覺醒吧！無機串接質譜反應池
1983 年，VG 和 SCIEX 商品化 ICP-MS，開啟了無機元素分析的 ICP-MS 時代。元素的同位素只有一種或少量幾種，每種元素(除銦之外)總有一種同位素不與其它任何元素重疊，因此元素之間基本不存在嚴重的干擾問題。
在 ICP-MS 的高溫等離子體中產生的多原子離子(Polyatomic Ion)會與元素質量數重疊。例如56ArO 與 56Fe 重疊，75ArCl 與 75As 重疊，80BrH、80CaAr、80ArAr、80CaCa、80SO3、80ArKH 均與 80Se 重疊(文中均為 1 價陽離子，省略上標 “+”，下同)。ICP-MS 本身靈敏度非常高，1 ppt 的重金屬元素每秒可以產生大約 1000 個信號計數(1 ppt 的重金屬大約相當于 1 噸水中放入四分之一粒芝麻重量的重金屬)。
而在實際測試中，由于多原子離子重疊造成的本底值，可能無法準確測定 1000 ppt的重金屬。為了方便理解這種現象，可以類比成看星星——在空氣清澈的黑夜，很容易看到星星；在白天，眼神再好的人也看不到星星，不是因為星星不夠亮，而是天空太亮(本底值太高)。
為解決多原子離子干擾問題，1997 年 Micromass 公司的 Platform 型 ICP-MS 第1次使用碰撞反應池技術。碰撞反應池分為碰撞模式與反應模式，碰撞模式屬于廣譜抗干擾技術，對全部干擾均有效，使用廣泛。目前主流 ICP-MS 均可使用碰撞模式，但不同品牌之間的干擾消除效果差異很大。
反應模式針對敏感離子具有高效消除的能力，但這種好處不是每個樣品都可以享受到。例如，待測樣品中往往含有一定鹽分(NaCl)，或者樣品消解時使用了鹽酸/高氯酸，上機溶液會含有氯(Cl)，Cl 性質活潑，在等離子體中會產生一系列多原子離子，著名的是 75ArCl，因為它重合在砷元素唯1的同位素上面，導致 As 本底值非常高，根本無法測量。借助氧氣反應池技術，As 與 O2 結合成 91AsO，而 75ArCl 不與 O2 反應，解決了 75ArCl 干擾 As 的問題。
新問題接踵而來——91Zr。鋯(Zr)的質荷比正好與 91AsO 相同，As 避開了 75ArCl 的干擾，又落入 Zr 干擾中。盡管有大量的 Zr 會與 O2 反應離開 91，但剩余的 Zr 足以在 91AsO 處產生嚴重本底值。Zr 元素存在感很低，其實 Zr 在地殼中含量很高，甚至高于我們熟悉的銅、鋅、鉻、鎳等元素，因此在一些樣品中，Zr 含量可能非常很高。
有人希望通過改進池的篩選性來增強反應池性能，這一努力效果非常有限。按上面的例子，如果想通過池濾掉 91Zr，那么產物 91AsO 也會被濾掉，如果想濾掉 75，那么 As 都濾掉了， AsO 也無法產生。
單級反應池利用質量漂移(mass-shift)消除干擾會嚴重依賴于基體，在有些樣品中效果奇佳的方法換在其它樣品中可能錯得離譜，結果可靠性差，使用受到限制。在這個例子中，遇到 Zr 含量很低的樣品，測量結果很準確；遇到 Zr 含量高的樣品，測量結果強烈偏高。
單級反應池還可以使用原位反應(on-mass)模式，例如用氨氣(NH3)反應掉干擾 52Cr 的52ArC。同樣因為進入反應池的離子太多，很多離子會與 NH3 反應，產生 52 的新離子疊加在52Cr 的信號上。
業界期待一款同時獲取反應模式的高效率又在全部基體下均穩定可靠的新型儀器。有研究人員把目光放到串接質譜上，但世界上還沒有無機的串接質譜，德國專家 Becker, J. S. 也在著作中寫到：三重四極桿質譜不用于無機質譜(Triple quadrupole mass spectrometers are not used in inorganic mass spectrometry)，質譜領域醞釀一場風暴。
2012 年，沉悶的 ICP-MS 市場迎來了革命——安捷倫 8800 ICP-MS/MS 問世，8800 是*1款無機串接質譜，開創了分析儀器的一個嶄新門類，它粉碎了單級質譜進入池的組份過多的枷鎖，可以在無干擾的條件下分析，迎來了反應池性能的覺醒！
大道至簡，8800 解決干擾的原理并不復雜，在池前加入一個單質量過濾四極桿，每次只允許一個質荷比通過，精確控制進入池的離子，*杜絕了干擾的產生。今天串接質譜 8800 ICP-MS/MS 以及升級型號 8900 ICP-MS/MS 已經在研究、半導體、高純稀土等領域占有*的位置，僅中國裝機量就超過了 300 臺。
無機串接質譜尚處于覺醒初期的混沌狀態，與有機串接質譜技術的高度成熟不同。早期串接四極桿質譜的池采用四極桿方案，因此也被稱為三重串接四極桿質譜。后來儀器設計師發現，池不一定要用四極桿，四極桿具有質量篩選能力，但離子傳輸能力弱，而池這個地方沒有必要進行質量篩選(前面的大四極桿已經*篩好了)，六極桿具有更高的傳輸效率，此外，還有不使用多極桿做池的產品。有機串接質譜即使采用六極桿 H(Hexapole)、非多極桿做池，所以不是所有 Q 都是四極桿。
在有機質譜中，進入主四極桿前先用一到兩組小四極桿預先聚焦和傳輸離子，性能會有所改善。這些質譜儀也被稱為 MS/MS。例如，下圖的產品中共有 5 組四極桿，這臺質譜本質上還是二級串接質譜 MS/MS。因此，不是所有四極桿都可以算成 Q。
四極桿 ICP-MS 領域目前仍只有兩個大類：單級質譜(ICP-MS)，二級質譜(串接ICP-MS/MS)。
單級 ICP-MS 應用較廣，主流產品均帶有中性濾除部件、多極桿池、四極桿質量分析器，盡管儀器內部可能包括兩組，甚至更多組四極桿或多極桿，由于還是只包含一級單位質量分辨的質量分析器，因此仍屬于單級質譜。
Agilent 7900 ICP-MS 結構圖
串接 ICP-MS/MS 在單級 ICP-MS 基礎上，池前加入可質量篩選的四極桿質量分析器，組成二級質譜，目的是對進入碰撞反應池的離子進行準確質量篩選。再繼續疊加質量分析器，其總體分辨率卻并不能疊加或累積，而是只取決于其中分辨率高的質量分析器，因此尚未出現疊加更多單位質量分辨質量分析器的多級質譜。
目前的串聯質譜的發展方向是離子光學系統的不斷優化，以提升靈敏度和基體耐受能力，安捷倫已經發展出 4 種用于串接質譜的離子提取及偏轉透鏡。此外由于串聯質譜的質量轉移模式等需要控制離子源、透鏡、兩級質譜、碰撞反應池等多因素，因此軟件調諧和方法開發模式的設計成為影響串接性能發揮的“靈魂”。安捷倫憑借長久以來的串接技術積淀，軟件平臺可以實現更為直觀的多參數聯合調諧和基于反應及干擾數據庫的智能化方法優化。
反應模式因不懈努力的安捷倫而覺醒，我們也將繼續以真正的技術繼往開來，激濁揚清，無機串聯質譜技術和反應池技術的發展，從覺醒后的混沌走向澄清。
推薦閱讀：
1. Agilent 8900 串聯四極桿 ICP-MS
關注安捷倫公眾號，獲取更多市場資訊
8
立即詢價
您提交后，專屬客服將第一時間為您服務