粒物直接进样ICP-MS分析技术,介绍了该技术在高效过滤器下游复杂基体气溶胶样品中的超痕量钚检测和悬浮液中单个氧化铒颗粒的高精度同位素分析中的应用,并从技术发展和分析应用角度进行了展望。     

电感耦合等离子体飞行时间质谱仪器的发展与应用

ICP-MS作为痕量元素分析仪器,已经在核材料、食品、环境等多个领域得到应用。近10年来,I CP-MS的最新应用大多来源于ICP-TOFMS这一分支中,ICP-TOFMS将电感耦合等离子体离子源的高温电离特性与飞行时间质量分析器的全谱检测的特性结合起来,使得其具有离子电离效率高、全谱同时检测和分析速度快的优点。目前ICP-TOFMS的主要应用领域有免疫方法分析疾病标志物、微量复杂样品的元素组成分析、地质样品或生物组织的质谱元素成像、单颗粒和单细胞分析等。本文主要对ICP-TOFMS仪器的原理、发展以及主要应用进行综述。     

核分析技术与地球科学

评述了核分析技术的特点以及在地球科学应用中的发展趋势。包括元素总量分析、化学种态及物相分析、微区分析和表面分析等。本文简要介绍各种方法的原理、特点、实验装置及其应用,特别指出了在地学研究领域中的应用前景。     

电感耦合等离子体质谱测定硫的方法研究及应用进展

硫是矿石、化石燃料、蛋白质等的重要组成元素,与人类生活密切相关。近年来,随着质谱技术的发展,电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)已成为硫测量和研究的重要手段,并在环境监测、食品安全、生命科学、环境地球化学等研究中显示出良好的应用前景。本工作综述了ICP-MS用于硫元素总量、多种形态、硫同位素测量技术方面的最新研究进展。     

碰撞/反应池ICP-MS性能及应用进展

对碰撞/反应池ICP-MS的性能及应用进展进行了综述。碰撞/反应池是目前四极杆ICP-MS首推的,最有效的消除多原子干扰的技术,近年来已经在痕量超痕量多元素分析、形态分析和同位素比值分析中得到很好的应用。预期在今后将继续发挥作用,并扩大其应用范围。     

同位素稀释-电感耦合等离子体质谱法测定氪和氙

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)可用于分析周期表中的绝大多数元素,而氪和氙被认为属不能分析的元素,至今未见ICP-MS分析氪和氙的报道.在没有气体质谱计的情况下,为准确测量微量氪和氙,应用ICP-MS分析氪和氙同位素丰度比的技术及进行低浓度氪和氙半定量及定量的方法(另文发表),并拟在此基础上建立ICP-MS准确定量氪和氙气体同位素稀释法.     

激光烧蚀光谱-电感耦合等离子体质谱联用技术

激光烧蚀光谱（LAS）技术具有空间分辨率高,样品用量少,制样简单,分析速度快,可远程、实时、在线分析多相物质（气态、液态、固态）的特点,是近年来发展迅速的一种分析技术,具有广阔的应用前景,但它对痕量元素的分析能力不足。电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术具有灵敏度高和多元素及同位素同时检测的能力,在微痕量元素精密分析方面具有很大的优势,但对基体元素分析存在困难。将LAS和ICP-MS技术相结合,形成LAS和LA-ICP-MS联用技术（LAS-ICP-MS）,可充分利用两种技术的优势,形成互补技术,为地质分析提供一种便捷、可靠的分析手段：利用LAS技术,可预先监测样品的大致含量与信号的稳定性等参数,筛选适用于LA-ICP-MS分析的样品,避免因元素含量过高引起的LA-ICP-MS采样锥锥口易堵塞,基体效应过大,以及因样品均匀性差或激光参数未优化等因素影响分析的准确性和精密度等问题;利用LA-ICP-MS技术,可对激光进样条件和原子化、离子化条件分开进行优化,从而改善仪器的分析性能。将LAS-ICP-MS用于岩石矿物分析,表现出其良好的应用前景     

ICP-MS技术及其应用

ICP—MS技术在分析能力上不仅可以覆盖传统的无机元素分析技术如CIPAES、CFAAS等的工作范围,可进行定性、半定量、定量分析,还可以进行同位素比测定,以及与不同的进样技术(如激光熔蚀)及分离技术(如HPLC,HPCE,GC)联用进行元素的形态、分布特性等的分析。ICP—MS已广泛应用于环境、半导体、医学,生物、冶金、地质科学、石油、核材料分析等领域。本文以实例说明ICP—MS技术在各分析领域的应用优点。     

高温气冷堆及其乏燃料中核素的质谱分析技术

质谱技术发展初期主要用于与核工业相关的无机同位素丰度的测定,随着核工业的兴起与发展,质谱技术被广泛应用于核燃料与核材料中杂质分析、核燃料燃耗测定以及核素分析等领域。本工作从质谱技术用于高温气冷堆运行中产生的氚检测、乏燃料中痕量钚（Pu）和镎（Np）测定以及乏燃料中¹⁴C测定的原理及应用、研究方法的优缺点三方面展开论述,阐述了用于高温气冷堆及其乏燃料中核素分析方面的气体同位素质谱仪（GIMS）、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）、激光共振电离质谱仪（LRIMS）以及加速器质谱仪（AMS）的研制及应用现状,分析了仪器本身及其应用方面存在的问题及发展趋势,讨论了未来相关质谱技术的发展方向,并提出可能的解决方案。为了使质谱技术能够更加有效地应用于高温气冷堆的研究,迫切需要发展体积小、结构简单、便于操作的智能化仪器。     

磁式电感耦合等离子体质谱仪及其在核地质分析中的典型应用

磁式电感耦合等离子体质谱（ICP-SFMS）主要包括高分辨等离子体质谱（HR-ICP-MS）、多接收等离子体质谱（MC-ICP-MS）和全谱等离子体质谱（Spectro-ICP-MS）。HR-ICP-MS一般采用反向Nier-Johnson结构磁 电双聚焦布置,MC-ICP-MS采用正向Nier-Johnson结构电-磁双聚焦布置,而采用检测器阵列的全谱磁式ICP-MS则采用Mattauch Herzog结构布置。磁式电感耦合等离子体质谱仪性能改进主要体现在：调频ICP设计提高了对基体的耐受性及可靠性;采用J型采样锥和X型截取锥提高了灵敏度;大抽速接口泵可提高接口区真空度和仪器的灵敏度;改进的离子传输透镜系统可提高对锕系同位素的丰度灵敏度;改变接收器前的狭缝宽度可获得高分辨同位素比值;多个Daly检测器的使用可提高对低丰度同位素的检测能力;通过软件自动切换法拉第杯放大器高阻,能提高低丰度同位素测量的信号输出。磁式ICP-MS性能的改善,使其在核地质分析中的应用更广泛。使用激光烧蚀高分辨等离子体质谱（LA-HR-ICP-MS）可进行铀矿物微区原位U-Pb定年,使用MC-ICP-MS可高精密度地测定U同位素分馏,采用无熔剂制样LA-HR-ICP-MS可测定U、Th、Nb、Ta、Zr、Hf等难溶元素。     

基于五酸溶样体系-ICP-MS同时测定地质样品中稀土等46种元素

采用HCl-HNO₃-HF-HClO₄-H₂SO₄5种混合酸溶样体系,敞口一次溶解不同类型的地质样品,逆王水提取,以¹⁰³Rh、¹⁸⁷Re为内标元素,三通在线进样方式,建立了电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）同时测定地质样品中46种微量、痕量元素及稀土元素的方法。采用五酸溶样体系既避免了三酸或四酸体系对难溶元素的分解不完全,又可消除易挥发元素对测定结果稳定性造成的不良影响。实验结果表明,该方法准确度高、精密度好、检出限低,测定结果与标准物质所提供的参考值基本一致,二者的对数误差绝对值（ΔlgC)均在0.1以内,相对标准偏差(RSD,n=12)均小于5%。该方法操作简单、快速、准确,适用于大批量地质样品中多元素的同时测定。     

基于XRF技术的大气重金属在线分析仪的研制

针对大气中铅、铬、镉等重金属在线监测的应用需求,研制了基于X射线荧光分析技术的大气重金属在线分析仪。该仪器具有可同时监测20多种元素、检出限低、无损快速、使用方便和维护成本低等优点。详细描述了仪器的总体设计及主要结构,展现了仪器性能特点;对仪器进行性能测试,结果显示该分析仪性能稳定,达到国际同类仪器水平。该分析仪监测大气中铅元素浓度结果与ICP-MS(inductively coupled plasma mass spectrometry)分析仪结果对比相对误差在4%以内。将该分析仪应用于杭州某大气监测站,连续监测大气重金属变化情况,实验结果表明该分析仪可靠性高、具有较强的现场应用能力,满足现场应用需求。     

第四纪地质年代学和定年方法及应用

第四纪样品的同位素定年是一个常见的较困难的地质问题。近几年来，由于质谱分析、热电高质谱计、加速器质谱计和样品分离技术的进步，第四纪地质年代学及定年方法发展非常迅速。K－Ar和Ar－Ar定年、14C、铀系、FT、TL和ESR定年等已能为地球演化及第四纪以来古气候及古环境的变化提供准确的时间标尺。宇宙成因核素，例如10Be、26Al、36Cl和39Ar可以用于地球表面的侵蚀定年、冰川作用和冰川消退定年、地下水年龄测定及地球物质形成年龄和暴露年龄的测定，大大提高了测量灵敏度、测量精度和测量速度。这些定年方法在第四纪地质年代学和同位素地质科学中获得了很大进展。上述方法的实现及潜在的应用将在第四纪地质学及地球科学中发挥重要作用。本文讨论了这些方法的特点、优越性、局限性及其意义。