安捷伦： ICP-MS让元素分析“如虎添翼”

自1983年第一台商品化电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)问世以来， ICP-MS技术迅速发展成为一种应用广泛且受到高度评价的分析技术。随着相关应用领域对该技术需求的不断拓展和应用基础研究的不断深化，以及ICP-MS仪器的不断改进和完善，该技术已进入了成熟阶段。在学术交叉和应用方面，ICP-MS渗透到环境、物理、化学、生物、医学、食品、环境、材料、核科学等诸多领域，很多成熟的方法已经发展成为标准化的方法。近年来，ICP-MS在贵金属、类金属和非金属元素分析，联用技术与形态分析，单颗粒和单细胞分析等方面取得了重要的进展，同时也在免疫分析、疾病诊断、药物筛选、纳米分析等方面得到越来越多的应用。

　　国际上ICP-MS的主要生产商有安捷伦、赛默飞、珀金埃尔默、岛津、耶拿等，同时国产仪器厂商也在积极研制ICP-MS产品，厂商分别有聚光科技、谱育科技、天瑞仪器、东西分析、钢研纳克、博晖创新、毅新博创、北京衡昇等。为帮助用户更好地学习、了解ICP-MS技术及应用的最新进展内容，仪器信息网特别策划了“精进不休：ICP-MS新技术新应用”专题，并邀请到ICP-MS市场上的主流生产商们，请他们谈谈对ICP-MS技术发展及最新应用进展的看法。

　　近日，仪器信息网采访了安捷伦科技(中国)有限公司实验室解决方案市场总监郑欣、无机分析应用经理宋娟娥、大中华区光谱产品市场经理冯旭，与他们就ICP-MS技术与应用发展、未来市场趋势等进行了深入的交流。

安捷伦科技(中国)有限公司实验室解决方案市场总监郑欣

安捷伦科技(中国)有限公司无机分析应用经理宋娟娥

　　安捷伦ICP-MS技术发展史——不断创新

　　说到安捷伦ICP-MS技术的发展历程，可以追溯到1963年。当年，惠普公司(安捷伦前身)与日本横河(Yokogawa)电气达成合作，创建了他们的第一家联合企业横河惠普，并于1987年推出首台由计算机控制的ICP-MS仪器。该仪器结合了惠普公司的专利技术与日本横河在测量分析领域的领导地位，推向市场的过程中受到用户的普遍欢迎。

　　1994年，横河惠普乘胜追击，推出首台台式的ICP-MS 产品HP 4500，在业内率先采用屏蔽炬、帕尔帖控温雾室、双曲面四极杆等全新技术。1998年推出Plasma-Chrom色谱联用技术，推动了色谱与ICP-MS联用技术的发展;2000年，从惠普独立后的安捷伦推出了7500系列ICP-MS，仪器搭载了具有9个数量级范围的检测器，并首先提出碰撞/反应池在单氦模式下消除质谱固有干扰;2009年推出的7700系列配有安捷伦专利的耐高盐进样系统，并从碰撞池消除干扰能力、灵敏度以及软硬件的操作与数据处理方面全面提升仪器性能;2012年，安捷伦推出业内首款三重四极杆ICP-MS/MS产品8800，进一步消除复杂样品中未知元素带来的干扰，为用户高端研究和复杂分析难题带来变革……。

　　目前安捷伦主要的ICP-MS产品有单四极杆型的7800、7900系列，以及三重四极型的8900等。宋娟娥介绍到，安捷伦一直以来对耐高盐技术进行着升级和改善，早期推出的 7700系列具有独特的耐高盐进样系统(HMI)，使其耐盐能力由传统的0.1-0.2%显著提高至2-3%，因此更适合食品、废水、土壤消解物等复杂样品的分析。同时，凭借全新设计的离子透镜，7700系列ICP-MS提高了整个质量范围的灵敏度，降低了背景噪音。后来推出的7900系列采用了超耐高盐进样系统 (UHMI)，其高盐基质耐受能力比传统 ICP-MS 限量高 100 倍，使实验室可以测量含有高达25%总溶解固体的样品，该技术克服了局限ICP-MS发展的瓶颈，拓展了其在高基体领域的应用。

　　高盐进样系统(HMI)

　　碰撞反应池(CRC)技术的突破可以有效消除一些特定的质谱干扰，使低浓度元素的分析取得重大改进。因此，各主流厂商ICP-MS都拥有其专利技术的碰撞反应池系统，但各家的碰撞反应技术各不相同，这也成为ICP-MS仪器最有区别的一部分。安捷伦采用的八极杆反应池系统(ORS)，引进了单氦碰撞模式，利用惰性气体碰撞消除多原子离子的干扰是基于物理方法消除的，而并非与反应气体的特殊反应。由于所有的多原子干扰离子体积都大于受其干扰的被测物，因而与He池气体碰撞的机会大于体积相对较小的待测离子。多原子离子因而会失去更多的能量，在正的歧视电压下不能进入质量分析器：该过程称为动能歧视(KED)。KED成功消除干扰的需要具备两个条件：第一，进入池内离子的能量范围必须足够窄-----安捷伦通过采用屏蔽炬技术实现，它严格限制了离子能量范围小于1 eV;第二，在碰撞池中，多原子离子必须经历足够多次的碰撞，以便在碰撞池出口处与目标元素离子分开。“因为八极杆比六极杆和四极杆系统具有更高的池内压力和更好的聚焦效率，其碰撞频率大大增加，同时其良好的聚焦效果确保了待测离子的灵敏度受到的影响最小”。宋娟娥说到。

　　关于ICP-MS的检测器部分，宋娟娥表示：“安捷伦的ICP-MS采用离轴检测器技术，该专利技术可提供低背景、宽线性范围等优势，该技术也应用在安捷伦的单四极杆及三重四极杆质谱中”。

　　巩固优势领域 合作为核心

　　在新材料的生产、合成过程中，各类重要元素，特别是金属离子或金属化合物的加入或使用至关重要，因而半导体/高纯材料领域的各种元素分析成为令人关注的课题。

　　从安捷伦ICP-MS技术的发展历程中可以看出，安捷伦深耕在半导体行业已三十余年，从1994年推出4500系列开始，每个时期安捷伦都为半导体行业推出其专用的ICP-MS型号，包括HP4500-300、7500s、7500cs、7700s，这些型号采用了屏蔽炬和冷等离子体的技术，非常适用于半导体工业的超痕量杂质分析，因此也得到广泛的应用。在高纯材料领域，与高分辨ICP-MS依靠物理原理进行分辨不同，安捷伦的三重四极杆ICP-MS可以靶向针对该领域用户的痛点，通过物理和化学的原理进行分辨。“元素杂质含量是影响集成电路良率的关键因素，也是半导体行业核心的质控指标，而近些年发展起来的纳米颗粒污染，也成为该行业需要扩展的重要质控项目。而安捷伦在纳米颗粒的技术积累和解决方案以及配套的ICP-MS产品很好的满足了该需求。目前对于半导体行业的一些高端用户来说，纳米颗粒杂质检测已经成为他们日常质量控制工作的一部分”。宋娟娥说到。

　　宋娟娥还提到，在半导体元素分析领域30多年的技术积淀，为安捷伦在奠定了该市场的领导地位。此外，为更好的经营中国半导体行业的业务以及更好地为半导体行业的用户服务，安捷伦在中国设立半导体技术支持团队包括专职的产品工程师，应用工程师以及售后服务工程师等体系，同时还提供半导体定制化应用方案。。

　　关于ICP-MS在制药领域的应用，郑欣说，“化学药分析时需使用有机溶剂进行前处理，而仪器对有机溶剂的耐受性有限;另外，该领域的特点是对法规的依赖性很强”。基于此，安捷伦ICP-MS的仪器硬件经过多年在半导体行业的考验，其仪器耐受性方面具有一定的优势。此外，美国药典、欧洲药典以及中国药典中都收录了ICP-MS方法，因此安捷伦在研发时就将药典方案配套嵌入系统中，并与其气相、液相色谱系统等进行联用，同时可定制操作软件。不仅如此，安捷伦还针对药典开发的方法设立了专门的应用课程，真正为用户提供更多的便利。

　　谈到金属组学相关的研究，宋娟娥表示，该领域的研究一般分为基础研究和临床研究，而安捷伦很早就介入了该领域，她举例说：“2007年安捷伦与辛辛那提大学联合成立金属组学研究中心，也与西班牙奥维耶多大学、斯坦福大学等合作进行金属蛋白、金属酶作用途径和代谢组学、元素成像等相关的研究。”宋娟娥表示，三重四极杆ICP-MS的出现，使其更多地被用于痕量硫磷的蛋白绝对定量、硫同位素比值分析等，就该方向安捷伦也与许多高校及科研院所合作，比如北京大学、四川大学和东北大学等。

　　ICP-MS市场：提效降速 高质量发展

　　就未来ICP-MS技术的发展趋势，宋娟娥表示，ICP-MS产品技术已发展到成熟阶段。未来的发展将集中在三个方向：从用户角度来看，对有机溶剂的耐受以及复杂基质分析的需求将不断增加;就技术角度而言，未来仪器操作将会结合人工智能和大数据，使得操作更加简单便捷;站在应用的角度，ICP-MS串联质谱的出现目前在某些行业正在制定标准，未来需要不同行业的用户开发更多的应用方法，继续发挥其潜能和优势。宋娟娥认为：“相较于常见的无机质谱技术，ICP-MS联用分析技术拥有很多优势及发展潜力，该技术未来将会成为主要的发展方向”。

　　此外，就各有优缺点的原子吸收光谱法(AAS)与ICP-MS方法，郑欣表示，未来ICP-MS取代AAS的趋势还将取决于市场需求与检测方法的要求。

　　关于ICP-MS在临床应用领域未来的发展，郑欣表示，虽然现在并没有必须使用ICP-MS方法检测的项目，但代谢相关的研究，比如通过金属元素在体内分布的含量表征生命的行为特征，将是未来的主要发展方向。目前，质谱仪可在医院检验科发挥着分析测试检验的作用，但它对操作者要求较高且并未做到真正意义上的临床诊断。因此，质谱仪器除要对本身性能进行提升外，与其配套的试剂盒、操作软件等更需进行改善，以适配临床应用的需求。郑欣说到：“从市场角度来看，整个临床质谱的市场是动态的，ICP-MS在该领域刚起步，因此我们保持观望等待机会、选择方向”。

　　就ICP-MS的两大话题行业，食品安全及环境领域的市场发展，“食品、环境行业经过了一波非常快速的增长，用户采购和使用的“主力军”从政府到企业再转到外包第三方，这过程中ICP-MS也经历了大量技术和标准的提升与完善，相信未来这两个行业还将是ICP-MS的热点需求市场”。郑欣如是说道。

　　关于制药领域，郑欣表示，中国药典以前主要集中在中药重金属的ICP-MS检测，但根据美国药典、欧洲药典的发展来看，未来将会更多地涉及临床药物、药包材以及辅料的金属元素检测。“药典每五年更新一版，2020版中将首次把化学药的元素杂质检测列入药典，以前关于重金属的检测多是比色法，未来我们非常看好ICP-MS为制药行业提供的解决方案”。

　　ICP-MS技术经过近四十年的发展取得了一些重大的突破，其技术本身已经较为成熟。未来仪器将以自动化、智能化，提高效率为发展方向，满足各领域对分析的要求。此外，中国市场ICP-MS的应用发展整体上与全球的情况较为一致，从欧美国家的应用情况可以看出中国ICP-MS的应用发展趋势，如食品、环境、制药等热点市场将继续保持对ICP-MS的需求，地质、半导体、生物医学、石油石化、科学研究等前沿领域ICP-MS也将发挥其联用优势，助力更灵敏、更准确的分析。

　　采访的最后，郑欣表示，中国分析仪器行业经过了20年的高速发展，未来整个市场的发展将由其体量决定，将呈现降速但高质的发展趋势。

　　合影