使用 Agilent 8800 电感耦合等离子体串联质谱仪在 MS/MS 模式下进行碘 129 的超痕量分析

摘要

碘 129 ( 129 I) 是一种长寿命的放射性核素（半衰期 1570 万年），由核武器试验和核电站或乏核燃料处理厂泄露释放到环境中。ICP-MS 是一种灵敏快速的检测技术，测定环境中的 129 I 和同样有重要分析意义的 129 I/127 I 比值只需要进行少量的样品处理。但因为以下两方面的原因使这个应用富有挑战性：129 I会受到来自 氙 129（129 Xe，氩等离子体气中的杂质）的干扰；129 I 在样品中的浓度极低。 因此，高灵敏度和低背景是准确测定 129 I 浓度和 129 I/127 I 比值的关键。

在以往的研究中，利用单四极杆 ICP-MS (ICP-QMS) 和八极杆反应池在反应模式下成功消除了 129Xe 对 129I 的干扰。使用氧气作为反应气体，通过电荷转移将 Xe+ 电中和形成 Xe 原子，从而将其从谱图中去除。用这种方法，得到的 129I 检测限 (DL) 为 1.1 ppt，并可以成功测定 NIST 3231 SRM 标准溶液 I 和标准溶液 II 的 129I/127I 比值。但同时也发现，ICP-QMS 存在某些局限，由于放射性核素测定中普遍存在的同位素丰度上的巨大差异（129I/127I 比值为 10-6 至10-8），会出现主要元素峰与痕量元素峰相叠加的问题。单级 MS 分离相邻组分峰的能力被称为丰度灵敏度，129I 的痕量分析使 ICP-QMS 在丰度灵敏度上的局限更加突出。在前期研究中，还将氦气通入池内，热化离子束，以提高丰度灵敏度。在这种情况下，由于痕量元素比主要元素高 2 amu，加入氦气减弱了高质量数峰的拖尾，从而可以进行精确的测定。低质量数峰的拖尾在 ICP-QMS中更严重，假如痕量元素峰比主要元素峰低 1~2 amu，将

无法进行此项测定。

因为前期工作已经完成，安捷伦公司开发了 8800 电感耦合等离子体串联质谱仪（通常简称为 ICP-MS/MS）。8800 ICP-MS/MS 在八极杆反应池 (ORS3) 及四极杆质量过滤器（现称为 Q2）之前，增加了一个主四极杆质量过滤器 (Q1)，形成 MS/MS 结构。在 ICP-MS/MS 中，Q1 作为质量过滤器，仅允许目标分析物质量数的离子进入到池内而阻止其他离子进入。由于来自等离子体和样品基体的干扰离子被 Q1 消除，反应效率大大增强，无论样品基质如何变化，反应路径和产物离子均可保持一致。较之 ICP-QMS，8800 在反应模式下的高灵敏度和在任何样品基体中消除干扰的一致性对本研究至关重要。此外，8800 的四级真空系统提供了极低的终端真空度和极低的背景干扰，因而改善了 129I 的检测限和 129I/127I 的精密度。8800 用于放射性同位素比值测定的另一个关键优势是丰度灵敏度比 ICP-QMS2有了大幅的提高。因为 MS/MS 的丰度灵敏度是两个四极杆丰度灵敏度的累积，8800 表现出了 ICP-MS 前所未有的最高灵敏度 (<10-10)。

本研究的目的是应用 8800 在 MS/MS 模式下测定 129I，在前期工作的基础上进一步提高 129I 的检测限和 129I/127I 的精密度，同时获得远高于 ICP-QMS 的丰度灵敏度。

结论

由于比 ICP-QMS 更优异的信噪比，新型 Agilent 8800 ICPMS/MS 在应对这一富有挑战性的应用中表现出了卓越的分析性能。分析结果证实了对超痕量 129I 精确的测定能力以及 NIST 3231 标液中碘同位素比值与认证值的高度吻合。这一性能通过 MS/MS 模式特有的超高丰度灵敏度得以实现。虽然 8800 卓越的丰度灵敏度在本研究的 129I 测定中并非必不可少，但它将会在 ICP-MS 目前无法实现的高纯度金属和放射性核素测定方面拓展新的应用。