原子质谱法
一、发展历史
? 最初的 ICP-MS的概念出现在 1970年，是源于继 ICP-AES技术快速发
展之后而产生的对下一代多元素分析仪器系统的需求。
? 对于地球化学分析来说，基体问题是很严重的。在发射光谱中强的多 谱线的主要基体元素如 Ca,Al和 Fe的测量对痕量元素来说，选择无干
扰的谱线是很困难的。
? 地质勘查中感兴趣的元素主要集中在具有复杂光谱且在发射光谱中具 有较差的检出限的稀有重金属元素。
? 与原子荧光 (AFS)，仪器中子活化 (INAA)，原子吸收光谱 (AAS)和色散
与非色散的 X射线荧光分析 (XRF)比较，原子质谱分析是唯一能在周
期表中覆盖大部分元素，具有元素特征性和对周期表中的元素具有一 致的灵敏度的基本质谱技术。它可以提供一种接替 ICP-AES的有效工
具而成为富有生命力的分析技术。
? 承担多元素分析工作的主要技术火花源质谱法既不能改进进样的方式
又不能简单快速地得到谱图数据以满足预期的需要。在仪器的输入 (离子源 )和系统后部的输出 (离子检测和数据的读出 )都需要从根本上做
新的改变。
? 最成功的多元素离子源是射频火花源，这种离子源中固体
样品蒸发，解离和电离都在一个非常快的过程完成。但是
因为传输给样品的能量非常不一致，产生的离子包括中间
分子碎片并没完全解离，并且还会产生多种电离态的原子
离子。得到的质谱图因此可能较复杂，再加上产生的离子
能范围较宽，因此需要较高分辨的质量分析器来分开单个
的离子峰。
? 大部分元素在 ICP中都可达到高度的电离。因为它的灵敏
度很大程度来自于离子线的利用，并且维持等离子体的存
在需要产生一定数量的等离子气体中的离子。
? 在 20世纪 80年代 ICP-MS的研究主要集中在仪器分析特点
的讨论、潜力的发掘以及一些简单样品的分析上。
? 90年代 ICP-MS在一方面被用来完成极为困难的分析任务，
其样品处理和进样装置常常需要作特别的考虑和设计，甚
至整个仪器都需改装，而在另一方面，作为快速、简便、
有力的分析工具,ICP-MS已在地质、环境、医学、材料、
石油化工等诸多领域得到了广泛应用。
二,ICP-MS的工作原理
? 在 ICP-MS中,ICP作为质谱的高温离子源
（ 7000K ）,样品在通道中进行蒸发、解
离、原子化、电离等过程。离子通传输系
统进入高真空的 MS部分,MS部分为四极
快速扫描质谱仪，通过高速顺序扫描分离
测定所有离子，扫描元素质量数范高速双
通道分离后的离子进行检测，浓度线性动
态范围达 9个数量级从 ppq到 1000ppm直接
测定。
三,ICP-MS的分析特性
1,通过谱线的质荷之比进行定性分析；
2,通过谱线全扫描测定所有元素的大致浓度范围，即半定
量分析，不需要标准溶液，多数元素测定误差小于 20%；
3,用标准溶液校正而进行定量分析，这是在日常分析工作
中应用最为广泛的功能；
4,同位素比测定是 ICP-MS的一个重要功能，可用于地质
学、生物学及中医药学研究上的追踪来源的研究及同位
素。
5,与传统无机分析技术提供了最低的检出限、最宽的动态
线性范围、干扰最少、分析精密度高、分析速度快、可
进行多元素同时测定。
四,ICP-MS的基本结构和主要改进示意图
五、溶液中分析物被 ICP离子化的历程
六、质谱图
七、检测干扰
? 光谱干扰：当等离子体中离子种类与分析
物离子具有相同的 m/z。
1,同质量类型离子干扰
2,多原子离子干扰
3,氧化物和氢氧化物离子干扰
4,仪器和试样制备所引起的干扰
八、应用
? 定性和半定量分析
? 定量分析
1,外标法
2,内标法
3,标准加入法
4,同位素稀释法
九,ICP-MS研究的主要进展
1,仪器性能的改进。高分辨等离子体质谱仪、多接收高分辨等离子体质
谱仪和飞行时间质谱仪的使用增多进一步改进。计算机信息处理技术 不断升级。
2,分析对象扩展。有机生物、药物、环境毒物和农做作物等检测问题受
到空前关注。金属硫蛋白异构体和生物抗体、磷化蛋白、肉类、人尿,中毒人体器官、血清中 DNA片段、有机汞（铅、锡）化合物、农药等。
3,以联用技术为研究对象的研究工作成为主要技术手段。重点发展的联
用技术主要有毛细管电泳、液相色谱和毛细管液相色谱）、气相色谱 （含固相微萃取毛细管气相色谱）、离子色谱（含离子排代色谱）
4,ICP-MS进样技术仍是研究重点之一。发展的进样技术（不含分离进
样）包括直接注入进样、冷蒸进样和单粒子分散液滴进样等。
5,元素形态分析、同位素稀释和比值测定成为 ICP-MS测量技术发展的
研究重点之一。
十、问题
? 经过 20多年的研究和应用,ICP-MS分析技术已
渗透到各个领域，成为许多部门的常规分析工具。
特别是对于质量数较大的元素分析系元素,ICP-
MS具有较好的分析性能。但是,ICP-MS分析技
术存在的根本问题：
1,基体问题在短时间内恐怕难以彻底解决。对复杂
分析对象的分析性能大打折扣。
2,在一些常见元素分析方面，如 K,Ca等分析，
ICP-MS的综合分析性能还不如 ICP-AES，
3,ICP-MS远比其它元素分析仪器如 ICP-AES、
AAS,XRF等复杂得多。因此,ICP-MS仪器的
可靠性问题也是影响 ICP-MS因素。
十一、展望
1,元素分析用 ICP-MS将向普及型发展，飞行时间
质谱仪和离子阱质谱仪将受到重视；
2,同位素分析用 ICP-MS将向多接收高分辨方向发
展；
3,化学前处理技术和联用技术是克服 ICP-MS仪器
固有缺陷的有效方法，将和 ICP-MS仪器研究进
展一起，构成 ICP-MS分析技术前沿；
4,检测对象已从传统的无机物扩展到生物医学样
品分析，将给生物医学研究带来新的检测手段；
5,元素的形态分析受到广泛关注，而 ICP-MS联用
技术是重要的元素形态分析方法之一。
一、发展历史
? 最初的 ICP-MS的概念出现在 1970年，是源于继 ICP-AES技术快速发
展之后而产生的对下一代多元素分析仪器系统的需求。
? 对于地球化学分析来说，基体问题是很严重的。在发射光谱中强的多 谱线的主要基体元素如 Ca,Al和 Fe的测量对痕量元素来说，选择无干
扰的谱线是很困难的。
? 地质勘查中感兴趣的元素主要集中在具有复杂光谱且在发射光谱中具 有较差的检出限的稀有重金属元素。
? 与原子荧光 (AFS)，仪器中子活化 (INAA)，原子吸收光谱 (AAS)和色散
与非色散的 X射线荧光分析 (XRF)比较，原子质谱分析是唯一能在周
期表中覆盖大部分元素，具有元素特征性和对周期表中的元素具有一 致的灵敏度的基本质谱技术。它可以提供一种接替 ICP-AES的有效工
具而成为富有生命力的分析技术。
? 承担多元素分析工作的主要技术火花源质谱法既不能改进进样的方式
又不能简单快速地得到谱图数据以满足预期的需要。在仪器的输入 (离子源 )和系统后部的输出 (离子检测和数据的读出 )都需要从根本上做
新的改变。
? 最成功的多元素离子源是射频火花源，这种离子源中固体
样品蒸发，解离和电离都在一个非常快的过程完成。但是
因为传输给样品的能量非常不一致，产生的离子包括中间
分子碎片并没完全解离，并且还会产生多种电离态的原子
离子。得到的质谱图因此可能较复杂，再加上产生的离子
能范围较宽，因此需要较高分辨的质量分析器来分开单个
的离子峰。
? 大部分元素在 ICP中都可达到高度的电离。因为它的灵敏
度很大程度来自于离子线的利用，并且维持等离子体的存
在需要产生一定数量的等离子气体中的离子。
? 在 20世纪 80年代 ICP-MS的研究主要集中在仪器分析特点
的讨论、潜力的发掘以及一些简单样品的分析上。
? 90年代 ICP-MS在一方面被用来完成极为困难的分析任务，
其样品处理和进样装置常常需要作特别的考虑和设计，甚
至整个仪器都需改装，而在另一方面，作为快速、简便、
有力的分析工具,ICP-MS已在地质、环境、医学、材料、
石油化工等诸多领域得到了广泛应用。
二,ICP-MS的工作原理
? 在 ICP-MS中,ICP作为质谱的高温离子源
（ 7000K ）,样品在通道中进行蒸发、解
离、原子化、电离等过程。离子通传输系
统进入高真空的 MS部分,MS部分为四极
快速扫描质谱仪，通过高速顺序扫描分离
测定所有离子，扫描元素质量数范高速双
通道分离后的离子进行检测，浓度线性动
态范围达 9个数量级从 ppq到 1000ppm直接
测定。
三,ICP-MS的分析特性
1,通过谱线的质荷之比进行定性分析；
2,通过谱线全扫描测定所有元素的大致浓度范围，即半定
量分析，不需要标准溶液，多数元素测定误差小于 20%；
3,用标准溶液校正而进行定量分析，这是在日常分析工作
中应用最为广泛的功能；
4,同位素比测定是 ICP-MS的一个重要功能，可用于地质
学、生物学及中医药学研究上的追踪来源的研究及同位
素。
5,与传统无机分析技术提供了最低的检出限、最宽的动态
线性范围、干扰最少、分析精密度高、分析速度快、可
进行多元素同时测定。
四,ICP-MS的基本结构和主要改进示意图
五、溶液中分析物被 ICP离子化的历程
六、质谱图
七、检测干扰
? 光谱干扰：当等离子体中离子种类与分析
物离子具有相同的 m/z。
1,同质量类型离子干扰
2,多原子离子干扰
3,氧化物和氢氧化物离子干扰
4,仪器和试样制备所引起的干扰
八、应用
? 定性和半定量分析
? 定量分析
1,外标法
2,内标法
3,标准加入法
4,同位素稀释法
九,ICP-MS研究的主要进展
1,仪器性能的改进。高分辨等离子体质谱仪、多接收高分辨等离子体质
谱仪和飞行时间质谱仪的使用增多进一步改进。计算机信息处理技术 不断升级。
2,分析对象扩展。有机生物、药物、环境毒物和农做作物等检测问题受
到空前关注。金属硫蛋白异构体和生物抗体、磷化蛋白、肉类、人尿,中毒人体器官、血清中 DNA片段、有机汞（铅、锡）化合物、农药等。
3,以联用技术为研究对象的研究工作成为主要技术手段。重点发展的联
用技术主要有毛细管电泳、液相色谱和毛细管液相色谱）、气相色谱 （含固相微萃取毛细管气相色谱）、离子色谱（含离子排代色谱）
4,ICP-MS进样技术仍是研究重点之一。发展的进样技术（不含分离进
样）包括直接注入进样、冷蒸进样和单粒子分散液滴进样等。
5,元素形态分析、同位素稀释和比值测定成为 ICP-MS测量技术发展的
研究重点之一。
十、问题
? 经过 20多年的研究和应用,ICP-MS分析技术已
渗透到各个领域，成为许多部门的常规分析工具。
特别是对于质量数较大的元素分析系元素,ICP-
MS具有较好的分析性能。但是,ICP-MS分析技
术存在的根本问题：
1,基体问题在短时间内恐怕难以彻底解决。对复杂
分析对象的分析性能大打折扣。
2,在一些常见元素分析方面，如 K,Ca等分析，
ICP-MS的综合分析性能还不如 ICP-AES，
3,ICP-MS远比其它元素分析仪器如 ICP-AES、
AAS,XRF等复杂得多。因此,ICP-MS仪器的
可靠性问题也是影响 ICP-MS因素。
十一、展望
1,元素分析用 ICP-MS将向普及型发展，飞行时间
质谱仪和离子阱质谱仪将受到重视；
2,同位素分析用 ICP-MS将向多接收高分辨方向发
展；
3,化学前处理技术和联用技术是克服 ICP-MS仪器
固有缺陷的有效方法，将和 ICP-MS仪器研究进
展一起，构成 ICP-MS分析技术前沿；
4,检测对象已从传统的无机物扩展到生物医学样
品分析，将给生物医学研究带来新的检测手段；
5,元素的形态分析受到广泛关注，而 ICP-MS联用
技术是重要的元素形态分析方法之一。
