仪器及原理介绍ppt课件

1、安捷伦电感耦合等离子体质谱仪安捷伦电感耦合等离子体质谱仪7700 ICPMS原理引见原理引见安捷伦科技安捷伦科技生命科学与化学分析仪器部生命科学与化学分析仪器部Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 2ICP-MS 简介简介ICP-MSICP-MS全称电感耦合等离子体质谱全称电感耦合等离子体质谱Inductively Coupled Plasma Mass Inductively Coupled Plasma Mass SpectrometrySpectrometry，可分析几乎地球上一切元素，可分析几乎地球上一切元素Li-ULi-UIC

2、P-MSICP-MS技术是技术是8080年代开展起来的新的分析测试技术。它以将年代开展起来的新的分析测试技术。它以将ICPICP的高温的高温8000K8000K电离特性与四极杆质谱计的灵敏快速扫描的优点相结合而构成一种新型的最强有电离特性与四极杆质谱计的灵敏快速扫描的优点相结合而构成一种新型的最强有力的元素分析、同位素分析和形状分析技术。力的元素分析、同位素分析和形状分析技术。该技术提供了极低的检出限、极宽的动态线性范围、谱线简单、干扰少、分析精该技术提供了极低的检出限、极宽的动态线性范围、谱线简单、干扰少、分析精细度高、分析速度快以及可提供同位素信息等分析特性。细度高、分析速度快以及可提供同

3、位素信息等分析特性。自自19841984年第一台商品仪器问世以来，这项技术已从最初在地质科学研讨的运用迅年第一台商品仪器问世以来，这项技术已从最初在地质科学研讨的运用迅速开展到广泛运用于环境维护、半导体、生物、医学、冶金、石油、核资料分析速开展到广泛运用于环境维护、半导体、生物、医学、冶金、石油、核资料分析等领域。等领域。被称为当代分析技术最激动人心的开展。被称为当代分析技术最激动人心的开展。Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 3Agilent 4500 - #1 selling ICP-MS worldwide 2019 -2019

4、 inclusive! Source - Myers & Assoc Market Study 2/99 1020304050607080901001101201301401501601701801902002102202302402502605.0E51.0E61 Spectrum No.1 152.427 sec:ICPDEMO.D Count Linearm/z-等离子体色谱软件等离子体色谱软件Agilent 4500 SeriesAgilent 7500 SeriesShieldTorch Interface安捷伦安捷伦ICPMS的开展历史的开展历史19871987年年: :

5、第一代产品，第一台计算机控制第一代产品，第一台计算机控制ICPMSICPMS仪器，型号仪器，型号PMS-100PMS-100。 1988 1988年：第二代产品，型号年：第二代产品，型号PMS-200,PMS-200,高基体分析接口。高基体分析接口。19901990年：第三代产品，型号年：第三代产品，型号PMS-2000PMS-2000。技术发明：。技术发明：OmegaOmega离轴偏转透镜离轴偏转透镜“被证明优于采用中心光子阻挠片的透镜被证明优于采用中心光子阻挠片的透镜 1992 1992年：发明专利屏敝炬系统年：发明专利屏敝炬系统ShieldTorchShieldTorch 运用于半导体行

6、业运用于半导体行业pptppt级级K, Ca, FeK, Ca, Fe等元素的测定等元素的测定 1994 1994年：第四代产品，型号年：第四代产品，型号HP4500HP4500。 第一台台式第一台台式ICP-MSICP-MS 2019 2019年：第五代产品，年：第五代产品，HP4500+HP4500+；发明；发明Plasma-ChromPlasma-Chrom软件，软件， 使使ICPMSICPMS与色谱技术联用实现一体化，使形状分析成为规范技术与色谱技术联用实现一体化，使形状分析成为规范技术 2019 2019年：年：HP4500HP4500按专业运用分为按专业运用分为100100型，型，

7、200200型，型，300300型。型。20002000年：第六代产品，年：第六代产品，Agilent7500Agilent7500系列系列, , 按专业运用区分：按专业运用区分：7500a7500a：根本配置；：根本配置；7500i7500i：快速、大量样品分析；：快速、大量样品分析；7500s7500s：半导体行业：半导体行业公用；公用； 2019 2019年：第七代产品，年：第七代产品，Agilent 7500cAgilent 7500c第一代八极杆反响池系统第一代八极杆反响池系统 运用于环保、海水、临床、医药等高基体样品的分析及联用技术和运用于环保、海水、临床、医药等高基体样品的分析及

8、联用技术和形状分析形状分析20192019年：第八代产品，年：第八代产品，Agilent 7500csAgilent 7500cs，第二代八极杆反响池系，第二代八极杆反响池系统统运用于半导体高纯样品及其他高基体样品的分析运用于半导体高纯样品及其他高基体样品的分析 2019 2019年：第九代产品年：第九代产品Agilent 7500ceAgilent 7500ce 运用于海水、临床、医药、环保及联用技术和形状分析运用于海水、临床、医药、环保及联用技术和形状分析，高性能，高性能 2019 2019年：第十代产品年：第十代产品Agilent 7500cxAgilent 7500cx HMI HMI

9、系统使仪器在高基体样品系统使仪器在高基体样品分析中更加稳定，高效分析中更加稳定，高效 2021 Agilent 7700 series ICP-MS 上市Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 5ICP-MS的运用领域分布的运用领域分布环境环境: 49%: 49%饮用水、海水、环境水资源饮用水、海水、环境水资源食品、卫生防疫、商检等食品、卫生防疫、商检等土壤、污泥、固体废物土壤、污泥、固体废物消费过程消费过程QA/QCQA/QC，质量控制，质量控制烟草酒类质量控制烟草酒类质量控制, , 鉴别真伪等鉴别真伪等Hg, As, Pb, SnHg

10、, As, Pb, Sn等的价态形状分析等的价态形状分析半导体半导体: 33%: 33%高纯金属高纯金属( (电极电极) )高纯试剂高纯试剂( (酸酸, ,碱碱, ,有机有机) )Si Si 晶片的超痕量杂质晶片的超痕量杂质光刻胶和清洗剂光刻胶和清洗剂医药及生理分析医药及生理分析6%6%头发、全血、血清、尿样、生头发、全血、血清、尿样、生物组织等物组织等医药研讨，药质量量控制医药研讨，药质量量控制药理药效等的生物过程研讨药理药效等的生物过程研讨地质学地质学: 2%: 2%金属资料，合金等金属资料，合金等土壤、矿石、堆积物土壤、矿石、堆积物同位素比的研讨同位素比的研讨激光熔蚀直接分析固体激光熔蚀

11、直接分析固体样品样品核工业核工业: 5%: 5%核燃料的分析核燃料的分析放射性同位素的分析放射性同位素的分析初级冷却水的污染分析初级冷却水的污染分析化工，石化等化工，石化等: 4%: 4%R&DR&DQA/QCQA/QC法医，公安等法医，公安等: 1%: 1%射击残留物分析射击残留物分析特征资料的定性特征资料的定性来源分析来源分析毒性分析毒性分析Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 6什么是什么是ICP-MS?ICP - Inductively Coupled Plasma 电电感耦合等离子体感耦合等离子体 质谱质谱的高

12、温离子源的高温离子源样样品蒸品蒸发发、解离、原子化、解离、原子化、电电离等离等过过程程 MS - Mass Spectrometer 质谱四极杆快速扫描质谱仪经过高速顺序扫描分别测定一切元素高速双通道方式检测器对四极杆分别后的离子进展检测一种强有力的无机元素分析技术一种强有力的无机元素分析技术+ICP-MS的根本原理与的根本原理与Agilent 7700引见引见Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 7氩的第一电离能高于绝大多数元素的第一电离能(除He、F、Ne外)，且低于大多数元素的第二电离能(除Ca、Sr、Ba等)。因此，大多数元素在

13、氩气等离子体环境中，只能电离成单电荷离子，进而可以很容易地由质谱仪器分别并加以检测。Ar 等离子体中各元素的电离特性等离子体中各元素的电离特性Agilent 7700 ICP-MS Agilent 7700 ICP-MS 系统详图系统详图高基体进样系统高基体进样系统(HMI) 稀释气入口稀释气入口半导体冷却控温雾室半导体冷却控温雾室离轴偏转透镜离轴偏转透镜低流速进样低流速进样高速频率匹配的高速频率匹配的 27MHz 射射频发生器频发生器高性能真空系统高性能真空系统池气体入口池气体入口高频率高频率 (3MHz) 双双曲面四极杆曲面四极杆快速同时双方式检快速同时双方式检测器测器 (9 个数量级线个

14、数量级线性动态范围性动态范围)高离子传输效率、耐高盐接口高离子传输效率、耐高盐接口第第3代八极杆反响池代八极杆反响池系统系统 (ORS3)ICP-MS的组成：进样系统、离子源、接口、离子透镜、八极杆碰撞反响池、四极杆滤质器、检测器、真空系统进样系统进样系统 HMI HMI 高基体系统高基体系统进样系统采用:低样品提升量 (约0.15mL/min) 雾室温度采用Peltier 制冷安装控温HMI 高基体系统 (High Matrix Introduction), 可根据样品基体中的含盐量在软件中自动选择等离子体条件，大大提高ICP-MS的耐盐性。HMI HMI 如何任务？如何任务？HMI 采用气

15、溶胶稀释原理，与溶液稀释的方法相比，可有效节省时间与试剂，减少误差与污染。HMI HMI 强劲的等离子体强劲的等离子体 极低的氧化物干扰极低的氧化物干扰 含不同浓度Mo(0, 2, 5 ppm Mo)的溶液中加标1 ppb Cd。 比较7700 x不用HMI (1% 氧化物)与7700 x 采用 HMI 条件(0.2%氧化物)下的分析结果。氧化物比例与耐盐量氧化物比例与耐盐量(TDS)(TDS)的关系的关系CeO+/Ce+3.0 %2.0 %1.5 %0.2% *耐盐量(TDS)0.05 %99.99)3 未电离的样品基体：未电离的样品基体：Cl, NaCl(H2O) n, SOn, POn,

16、 CaO, Ca(OH)n, FeO, Fe(OH) n,这些成分会堆积在采样锥、截取锥、第一级提透镜、这些成分会堆积在采样锥、截取锥、第一级提透镜、第二级提取透镜、第二级提取透镜、偏转透镜以上部件在真空腔外偏转透镜以上部件在真空腔外 、ORS、预四极杆、预四极杆、四极杆、检测器上按先后顺序依次减少，是实践样品分析时使仪器不稳四极杆、检测器上按先后顺序依次减少，是实践样品分析时使仪器不稳定的主要要素，也是仪器污染的主要要素；定的主要要素，也是仪器污染的主要要素；4 已电离的样品基体：已电离的样品基体：ArO+, Ar +, ArH+, ArC +, ArCl +, ArAr +,Ar基分子离子

17、基分子离子 CaO+, CaOH +, SOn +, POn +, NOH +, ClO + 样品基体产生，这些成分由于分子量与待测元素如样品基体产生，这些成分由于分子量与待测元素如Fe, Ca, K, Cr, As, Se, P, V, Zn, Cu等的原子量一样，是测定这些元素的主要干扰；等的原子量一样，是测定这些元素的主要干扰； Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 22较高的等离子体中心通道温度尤为重要！较高的等离子体中心通道温度尤为重要！6800K时电离能与离子数量的关系图时电离能与离子数量的关系图00.10.20.30.40

18、.50.60.70.80.91051015电离能电离能 (eV)电离效率电离效率Ip rangeeVElement3 to 7Cs, Li, Na, K, Ca, V, Cr, Sr, Rb, Ba, REE, Pb, U7 to 10Be, Mg, Ca, Transition Elements, As, Se, Mo, Cd, I, Au, ThAbove 10 P,S, Cl, Br, Au, Hg获得更多已电离的待测元素Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 23等离子体温度越高，元素的电离效率就越高，就会等离子体温度越高，元素的

19、电离效率就越高，就会构成更多的待测离子构成更多的待测离子Ionisation Potential (eV)Ion population as a function of Plasma Temperature00.10.20.30.40.50.60.70.80.91051015Degree of ionisation6800K6100K7500KAsHgTitle of PresentationDateAgilent RestrictedPage 24 等离子体能量越高电离效率越高许多元素的电离度主要取决于等离子体的温度，假设等离子体的能量不够高，基体程度的变化就会引起细微的温度变化，从而严重影

20、响灵敏度。Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 25a) ICP发生器射频频率27.12MHzb) 较小的进样流量对相邻质量的峰对相邻质量的峰奉献极小奉献极小 1ppm Y 溶液的对数坐标质谱图阐明四溶液的对数坐标质谱图阐明四极杆具有极好的峰形和丰度灵敏度极杆具有极好的峰形和丰度灵敏度请留意在低质量或高质量处都没有请留意在低质量或高质量处都没有拖尾拖尾真正的双曲面杆真正的双曲面杆由纯钼资料经精细打磨由纯钼资料经精细打磨而成；而成；采用新型数字采用新型数字RF发生器发生器(3.0MHz) 可得可得到极佳的传输效率、峰形和丰度灵敏度到极佳的

21、传输效率、峰形和丰度灵敏度Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 41四级杆由四根精细加工的双曲面杆平行对称陈列而成在特定的电压下，只需特定质量数m/z的离子才干稳定的沿轨道穿过四级杆。因此，经过快速扫描、变换电压的方式，不同质量数的离子可以在不同时间内稳定并穿过四级杆到达检测器。+ Vcoswt - VcoswtQP Bias + ( U + V cos t )QP Bias - ( U + V cos t )双曲面四级杆双曲面四级杆Y-axis field removes ions above a certain massX-axis

22、 field removes ions below a certain mass四四级级杆原理杆原理- U+ UTitle of PresentationDateAgilent RestrictedPage 42分辨率和丰度灵敏度分辨率和丰度灵敏度好的丰度灵敏度：对好的丰度灵敏度：对相邻峰无奉献相邻峰无奉献10% 峰高处峰宽峰高处峰宽普通为普通为0.650.80amu分辨率分辨率峰高峰高50%峰高处峰宽峰高处峰宽普通为普通为0.50.6amuMM - 1M + 1丰度灵敏度丰度灵敏度M - 110%峰高峰高差的丰度灵敏度：差的丰度灵敏度：峰拖尾，对相邻峰峰拖尾，对相邻峰的峰高有奉献的峰高有奉献

23、M丰度灵敏度是丰度灵敏度是M处峰高与处峰高与M-1和和M+1处峰高的比处峰高的比值值Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 43四极杆质量过滤器四极杆质量过滤器 扫描线扫描线LiYTl513 V3056 VUV 从上图中，我们可以看到当交流电压V改动时，直流电压U也随之改动，但它们的比值U/V坚持不变，也就是说上图中的直线斜率坚持不变，这条直线称为扫描线。适当的U/V值可以使质量为m的离子有稳定的离子轨道穿越四极杆。对于四极杆质量过滤器，质谱的峰宽和峰面积由扫描线在稳定区图中的位置所决议。U/V比值决议了这条直线的斜率(有时也被称为增益g

24、ain)，主要影响重质量数的峰宽；当V=0时U的数值(即Y轴的截距)被称为补偿(offset)，它影响一切质量的峰宽和分辨率。U/V值越大，分辨率越高，峰强度越小。Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 44新型双方式检测器新型双方式检测器双通道方式电子倍增检测器双通道方式电子倍增检测器( (脉冲方式和模拟方式脉冲方式和模拟方式) )检测低含量信号时，检测器运用脉冲方式，此时直接记录的是撞击到检测器检测低含量信号时，检测器运用脉冲方式，此时直接记录的是撞击到检测器的总离子数量，从而给出每秒计数值的总离子数量，从而给出每秒计数值(cps)(

25、cps)。假设离子撞击到检测器的量大。假设离子撞击到检测器的量大于每秒一百万个于每秒一百万个(1,000,000)(1,000,000)，那么检测器会自动运用模拟方式进展检测，那么检测器会自动运用模拟方式进展检测，以维护检测器，延伸其运用寿命。此时丈量的是检测器中间部分电子流产生以维护检测器，延伸其运用寿命。此时丈量的是检测器中间部分电子流产生的电势，并给出模拟电压，最后将电压变换成数字信号，给出的电势，并给出模拟电压，最后将电压变换成数字信号，给出cpscps值。值。可以丈量很宽动态范围的瞬时信号，如激光烧蚀或色谱法等引入的样品可以丈量很宽动态范围的瞬时信号，如激光烧蚀或色谱法等引入的样品T

26、itle of PresentationDateAgilent RestrictedPage 45EM检测器检测器l电子倍增器l分立的打拿极(dynode)检测器 (ETP)l每个打拿极都给出电子的“级联放大l使得信号被逐级放大AmpDynodeElectronsIonM+e-e-M+Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 46脉冲脉冲/模拟双方式调谐模拟双方式调谐(P/A调谐调谐) 随着待测样品浓度的变化，化学任务站可以自动切换脉冲和模拟方式为了得到良好的线性关系，需求进展做P/A Factor调谐。进展P/A Factor调谐所用的各

27、个元素的计数值必需介于400,000和4,000,000cps之间，才干得到正确的P/A因子。假设测定的元素浓度范围很宽，脉冲和模拟两种方式都会用到，就必需经常进展P/A Factor调谐，才干得到准确的分析结果。Title of PresentationDateAgilent RestrictedPage 47真空系统真空系统 (G31XXB with split turbo)接口接口Interface18 m3/hour 机械机械泵泵典型操作典型操作压压力力 350 Pa (2.6 torr)透透镜镜腔腔Intermediate chamber170 L/sec Split分子分子涡轮泵涡轮泵主主进进口口main inlet of Split turbo molecular pump典型操作典型操作压压力力 6x10-2 Pa (3.7x10-4 torr)分析腔分析腔Analyzer/detector chamber155 L/sec Split分子分子涡轮泵侧进涡轮泵侧进口口side inlet of Split turbo molecular pump典型操作典型操作压压力力 3x10-4 Pa (3.7x10-6 torr)好的真空意味：好的真空意味：更低的噪音更低的噪音更好的