Access Agilent 电子期刊（2014 年 2 月）

重新定义元素分析：
安捷伦的新型 7900 系统将 ICP-MS 的分析范围
扩展至更高的分析物浓度和更高的基质水平

作者： Ed McCurdy
安捷伦 ICP-MS 产品营销专员

和 Tomoyuki Yamada
安捷伦 ICP-MS 产品经理

四极杆电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS) 是众多行业和研究应用中首选的低浓度元素分析技术。ICP-MS 结合了低检测限、较宽的元素分析范围以及快速多元素分析优势。碰撞/反应池技术的最新发展还可改善对干扰物的控制，确保即使在复杂和多变的基质中也能够可靠地测定大多数元素。

然而，在过去，ICP-MS 曾被认为仅适用于痕量分析，而且不适用于分析含高浓度总溶解性固体 (TDS) 的样品。存在这些限制的原因在于：

在许多行业中，必须对极低含量的痕量分析物进行定量；在食品、环境和临床应用以及高纯度化学品和半导体领域通常需要定量分析几 ng/L 或亚 ng/L (ppt) 级的物质。为了测量如此低浓度的元素，要求 ICP-MS 必须具有极高的灵敏度，结果会导致常量元素可能产生超出检测器检测范围的信号。ICP-MS 的线性动态范围在各种分析技术中位居前列，大约为 9 个数量级，但对于检测限为 0.1 ng/L 的元素而言，最高测量限（高出 9 个数量级）仅为 100 mg/L (ppm)。这一限制意味着 ICP-MS 通常不适用于大多数样品类型中的常量元素测量，使得实验室必须对每个样品测量两次 — 先通过 ICP-MS 测量痕量分析物，然后使用其他技术（通常为 ICP-OES 或火焰原子吸收光谱仪）测量常量元素。

放大图片

图 1. 新型 Agilent 7900 ICP-MS

直接质谱测量要求离子由 ICP 采集并穿过接口到达质谱仪所在的高真空区。接口采用小直径开口以便维持真空度，这些开口很容易被高浓度样品基质堵塞。这一限制使得 ICP-MS 测量样品的典型基质限值为 0.2% (2000 ppm) TDS。许多天然水溶性样品（例如，尿液和高盐水样，以及消解的固体材料）将远远超出这一 TDS 限值，因此采用 ICP-MS 分析此类样品之前通常需要进行稀释。然而，样品稀释会使工作流程效率和分析性能下降，导致痕量元素检测限升高、样品污染潜在风险、试剂成本增加、稀释过程耗时以及产生额外的废液处置成本等问题。

新技术克服了 ICP-MS 长期以来的限制因素

新型 Agilent 7900 四极杆 ICP-MS（图 1）能够克服 ICP-MS 的这些限制，其采用一系列新技术将 ICP-MS 的测量范围扩展至更高的基质水平和更高的分析物浓度，同时还提高了易用性和工作效率。

放大图片

图 2. 在 25% NaCl 基质中加入 100 μg/L 标样所得回收率；4 小时内的稳定性

UHMI 技术具有无与伦比的基质耐受性

安捷伦独有的专利型高基质进样 (HMI) 技术已经在早期 7500 和 7700 系列 ICP-MS 和 Agilent 8800 ICP-MS/MS 仪器上经过实践应用的考验，能够分析基质水平高达 2% TDS 的样品，比传统 ICP-MS 系统高出 10 倍。新型超高基质进样 (UHMI) 系统设计用于 Agilent 7900 系统，它将气溶胶稀释范围进一步扩展了 10 倍，能够分析 TDS 含量高达 25% 的样品，其性能甚至超出某些 ICP-OES 系统。这一基质耐受水平在此前的 ICP-MS 系统中是难于企及的，它使饱和盐溶液 (25% NaCl) 等样品实现了常规分析，无需再进行预稀释（见图 2）。UHMI 的另一个优点在于即使气溶胶稀释因子较高时也可以维持较高的载气流速，使气溶胶在切换样品之间得以更快速地从雾化室吹出。

更宽的浓度范围，简化常规分析

要提高 ICP-MS 的测量上限，只需减弱离子传输或降低检测器增益即可轻松实现。但是，这种方法只能将测量范围向上移动，而非扩展测量范围，因此不利于低浓度分析物的检测。新型 Agilent 7900 ICP-MS 结合了最新的接口真空设计、离子透镜与检测器系统，能够获得更低的随机背景、更高的离子传输效率和更宽的模拟模式测量范围。这些进展使得信噪比 (S/N) 提高了 10 倍，可获得更出色的检测限，并且可使测量上限提高 10 倍，现在，1000 ppm 或更高浓度的常量元素与痕量元素可在同一运行中进行定量。

放大图片

图3. 在 Agilent 7900 上使用 He 模式测量未稀释的 CASS-4 海水参比样品（未加标样品及加入 1 μg/L 和 10 μg/L (ppb) 标样的样品）得到的叠加谱图。A 插图显示测得的 Na 主峰大约为 1% (9500 mg/L (ppm))

这一扩展的测量范围如图 3 的内插谱图所示，其中显示了未稀释海水样品中测得的 Na 峰。沿海海水的盐度为大约 3%（盐浓度 30 g/L），其中大约三分之一 (1%) 为 Na。因此，测量海水中 Na 的能力表明 Agilent 7900 ICP-MS 能够定量分析远超出大多数 ICP-MS 系统 TDS 限值基质中的常量元素。虽然测量未稀释的海水样品需要使用 UHMI，但由于所用的气溶胶稀释因子仅将总体灵敏度降低了大约 10 倍，因此在同一运行中仍然能够定量分析 ng/L 级痕量元素（主谱图）。Agilent 7900 系统扩展的动态范围能够简化许多样品类型的常规分析，常量元素的分析可能无需再进行第二次分析测量。

经重新设计的 ISIS 能够提高工作效率和易用性

安捷伦第三代集成式进样系统 (ISIS 3) 针对 7900 ICP-MS 进行了重新设计，在雾化器旁布置了新型紧密连接的 7 通切换阀。此配置最大限度减少了样品管路长度，从而减小了样品与吸取管线接触的表面积和通过吸取管线所需的稳定延迟时间。此外，Agilent 7900 采用了第四代碰撞/反应池 ORS⁴。全新的流通池采用创新型气体控制器设计，将切换池气体时所需的稳定时间缩短至 3 秒钟以内。并且，这些最新设计能够提高工作效率，这对于繁忙的商业实验室而言尤其重要。现在可以在 60 秒内（样品周转时间）完成符合 EPA 方法 6020 的多模式分析（两种池模式，确保所有元素都能在最优条件下得到测量）。

操作最简便、功能最强大、应用最灵活的 ICP-MS 软件

放大图片

图 4. ICP-MS MassHunter 4.1 工具栏

为进一步发挥该系统全新硬件的非凡性能，安捷伦基于对多行业客户工作流程的仔细研究，对 ICP-MS MassHunter 软件进行了全面的重新设计，并融入了客户和应用专家所提出的建议和要求。最终推出 ICP-MS MassHunter 4.1，该软件采用极其直观、简洁的用户界面，由软件小工具“Gadgets”引导用户完成硬件配置、仪器优化、样品采集和数据分析的全过程（图 4）。新用户将亲身体验到启动简单、自动优化和引导式操作，而经验丰富的研究人员依然能够获取无与伦比的分析性能及灵活性。