配备 UHMI 的 Agilent 7900 ICP-MS 用于矿石参比物质中金属的超痕量分析

前言

地质调查和采矿业在样品数量、元素数量、时间/成本限制和复杂基质方面提出了高分析要求。根据元素和浓度的范围不同，一些样品需要分析两次：浓度较高的元素采用 ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱）分析，而痕量元素采用 ICP-MS 测量。对于这些样品，单次分析可提高效率，并降低每个样品的成本。尽管 ICP-MS 是唯一能够测量所有必需痕量元素的技术，但是岩石消解液中宽范围的分析物浓度、高酸浓度和高总溶解固体 (TDS) 对这项技术提出了挑战。

Agilent 7900 ICP-MS 包含三种关键技术，专门设计用于提高复杂、高基质样品分析的性能和速度。包括：

1. 采用安捷伦集成样品引入系统的不连续进样 (ISIS-DS) 技术。不连续进样仅在实际测量过程中引入样品，最大程度减少仪器对样品的暴露；同时对清洗耗费的分析循环时间进行平衡。不连续进样也很快速，因为数据采集与样品提升和清洗的时间相重叠，而其流速则不受限于雾化器或 ICP-MS 接口组件

2. 采用安捷伦超高基质进样 (UHMI) 系统的气溶胶稀释技术。在分析高基质样品时，UHMI 使用优化的等离子体条件、样品深度和气溶胶稀释，以显著减少基质效应，并提高长期稳定性。UHMI 系统将气溶胶稀释的范围扩展了 100 倍，可耐受的 TDS 水平最高可达 25%（比上一代HMI 高 10 倍），这一基质水平是传统 ICP-MS 系统可接受限度的 100 倍

3. 第四代八极杆反应池系统 (ORS4) 在氦碰撞模式（ He 模式）下运行，能够减少干扰，并扩展动态范围。传统上，矿物实验室并未采用碰撞/反应池 (CRC) 技术去除干扰，而倾向于依靠数学上的干扰校正方法。这一决策背后的驱动因素是分析效率。CRC 模式依赖反应气体，在一组池条件下，不适用于同时测量复杂基质中的大量元素；而多种池模式显著增加了分析的测量时间。另外，与反应模式相比，He 模式的优势在于能够普遍有效地避免所有多原子干扰。因此，相比于无气体方法，He 模式作为唯一的气体模式仅增加了少量额外的分析时间，却增加了不少优势，如在干扰元素存在下获得更出色的检测限和更高的分析可信度。He 模式还具有其他优势，如将低质量数高浓度元素（ Na、K、Ca、Mg 等）的响应降低一个或多个数量级，从而将这些元素的线性范围上限有效提升至数千 ppm。在这种情况下，通常需要使用 ICP-OES 分析的元素可在 ICP-MS 中运行，显著降低每个样品的分析成本。尽管 He 模式可以应用于几乎整个元素表，但这样做将增加运行时间，因为在 He 模式下需要的积分时间稍长一些。因此，在典型的采矿样品中，只有那些容易受到多原子干扰的元素才会在 He 模式（ 包括高能量 He 模式）下进行分析

结论

在本研究中，48 种元素（3 种内标和 45 种分析物）采用 ICP-MS 分析，每个样品分析时间为 90 秒，在超过 6 小时内获得了优异的稳定性。

对于高 TDS 岩石消解液的长序列，UHMI 和 ISIS-DS 提供了无与伦比的基质耐受性和极小的漂移。使用氦模式提高了分析可信度且降低了检测限，而仅增加了极少测量时间。此外，还将低质量数、高浓度元素的动态范围扩展至数千 ppm，因而能够在一次测量中分析这些样品。

对于原始矿石样品，分析简单可靠，检测限处于低 ppb 范围。通过分析一系列矿物有证标准物质，证明该方法具有优异的准确度。

本研究证明配备 UHMI 和 ISIS-DS 的 Agilent 7900 ICP-MS 能够分析酸消解的地质样品，此前这些样品对这项技术具有挑战性。该仪器用于测定各个地质样品中痕量水平的一些元素以及较高浓度的其他元素，而无需采用另一种技术单独分析。这将提高分析效率，并降低每个样品的分析成本。