电感耦合等离子体质谱技术及其在地质样品中的应用

曹三勇

重庆市地勘局川东南地质大队 重庆 400000

电感耦合等离子体质谱技术，是联合质谱技术、感耦等离子技术，属于新型分析技术。上世纪八十年代，我国引入并适应电感耦合等离子体质谱仪器，注重研究仪器的元素测定结果，技术原理与方法等。现阶段，国内多数实验室测量痕量、超痕量元素中，多采用电感耦合等离子体质谱技术。在实际应用中，电感耦合等离子体质谱技术应用范围持续扩大，不仅体现在地质科学研究中，同时应用到环境、冶金、医学、半导体、生物医学等领域。

1 电感耦合等离子体质谱技术原理

电感耦合等离子体质谱技术，离子源为电感耦合等离子体，通过质谱计，对无机多元素分析技术进行检测，被分析样品采用水溶液气溶胶方式，可以进入到氩气流内，通过大气压的氩等离子体中心，采用射频能量激发方式，借助等离子体高温效果，促使样品去溶剂化、电力、汽化解离。等离子体通过不同压力区，可以进入到真空系统内，按照质荷比，分离正离子。通过检测器，能够将离子转换为电子脉冲，采用积分方式，对线路计数进行测量。比较分析现有标准、参考物质，能够定量分析样品痕量元素。

电感耦合等离子体质谱技术，通过解救技术，可以结合质谱仪、离子源的优势，比如干扰少、扫描快、灵敏度高等，可以形成同位素、元素分析技术。该项技术具备多种优势，例如线性范围宽、测定元素多、检出限低，可以扩大应用范围，属于强大的痕量超痕量无机元素分析法。

2 技术干扰与克服方法

在电感耦合等离子体质谱技术中，主要受到质谱干扰、非质谱干扰。针对前者，涉及到多原子离子干扰，同量异位素重叠干扰、难熔氧化物干扰、双电荷离子干扰。对于后者，包括高盐量所致物理效应、抑制增强效应等。

在电感耦合等离子体质谱技术应用中，提出新型质谱干扰措施。现阶段，处理质谱干扰，不仅包含以上仪器条件，还需要在测定之前，对干扰元素进行分离处理，数字校正法，冷等离子体技术、动态碰撞技术、反应池技术。

非质谱干扰，被称为基体效应，干扰效应非常复杂，不同基体元素，都会影响待测元素，所产生的影响程度差异大。当待测元素质量数较低时，则会受到基体效应影响。当基体元素质量数较大时，会产生明显基体效应。基体效应、仪器透镜系统，具备显著关联性。基体干扰效应，能够对仪器工作参数进行调节，通过标准加入技术、内标法、样品引入技术，可以消除基体效应，同时可以分离痕量元素。

3 地质样品分析中的技术应用

3.1 贵金属元素分析 贵金属涉及到铂、银、金等元素，质量范围比较大，可以采用电感耦合等离子体质谱技术检测。然而在地质样品中，铂、金元素含量少，且铂元素分布不均匀。所以，实验室多应用密闭溶样、提纯、分离、富集等方式处理，之后借助电感耦合等离子体质谱技术检测，具备准确检测结果。

3.2 稀土元素分析 稀土元素涉及到16种，通过电感耦合等离子体质谱技术，发挥出谱线简单、灵敏度高、检出限低等优势，可以准确检测痕量稀土元素。

3.3 常规微量元素分析 在地质样品中，注重分析常规微量元素，属于重要检测内容。部分学者研究中，采用密闭罐消解、电热板消解方式，做好土壤样品前处理。按照加标回收试验、标准物质实验，结果显示，当消解方法不同时，可以有效检测土壤不同矿质元素。因此在某地区土壤样品矿质元素检测中的应用显著。国内学者分析了微波消解、电感耦合等离子体质谱技术，将其应用到沉积物、土壤样品检测中。还有部分学者，采用电感耦合等离子体质谱技术，对沉积物、土壤、岩石内的元素进行检测，例如铜、镍、锰、锂等。

3.4 非金属元素分析 在岩石、水系沉积物、土壤中，碘、溴属于重要指标元素。部分学者采用电感耦合等离子体质谱技术，对溶液内碘、溴元素进行检测，检出限低，测定现象范围宽，且准确度非常高。

硒元素会直接影响人类健康，因此被广泛应用到环境地球化学、生物化学等领域。国外学者，采用电感耦合等离子体质谱技术，对岩石样品的硒元素丰度比进行检测，通过巯基棉技术，将样品内的硒元素进行分离。在技术应用中，安装氢气发生器，再次纯化分离样品。还有学者通过八极杆碰撞室方法，对沉积物内部硒元素进行测量，同时分析稀土元素双电荷离子，对硒元素比对测量的影响。

在植物生产中，磷属于重要矿物质元素，有效磷可以表示土壤中的磷吸收量，现已成为农业化验室的常规化验项目。我国学者采用标准技术，对石灰性土壤内部有效磷进行测定，方法检出限为0.085μg/g。

3.5 同位素比值分析 在测量同位素时，应用电感耦合等离子体质谱技术的效果显著，能够加快测量速度、检出限低、灵敏度高，在裂变产物同位素测量、生命科学、地质学、地球环境化学中，都开始广泛应用电感耦合等离子体质谱技术，检测同位素物质。在近几年发展中，逐渐改进优化了四级杆仪器，并且出现质量分析器，例如碰撞反应池技术、多接收器磁扇形技术、飞行时间等离子质谱仪，明显改善了同位素分析精密度。相比于二次电离质谱、热电离源质谱技术，可以全面提升竞争力。

按照相关学者研究显示，分析高强不相容元素、中等不相容元素的岩石样品中，中等不相容元素同位素，可以通过多接收等离子体质谱分析法。对于高强不相容元素地质样品，采用分组试验方式，明确同位素比值和元素含量比值的关系曲线。国内学者，采用电感耦合等离子体质谱技术，精确测量钕同位素，采用平行地质样品分析显示，电感耦合等离子体质谱技术，可以并且钕同位素测定精确度，相比于热电离质谱法，电感耦合等离子体质谱技术能够获得高精度数据，同时可以缩短分析时间，显著提升应用效率。

4 结束语

综上所述，电感耦合等离子体质谱技术，可以有效测定痕量超痕量元素，有效作用于同位素比值分析中。对于电感耦合等离子体质谱技术而言，可以联合使用激光剥蚀技术、多形态分离技术，在分析元素微区原位时，应用前景广阔。