ICP-MS(电感耦合等离子体-质谱)基本原理课件.ppt

离子聚焦系统 传统的离子透镜设计 光子挡板 光子挡板 * 18年 光子  中性粒子 当离子90转弯后，聚焦进入质量分析器! 电场区域 70 to 85% 离子进入 离子聚焦系统 Varian 90°透镜 * 18年 90° 离子聚焦透镜 离轴设计的四极预杆 消除光子与中性离子进入四极杆 降低背景信号 提高分析灵敏度 离子聚焦系统 * 18年 1 2 3 4 5 6 7 Extract lens-1 Extract lens-2 Extract lens-3 Corner Lens Mirror lens (L, R, B) Entrance Lens Entrance Plate 离子 中性成分 光子 高灵敏度、低背景、灵活 离子聚焦系统 * 18年 离子聚焦系统 空间电荷效应 ？？？ 在离子聚集系统中，“空间电荷效应”（space charge effect）导致的“质量歧视”是直接影响离子传输效率以及整个质量范围内离子传输均匀性的重要因素，空间电荷效应是ICP-MS基体效应的主要根源（比ICP-AES严重，所以必须要采用内标），在基体离子的质量大于分析离子时尤为严重。 * 18年 离子聚焦系统 空间电荷效应的形成和影响： 在等离子体中，离子流被一个相等的电子流所平衡，因此整个离子束基本上呈电中性。但离子流离开截取锥后，透镜建立起的电场将收集离子而排斥电子，电子将不再存在。从而使离子被束缚在一个很窄的离子束中，离子束在瞬间不是准中性的，但离子密度仍然非常高。同电荷离子间的相互排斥使离子束中的离子总数受到限制。 基体浓度越高，重离子数越多，空间电荷效应就越显著。如果不采取任何方式补偿的话，较高质荷比的离子将会在离子束中占优势，而较轻质荷比的离子则遭排斥。高动能的离子（重质量元素）传输效率高于中质量以及轻质量元素。 * 18年 质量分析器 四极杆质量分析器 四极杆的工作是基于在四根电极之间的空间产生一个随时间变化的特殊电场，只有给定荷质比（m/z）的离子才能获得稳定的路径而通过极棒，从其另一端出射，其它离子将被过分偏转，与极棒碰撞，并在极棒上被中和而丢失。 四极杆是一个顺序质量分析器，必须依次对感兴趣的质量进行扫描，并在一个测量周期内采集离子,其扫描速度很快，大约每100毫秒可扫描整个元素覆盖的质量范围。 * 18年 质量分析器 工作原理 四极杆的相对两极连接在一起，幅度为U和V的直流和射频电压分别施加在每根极棒上，一对极棒为正，另一对极棒为负。施加在每对极棒上的电压都具有同样的幅度, 但符号相反, 即有180度的相差，施加的射频电压使所有离子偏转进入一个振荡路径而通过极棒。 + - * 18年 质量分析器 工作原理 在正极棒平面中，较轻的离子有被过分偏转并与极棒相撞的倾向，而较重的离子则有较稳定的路径。在此平面中，四级杆相当于一个高质量过滤器。?? 在负极棒平面，较重的离子有优先被丢失的倾向，而较轻的离子则有较稳定的路径，因此，四级杆在负极杆平面的作用又相当于一个低质量过滤器。 在同一离子束上，这两个过滤作用同时发生，这种高低质量过滤作用的交叉重叠并列产生了这样一个结构，即：只允许具有某特定m/z的感兴趣的离子被传输。 * 18年 质量分析器 四极杆对其传输的m/z进行扫描时，电压U和V不断变化，但是U/V的比值保持不变，不同m/z离子的操作点将移入一个稳定区域，并通过改变U和V的数值获得一个质量扫描谱，在特定的时刻，只允许特定m/z的离子被传输。 * 18年 检测系统 离子检测器？？ 四极杆系统将离子按质荷比分离后最终引入检测器，检测器将离子转换成电子脉冲，然后由积分线路计数。电子脉冲的大小与样品中分析离子的浓度有关。通过与已知浓度的标准比较，实现未知样品中痕量元素的定量分析。 离子检测器有连续或不连续打拿极电子倍增器、法拉第杯检测器、Daley检测器等。现在的ICP-MS系统采用的是一种不连续打拿极电子倍增器。 电子倍增器电极 来自质量分析器的离子 + 电子脉冲 * 18年 检测系统 ICP-MS早期使用的检测器，也叫通道式电子倍增器，是一端具有锥形开口的玻璃管，其工作原理类似于一个光电倍增管，内表面涂有一种金属氧化物半导体类物质，当离子撞击其表面时，形成一个或多个二次电子，随着这些电子不断撞击新的涂层，发射出更多的二次电子，当检测正离子时，在其锥口部分加一负高压（3kV），而在靠近接收器的玻璃管的背部则保持接近地电位，内部涂层的电阻随位置不同而连续变化，当将一个电压跨接在管子的两端时，在管子内部存在一个连续的电压