商用ICP加速时间飞行质谱仪ICP－TOFMS的分析特性

电感耦合等离子体直角加速时间飞行质谱仪（ICP-oa-TOF-MS）商品化仪器的分析特性 Ralph E. Sturgeon, Joseph W. H. Lam和Andrew Saint 摘要 用分析数据说明了电感耦合等离子体直角加速飞行时间质谱仪（ICP-oa-TOF-MS）商品化仪器（Optimass8000 ICP-oa-TOF-MS，澳大利亚GBC科学仪器公司）的典型分析特性。在中等质量范围（103Rh）将仪器参数最优化后，测得仪器在9～238的m/z范围内元素检出限典型值为1ppt，背景计数平均为0.5Hz（0.5计数/秒），灵敏度为每µg/ml（Rh）计数7MHz，分辨率（FWHM）在500（7Li）～2200（238U）范围，700分钟的长期稳定性为0.7％h-1，丰度灵敏度为2.8×10-6（低质量端）和7.4×10-5（高质量端），质量偏歧系数在低质量端（24Mg）为每质量单位10％，在高质量端（m/z>80）小于1％，当用脉冲计数方式测量同位素丰度比值时，同位素丰度比值的测量精密度计数的统计学特性。在30ppm的NaCl基体中，基体效应不明显，当NaCl基体浓度达到3500ppm时，信号抑制达到60～80％，但这不影响测量的分辨率、质量校准和同位素丰度比值测量的准确度。仪器可以可靠地记录由流动注射、激光烧蚀、电热蒸发等进样方法产生的瞬时信号，由于没有质量扫描的回旋时间效应，因而仪器可以准确地测量瞬时信号中的同位素丰度比值。 关键词 电感耦合等离子体（ICP） 直角加速 飞行时间（TOF） 质谱（MS） 分析特性 1 介绍 最新引入市场的ICP-TOF-MS为用户提供了大量的实用优点，包括：样品的分析速度快，全谱获取时间短；激光烧蚀、流动注射和电热蒸发等瞬时信号的测量精度高；提高了分辨率；不限制内标的数量因而不必进行性能的折衷选择；由于同时采样而大大提高了同位素丰度比值测量的精密度。 遗憾的是现在有ICP-TOF-MS系统的实验室还很少，有关其分析性能的文献也很少，对于欲购买ICP-TOF-MS的潜在用户来说，现在的文献还不足以让他们对ICP-TOF-MS进行综合的评价。Myers和Hieftje首先报道了关于一台ICP离子源与一台TOF质谱仪耦合的设计和主要分析性能，得出的结论是：在提取来自ICP的超声波膨胀连续离子束中离子的两种方式中，和轴向加速离子提取相比，直角加速离子提取灵敏度更高，常规循环更佳，分辨率更好。作者利用加速后反射场（导向电极板）以维持与被采样离子束相垂直的漂移轨道，结果表明与保持轴向加速的简单自然漂移轨道相比，oa-TOF的分辨率有所降低，而且有达到百分之几／质量单位的明显的质量偏倚效应。研究表明，只要简单地增加被采样离子束的长度就可以避免这种情况的发生，因为高能（质量数大）的离子从离子包的尾端传送到检测器，同时低能离子从首端（在离子束方向上离检测器最近）取样。通过这种途径，在整个质量范围内可以获得更为均匀的响应，不需要采用更大的检测器。 近来，文献报道了商用ICP-aa-TOF-MS仪器（LECO Renaissance）的分析特性。这种仪器强调了用TOF检测后同位素丰度比值的测量精密度得到提高。但除了相对信号强度（使用模拟检测模式）的性能和精密度数据，从一般用户的角度来说，Vanhaecke等报道的其它信息较少，在整个研究过程中利用分析溶液的浓度相对较高，为50-500 ng mL-1。Tian等对这种仪器进行了大量定量的评价，涉及准确度、精密度、分辨率、检出限、稳定性和同位素丰度比值精密度。Emteborg等进一步详细评价了应用这种TOF-MS系统测量同位素丰度比值的精密度和质量偏倚，考察了检测器电压、积分窗口和时间对准确度和％RSD的影响。研究了使用的溶液浓度为50-220ng mL-1，以模拟方式检测，目的是降低本底噪声和避免死时间校正以及污染问题。对部分信号强度高的元素，RSD低于0.05%。 在TOF检测优点方面争论最多的问题是在样品源中消除漂移和闪烁噪声成分。由于在每次质量分析循环中，所有的离子都是从ICP中同时采样的，一些效应可以通过比值技术补偿。另外，由于使用同一个检测器（相对于多接收仪器），噪声的特性和信号的特性是一样的。实际上，TOF检测是一种相当于同时检测的技术，离子通过撇样锥和飞行管之间的离子光学系统所需时间对质量的影响极小。 本研究的目的是用分析数据说明商用电光耦合等离子体直角加速飞行时间质谱仪（ICP-oa-TOF-MS）的性能。