1.2.6　電感耦合等離子體質譜

電感耦合等離子體質譜（ICP- MS）因其操作簡單、靈敏度高、干擾小、精密度和準確度較高的優點在現代分析實驗室中占有非常重要的地位。在ICP- MS以及XRF和ICP-OES等技術出現之前，地質樣品中稀土元素的測定一直是一項困難且昂貴的工作，一般通過沉淀、溶劑萃取和離子交換等耗時的方法來分離稀土元素。按照樣品的處理和冷卻要求，即便是采用INAA法來測定稀土元素也很慢。但是，ICP與四極質譜儀的成功連接為分析員提供了最有價值的、作為補充的元素分析技術。ICP光源將樣品中元素的原子轉化為離子，樣品通常以溶液形式通過霧化器和噴霧室后以氣溶膠的形式到達等離子體中。除溶液霧化外，其他不同類型的樣品引入系統（例如激光燒蝕和不同的色譜技術）也可以與儀器耦合，因此ICP- MS具有直接分析固體樣品和連接特定分析儀器的能力。在等離子體源提供的高溫下，包括高電離能元素在內的大多數元素幾乎都可以完全原子化和電離。產生的一部分離子隨后被質譜儀分離和檢測，并根據核質比進行分析。在過去的幾十年中，ICP- MS已成為快速多元素分析的有力工具。極低的檢測限（如表1-4所示）、樣品處理量快、所需樣品少、元素含量廣（主要、少量、痕量和超痕量元素）以及同位素檢測能力，使得ICP- MS成為分析各種材料的優秀分析技術。在過去很長的時間里，世界各地的研究人員已經通過使用電感耦合等離子體質譜測定了不同類型材料中的稀土元素，得到了不同材料的高精度稀土元素數據。如圖1-3所示，ICP- MS （包括高分辨率電感耦合等離子體質譜儀）技術相較于INAA、ICP- OES、XRF和UV-Vis分光光度計等其他分析技術，在準確測定不同類型材料中稀土元素方面得到了更廣泛的應用。

圖1-3　不同分析技術在稀土元素測定中的應用

表1-6顯示了使用不同儀器分析技術（包括ICP- MS）測得的美國地質勘探局錳結核標準材料Nod-a-1和Nod-P-1中稀土元素濃度（μg/g）的比較。電感耦合等離子體-飛行時間質譜儀（ICP-TOF- MS）的發展將最近的微量元素分析帶到了另一個維度。ICP-TOF- MS提供極高的數據采集速度和較高的離子傳輸速度以及對所有離子碎片幾乎能同時測量，從而比四極桿ICP- MS有更好的檢測限（如表1-3所示）。由于HR-ICP- MS具有極高的靈敏度和解決多種光譜干擾的能力，因此HR-ICP- MS在諸多形式的ICP- MS中具有相對的優勢（表14）。HR-ICP- MS可以進行痕量或超痕量金屬分析和同位素比值測量。該儀器可以在解決大多數復雜干擾的同時在高分辨率模式下使用，并且可以在檢測限制少的較低分辨率下使用。當前的HR-ICP- MS儀器具有高達 10000 的分辨能力，并且通常會在低、中、高的預設分辨率設置下運行，這是當今可用于無機分析的最靈敏的分析技術。

表1-6　美國地質勘探局錳結核標準物質NOD-A-1和NOD-P-1中稀土元素含量的不同儀器分析技術比較單位：μg/g

多收集器ICP- MS （MC-ICP- MS）系統結合了等離子體源（ICP）、能量過濾器、磁扇形分析儀和多個收集器同時測量不同的同位素。這個高效的分析技術測量了美國地質勘探局錳結核標準物質Nod-A-1和Nod-P-1中REE濃度（μg/g）的精確同位素比值，這使我們對地球及地球以外的地質、生物和物理過程的分析與理解有了重大進步。這項技術可能是目前精確測定稀土元素和同位素比值的最為高效的技術。MC-ICP- MS可以快速地重現地質材料中所有稀土元素的數據，除此之外，使用同位素稀釋MC-ICP- MS還可以獲得極其精確的稀土元素數據。