如何提升您的ICP-MS分析，第二部分：干扰

在本系列的第一部分中，我讨论了ICP-MS中的污染问题以及如何解决它。在第二部分，我将深入探讨干扰这一棘手的问题，以及如何识别、消除和/或避免这些干扰。

是什么导致了ICP-MS的干扰？

自1980年代中期ICP-MS技术诞生以来，其干扰问题已被充分研究、表征和记录。最容易察觉的干扰是等离子体气体（氩Ar）与样品成分在高温等离子体环境下发生反应所形成的产物。作为一种惰性气体，氩通常不被认为具有反应性，但在高达10,000°C的等离子体中，酸蒸气、水和其他样品组分的存在会促使其形成多种产物，包括ArO+、ArN+、ArC+、ArCl+和 ArAr+。这些所谓的多原子干扰(polyatomic interferences) 分别影响 Fe、Mn、Cr、As 和 Se 的测定。此外，还观察到来自 ArOH+、ArNH+等的较少见的干扰，当样品基体中如 Na 等成分含量较高时，还会出现其他物种，如 ArNa+(其会对 Cu 产生干扰)。

除了基于氩（Ar）的干扰外，含有大量 S、P、Cl 和 C 的样品（例如来自硫酸、磷酸和盐酸以及有机样品组分）还会产生大量的干扰，包括 SO+、SO2+、PO+、PO2+、ClO+和CO+(会干扰Ti、Zn、Cu、V和Si)，以及所有这些物种的较少丰度的氢化物加合物（即SOH+、SO2H+等）。除了这些多原子干扰之外，具有相同质量同位素的元素（如40Ca和40Ar）会互相干扰，并且某些元素（如稀土元素）在等离子体中形成大量双价离子，这些离子会在其同位素质量的一半处造成干扰。

通过硬件创新解决干扰问题

面对所有这些干扰（以及更多），你可能会疑惑如何能从ICP-MS中获得任何有意义的结果。答案是，今天的ICP-MS仪器（例如Thermo Scientific™ iCAP™ RQ 单四极杆电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）配备了一种先进的系统，称为碰撞/反应池技术（collision/reaction cell technology），该技术能够显著减少大多数常见的多原子干扰，同时保持对受干扰元素足够的灵敏度，从而实现其准确定量。该技术包括在仪器接口（即等离子体与质谱仪其他部分的连接区域）和四极杆质量分析器之间设置一个碰撞池来实现。iCAP™ RQ ICP-MS 中的 QCell™通常充入持续、低流量的氦气（He）。当来自接口的离子束进入该碰撞池时，多原子干扰离子和分析物离子会与氦气发生碰撞并损失动能。尽管多原子离子的质量与其所干扰元素相同，但它们具有更大的横截面积，这意味着它们比分析物离子经历更多次碰撞。

结果是，多原子干扰离子的动能损失比分析物更多，使其能够通过在碰撞池和四极杆质谱仪之间设置简单电压屏障被排除出离子束。这样，分析物离子的测量受到的干扰大大减少——实际上，在许多情况下几乎可以实现无干扰。这种利用碰撞池进行离子能量过滤以去除干扰的方法被称为动能歧视（Kinetic Energy Discrimination（KED）。整个过程如下图 1 所示。

在少数情况下，在单四极杆 ICP-MS 仪器的反应池中使用氢气（H₂，反应气体）可能会有所帮助，因为某些干扰可以通过与这种气体发生化学反应而被去除，而它们所干扰的分析物则不会（或几乎不会）发生反应，从而显著提高了准确性并降低了检测限。然而，虽然在单四极杆仪器中使用氦气（He）和氢气（H₂） 对于广泛应用非常有效，但也存在一定局限性。有些干扰要么强度太高，要么极难分离，即使这种强大的技术也无法解决。

应对极具挑战性的干扰。

超出单四极杆ICP-MS能力范围的干扰类型包括所谓的同质异位素干扰（isobaric interferences），即某一元素的同位素与另一元素的同位素具有相同质量数（例如87Rb和87Sr），以及由样品中含有极高基体元素浓度（如金属合金消化液）产生的强烈干扰。这类干扰的例子包括CoO⁺，它会对单同位素As产生干扰，以及ZrO⁺/ZrOH⁺对Cd产生干扰。其他在单四极杆仪器上造成问题的干扰还包括双价稀土元素，如Nd²⁺和Gd²⁺分别干扰As和Se的测定。这时，三重四极杆ICP-MS技术（如Thermo Scientific™ iCAP™ TQ ICP-MS）便发挥了重要作用。

三重四极杆系统可以在离子束进入仪器的碰撞/反应池之前，对来自等离子体的离子束进行质量过滤，这大大增强了仪器去除干扰的选择性，并为使用更广泛的反应池气体（如O₂和NH₃）打开了大门，而这些气体是单四极杆仪器无法使用的。这些额外的气体允许在池中进行更复杂的化学反应，从而实现对难以去除干扰物（如CoO⁺、Nd²⁺、Gd²⁺）的更有效清除。三重四极杆仪器根据需要消除的干扰类型，通过两种方式之一实现其卓越的干扰去除能力：第一种方式是“同质量分析（On-mass analysis）”，第二种方式是“质量偏移分析（Mass-shift analysis）”。

同质量分析基于将目标同位素通过第一个四极杆（Q1）传输，同时排除离子束中大部分或全部其他同位素（后文会详细介绍）。所选质量及其相关干扰随后进入充有如氧气的碰撞池（Q2）。在这种情况下，分析物离子（例如Cd⁺）不会与O₂发生反应，而干扰物（例如ZrO⁺/ZrOH⁺）则会迅速反应生成更高价的氧化物（如ZrO₂+/ZrO2H+）。未反应的目标离子随后被传送到第三个四极杆（Q3），此时它已被有效且完全地与干扰分离，并最终被检测。

相比之下，在质量偏移分析中，经过Q1对目标同位素进行质量过滤（与常规质量分析方式相同）后，目标分析物会在Q2中与反应池气体发生反应，而相关的干扰物则不会发生反应。例如，在分析 As 时，CoO⁺ 和 Nd²⁺ 会产生干扰；在分析 Se 时，Gd²⁺ 会产生干扰（这些情况常见于例如含维生素 B 的营养补充剂分析或土壤、污泥消解液等环境样品分析）。在这种情况下，As 和 Se 会与 O₂ 反应形成 AsO⁺ 和 SeO⁺，而 CoO⁺、Nd²⁺ 和 Gd²⁺ 则不会发生相同的反应。随后，生成的 AsO⁺ 和 SeO⁺ 通过 Q3 的质量选择进行检测，从而实现无干扰测量。

除了这两种三重四极杆模式外，像iCAP™ TQ ICP-MS这样的仪器还可以在单四极杆模式下运行，无需使用碰撞池气体，也可以使用He/H₂碰撞气体，用于不需要三重四极杆选择性的分析。有了这些不同的操作模式，你可能会认为这些仪器非常复杂难用。毕竟，如果你对ICP-MS不太熟悉，怎么知道哪种模式最适合你需要测量的所有元素？Thermo Scientific™ Qtegra™ Intelligent Scientific Data Solution™ (ISDS) 软件为 iCAP TQ ICP-MS 提供了解决方案。该软件内置名为 Reaction Finder 的方法助手，可自动为您选择最佳测量模式、Q1 分析质量、反应气体以及 Q3 检测质量。如果你想在一次分析中比较不同模式的性能，只需复制目标同位素，并从可用模式下拉列表中选择不同的模式即可。

除了上述例子之外，三重四极杆ICP-MS的扩展灵活性和能力还能够实现极具挑战性的分析，包括：

• 临床样品中 Ti 的检测：需要将 Ti⁺ 与 PO⁺、Ca⁺ 区分，通过使用 NH₃ 反应气体将 Ti 转化为 TiNH(NH₃)₃⁺（质量数 114）；
• Sr 同位素比分析中 ⁸⁷Sr⁺ 与 ⁸⁷Rb⁺ 的分离：使用 O₂ 将 Sr⁺ 转化为 SrO⁺，而 Rb⁺ 不发生反应；
• 镍合金中 Se 的超痕量检测：通过使用 O₂ 将 Se⁺ 转化为 SeO⁺，从而与 NiO⁺、NiOH⁺ 和 BrH⁺ 干扰分离；
• 环境和食品样品中在 Mo 存在条件下对 Cd 的定量分析：使用 O₂ 去除 MoO⁺ 干扰；
• 环境中 I-129 的检测、定量及追踪：通过 O₂ 去除 ¹²⁹Xe⁺ 和 MoO₂⁺ 干扰。

如上所述，Q1可以选择目标同位素，并排除大部分或全部其他同位素。在大多数应用中，仅通过Q1传递目标同位素并非必需，这样做反而可能降低灵敏度并使检测限变差，相较于以更宽质量范围操作。iCAP TQ ICP-MS利用通过Q1控制质量传输的优势，对不需要单一质量Q1传输的分析，通过优化的智能质量选择（Intelligent Mass Selection，iMS）软件协议来优化灵敏度和检测限。

对于那些确实受益于通过Q1单一质量传输的少数分析，用户可将iCAP TQ ICP-MS软件设置为更高分辨率模式，从而仅选择性传输目标同位素（峰分辨率小于 1 原子质量单位，amu）。上述所有由三重四极杆ICP-MS解决的干扰问题都可以通过iMS解决——这些问题都不需要通过Q1进行单一质量传输，从而使常规及科研操作员的分析过程更加简单快捷。

想了解更多关于我们的单四极杆、三重四极杆、高分辨率及多接收器ICP-MS仪器产品组合的信息，请查看：这里如果您对如何解决ICP-MS干扰问题有任何疑问，或者想了解更多关于赛默飞世尔ICP-MS仪器如何满足您的需求的信息，请通过下方评论框告知我们！

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阅读《如何提升ICP-MS分析》，第三部分：样品前处理