TOF TN03 - ICP飞行时间质谱(ICP-TOFMS)用于元素分析的优势

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1、原文：TheAdvantagesofTimeofFlightMassSpectrometryforElementalAnalysis飞行时间质谱(TOFMS)用于元素分析的优势GBCScientificEquipmentPtyLtd介绍电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)是可以对各种各样的样品提供几乎所有元素及同位素分析的强大技术。自从1980年代早期第一台商品化的ICP-MS发布以来，这项技术已经为很多学科领域所接受，包括环境、生化、核研究、地质和工业样品分析。到目前为止，大多数商品化的ICP-MS仪器采用的是四极杆质量分析器。典型的四极杆质谱仪

2、的原理图如图1(a)所示。直流电压(DC)和射频电压(RF)分别加到两对杆上，针对每一组给定的DC和RF电压，具有特定荷质比(m/z)的离子可以通过四极杆到达离子检测器。对于多元素分析，所加的电压，需要连续改变以得到质谱图，或者在分散数值（“跳峰”peakhopping）之间快速切换以测量选定的感兴趣的质量数。图1(a)：四极杆质谱仪示意图图1(b)：直角加速式飞行时间质谱仪(oaTOFMS)表1显示了目前流行的四极杆质谱仪的主要优点和弱点。表1:商品化四极杆ICP-MS的优势和劣势ICP-MS的优势ICP-MS的劣势具有低于ppt的检出限质谱采集速

3、度慢7动态范围宽，典型值10快速分析时的精度有限元素覆盖范围宽同位素比率分析的精度有限可提供同位素信息多元素瞬态分析能力差具有合理的精度，典型值<5%分析成本高GBCOptiMass9500飞行时间质谱仪克服了扫描型的四极杆ICP-MS仪器的主要局限。这款新型的ICP-MS采用了直角加速式飞行时间质谱仪(oa-TOFMS)，结构示意图如图1(b)所示。在飞行时间质量分析器中，构成质谱图的所有离子被同时加速进入飞行通道，离子的质量数与其到达离子检测器的时间相关，质量数和时间的关系如下式所示：tൌK∙√M其中，t是到达检测器的时间，K是常数，M是质量数。

4、图2给出了OptiMass9500ICP-oa-TOFMS的结构图。1原文：TheAdvantagesofTimeofFlightMassSpectrometryforElementalAnalysis图2：OptiMass9500ICP-oaTOFMS结构原理图飞行时间质谱仪的真正优势在于其高速和同时进样的质量分析。包含全部质量数的完整的质谱图在30µs以内即可得到，这相当于每秒可以得到30,000张全谱谱图。在30µs内收集到全部质谱信息，意味着在此时间内检测到的所有离子是同时从离子源导入的离子，也就是说，在等离子体进样过程中，各质量数之间不存在

5、时间偏移。快速质谱数据采集和同时进样，从根本上克服了四极杆质谱仪的主要局限，最终带来了高样品通量和快速同位素比率分析精度的改善，并提供了真正的多元素瞬态分析能力。在全质量范围分析时，无需对检出限或精度做折中处理在四极杆仪器上，同一时间只能检测一个质量通道的事实，意味着一直要在质量数范围、检出限、分析精度和检测时间之间做折中处理。如果所做的分析是在检出限水平或者要求高精度，那么，要么必须限制检测质量数的个数，要么必须增加全部检测时间。于是，如果要检测同一样品中的多种元素，而样品量又是有限的，或者分析速度是一个要考虑的因素，那么检出限和分析精度就要做出牺

6、牲。OptiMass9500就完全不必要做出这种折中处理。因为所有的质量数都是同时检测的，不管要分析的质量数的个数是多少，需要的测量时间、可达到的检出限以及分析精度都保持相同。图3清楚地显示了，与典型的四极杆仪器相比较，OptiMass9500无需折中处理的速度优势。该图显示的是待测元素得到10:1的信噪比时的当量浓度，在OptiMass9500和典型的四极杆仪器上随待测元素数的变化情况，数据采集时间设定为0.1s。对于30个待测元素，典型的四极杆仪器只能得到几个ppb的低端工作极限；而对于OptiMass9500，低端工作极限在几个ppt，而且和所

7、检测的元素个数没有关系。2原文：TheAdvantagesofTimeofFlightMassSpectrometryforElementalAnalysis图3：GBCOptiMass与四极杆仪器在多元素分析时的性能对比即便在检出限水平上，也可以得到较高的样品分析产率OptiMass9500在10s内即可以对全部元素质量范围得到与四极杆仪器水平相当的检出限，而典型的四极杆仪器需要2-3min才能得到多元素的ppt水平的检出限。OptiMass9500的快速分析能力，使其采用传统的进样系统即可在检出限水平得到较高的分析产率，而且对全部元素质谱，可以常

8、规地得到每分钟2个样品的进样速率。图4显示了OptiMass9500和典型的四极杆仪器相比较的高样品分析产率