电感耦合等离子体质谱法.docx

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电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法

2021年版《药典》四部通那么0412

本法是以等离子体为离子源的一种质谱型元素分析方式。

要紧用于进行多种元素的同时测定，并可与其他色谱分离技术联用，进行元素形态及其价态分析。

样品由载气（氩气）引入雾化系统进行雾化后，以气溶胶形式进入等离子体中心区，在高温和惰性气氛中被去溶剂化、汽化解离和电离，转化成带正电荷的正离子，经离子搜集系统进入质量分析器，质量分析器依照质荷比进行分离，依照元素养谱峰强度测定样品中相应元素的含量。

本法灵敏度高，适用于各类药品从痕量到微量的元素分析，尤其是痕量重金属元素的测定。

1.仪器的一样要求

电感耦合等离子体质谱仪由样品引入系统、电感耦合等离子体（ICP）离子源、接口、离子透镜系统、四极杆质量分析器、检测器等组成，其他支持系统有真空系统、冷却系统、气体操纵系统、运算机操纵及数据处置系统等。

样品引入系统 按样品的状态不同分为液体、气体或固体进样，通常采纳液体进样方式。

样品引入系统要紧由样品导入和雾化两个部份组成。

样品导入部份一样为蠕动泵，也可利用自提升雾化器。

要求蠕动泵转速稳固，泵管弹性良好，使样品溶液匀速泵入，废液顺畅排出。

雾化部份包括雾化器和雾化室。

样品以泵入方式或自提升方式进入雾化器后，在载气作用下形成小雾滴并进入雾化室，大雾滴碰着雾化室壁后被排除，只有小雾滴可进入等离子体离子源。

要求雾化器雾化效率高，雾化稳固性好，经历效应小，耐侵蚀；雾化室应维持稳固的低温环境，并应常常清洗。

经常使用的溶液型雾化器有同心雾化器、交叉型雾化器等；常见的雾化室有双通路型和旋流型。

实际应用中应依照样品基质、待测元素、灵敏度等因素选择适合的雾化器和雾化室。

电感耦合等离子体离子源 电感耦合等离子体的“点燃”，需具有持续稳固的高纯氩气流（纯度应不小于99.99%）、炬管、感应圈、高频发生器、冷却系统等条件。

样品气溶胶被引入等离子体离子源，在6000～10000K的高温下，发生去溶剂、蒸发、解离、原子化、电离等进程，转化成带正电荷的正离子。

测定条件如射频功率，气体流量，炬管位置，蠕动泵流速等工作参数能够依照供试品的具体情形进行优化，使灵敏度最正确，干扰最小。

接口系统 接口系统的功能是将等离子体中的样品离子有效地传输到质谱仪。

其关键部件是采样锥和截取锥，平常应常常清洗，并注意确保锥孔不损坏，不然将阻碍仪器的检测性能。

离子透镜系统 位于截取锥后面高真空区的离子透镜系统的作用是以后自截取锥的离子聚焦到质量过滤器，并阻止中性原子进入和减少来自ICP的光子通过量。

离子透镜参数的设置应适当，要注意兼顾低、中、高质量的离子都具有高灵敏度。

四极杆质量分析器 质量分析器一样为四极杆质量分析器，能够实现质谱扫描功能。

四极杆的作用是基于在四根电极之间的空间产生一随时刻转变的特殊电场，只有给定m/z的离子才能取得稳固的途径而通过极棒，从另一端射出。

其他离子那么将被过度偏转，与极棒碰撞，并在极棒上被中和而丢失，从而实现质量选择。

测定中应设置适当的四极杆质量分析器参数，优化质谱分辨率和响应并校准质量轴。

检测器 通常利用的检测器是双通道模式的电子倍增器，四极杆系统将离子按质荷比分离后引入检测器，检测器将离子转换成电子脉冲，由积分线路计数。

双模式检测器采纳脉冲计数和模拟两种模式，可同时测定同一样品中的低浓度和高浓度元素。

检测低含量信号时，检测器利用脉冲模式，直接记录撞击到检测器的总离子数量；当离子浓度较大时，检测器那么自动切换到模拟模式进行检测，以爱惜检测器，延长利用寿命。

测定中应注意设置适当的检测器参数，以优化灵敏度，对双模式检测信号（脉冲和模拟）进行归一化校准。

其他支持系统 真空系统由机械泵和分子涡轮泵组成，用于维持质谱分析器工作所需的真空度，真空度应达到仪器利用要求值。

冷却系统包括排风系统和循环水系统，其功能是排出仪器内部的热量，循环水温度和排风口温度应操纵在仪器要求范围内。

气体操纵系统运行应稳固，氩气的纯度应不小于99.99%。

电感耦合等离子体质谱法测定中的干扰大致可分为两类：

一类是质谱型干扰，要紧包括同质异位素、多原子离子、双电荷离子等；另一类是非质谱型干扰，要紧包括物理干扰、基体效应、经历效应等。

干扰的排除和校正方式有优化仪器参数、内标校正、干扰方程校正、碰撞反映池技术、稀释校正、标准加入法等。

3.供试品溶液的制备

供试品消解的经常使用试剂一样是酸类，包括硝酸、盐酸、高氯酸、硫酸、氢氟酸，和必然比例的混合酸（如硝酸：

盐酸4:

1等）也可利用少量过氧化氢；其中硝酸引发的干扰最小，是供试品制备的首选酸。

试剂的纯度应为优级纯以上。

所用水应为去离子水（电阻率应不小于18MΩ·cm）。

供试品溶液制备时应同时制备试剂空白，标准溶液的介质和酸度应与供试品溶液维持一致。

固体样品 除还有规定外，称取样品适量（0.1～3g），结合实验室条件和样品基质类型选用适合的消解方式。

消解方式有敞口容器消解法、密闭容器消解法和微波消解法。

微波消解法所需试剂少，消解效率高，利于降低试剂空白值、减少样品制备进程中的污染或待测元素的挥发损失。

样品消解后依照待测元素含量定容至适当体积后即可进行质谱测定。

液体样品 依照样品的基质、有机物含量和待测元素含量等情形，可选用直接分析、稀释或浓缩后分析、消化处置后分析等不同的测定方式。

4.测定法

对待测元素，目标同位素的选择一样需依照待测样品基体中可能显现的干扰情形，选取干扰少，丰度较高的同位素进行测定；有些同位素需采纳干扰方程校正；关于干扰不确信的情形亦可选择多个同位素测定，以便比较。

经常使用测定方式如下。

（1）标准曲线法 在选定的分析条件下，测定不同浓度的标准系列溶液（标准溶液的介质和酸度应与供试品溶液一致），以待测元素的响应值为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线，计算回归方程，相关系数应不低于0.99。

在一样的分析条件下，进行空白实验，依照仪器说明书要求扣除空白。

附 内标校正的标准曲线法

在每一个样品（包括标准溶液、供试品溶液和试剂空白）中添加相同浓度的内标（ISTD）元素，以标准溶液待测元素分析峰响应值与内标元素参比峰响应值的比值为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线，计算回归方程。

利用供试品中待测元素分析峰响应值和内标元素参比峰响应值的比值，扣除试剂空白后，从标准曲线或回归方程中查得相应的浓度，计算样品中各待测元素的含量。

利用内标可有效地校正响应信号的波动，内标校正的标准曲线法为最经常使用的测定法。

选择内标时应考虑如下因素：

待测样品中不含有该元素；与待测元素养量数接近；电离能与待测元素电离能相近；元素的化学特性。

内标的加入能够在每一个样品和标准溶液中别离加入，也可通过蠕动泵在线加入。

（2）标准加入法 取同体积的供试品溶液4份，别离置4个同体积的量瓶中，除第1个量瓶外，在其他3个量瓶中别离周密加入不同浓度的待测元素标准溶液，别离稀释至刻度，摇匀，制成系列待测溶液。

在选定的分析条件下别离测定，以分析峰的响应值为纵坐标，待测元素加入量为横坐标，绘制标准曲线，相关系数应不低于0.99，将标准曲线延长交于横坐标，交点与原点的距离所相应的含量，即为供试品取用量中待测元素的含量，再以此计算供试品中待测元素的含量。

5.检测限与定量限

在最正确实验条件下，测定很多于7份的空白样品溶液，以持续测定空白样品溶液响应值的3倍标准误差（3SD）所对应的待测元素浓度作为检测限；以持续测定空白溶液响应值的10倍标准误差（10SD）所对应的待测元素浓度作为定量限。

6.高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用法

本法以高效液相色谱（HPLC）作为分离工具分离元素的不同形态，以电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）作为检测器，在线检测元素不同形态的一种方式。

可用于砷、汞、砸、锑、铅、锡、铬、溴、碘等元素的形态分析。

供试品中不同形态及其价态元素通太高效液相色谱进行分离，随流动相引入电感耦合等离子体质谱系统进行检测，依照保留时刻的不同确信元素形态分析顺序；电感耦合等离子体质谱检测待测元素各形态的信号转变，依照色谱图的保留时刻确信样品中是不是含有某种元素形态（定性分析），以色谱峰面积或峰高确信样品中相应元素形态的含量（定量分析）。

（1）仪器的一样要求

仪器除电感耦合等离子质谱仪外，还包括高效液相色谱仪、接口系统及数据处置系统。

高效液相色谱仪应通过适当的接口与电感耦合等离子体质谱仪连接，仪器软件应具有可同时操纵二者参数设置和进样分析的功能。

高效液相色谱系统 应包括高压输液泵系统、进样系统、色谱柱等，若是需要也可配备柱温箱和紫外检测器；相应部件应按期检定并符合有关规定。

目前用于元素形态分析的高效液相色谱类型依照分离原理可分为：

离子互换色谱、反相离子对色谱、分派色谱、排阻色谱和手性色谱等，依照所测元素形态化合物的性质，选择适当的色谱柱和流动相进行分离。

经常使用的色谱柱为离子互换色谱柱和反相键合相色谱柱，其流动相多用甲醇、乙腈、水和无机盐的缓冲溶液，经常使用两元或四元梯度泵将有机调剂剂与水相混合作为流动相。

对高电离能元素（砷、硒、溴、碘、汞等）而言，等离子体中心通道假设存在必然量的碳，可改善等离子体环境，提高元素灵敏度，专门是对低质量数元素阻碍，如需可在流动相中适当加入必然比例的有机调剂剂，其比例视待测元素和有机调剂剂碳链长短优化条件而定。

当流动相采纳高比例的有机调剂剂（如超过20%甲醇或10%乙腈）时，需要电感耦合等离子体质谱仪配备专用的有机进样系统如加配有机加氧通道、采纳铂锥，利用有机炬管（内径为或1.0mm）及有机排废液系统等。

高效液相色谱利用的流动相必需与电感耦合等离子体质谱仪的工作条件匹配，并依如实际情形对电感耦合等离子体质谱仪工作条件进行优化；流动相流速一样为每分钟0.1～1ml，流速过大（超过每分钟1.5ml）需考虑利用柱后分流，流速过小（小于每分钟0.1ml）需考虑在样品溶液通道加入补偿液或采纳特制微量雾化器以保证雾化正常。

接口系统 通经常使用聚四氟乙烯管（内径为0.12～0.18mm）将经高效液相色谱仪分离后的样品溶液在线引入电感耦合等离子体质谱仪的雾化器。

为避免色谱峰变宽，二者之间所用连接管线应尽可能短，管线与雾化器之间的接头应尽可能紧密，以减少传输管线的死体积。

应采纳雾化效率高、死体积小的雾化器，现多采纳具有自提升功能的雾化器如MicromistPFA等同心雾化器。

雾化器的进样管线一端接入雾化器，另一端直接与色谱柱出口相连。

如色谱柱后需连接色谱检测器，另一端那么应与色谱检测器的出口端相连。

对某些含高盐和高有机溶剂的流动相，对电感耦合等离子体质谱仪进样系统可进行改良并采纳小柱径高效液相色谱柱技术是目前接口技术的进展方向；超声雾化器、氢化物发生法、直接注入雾化器、微型同心雾化器、热喷雾雾化器、电热蒸发和液压式高压雾化器等样品导入装置是形态分析重要的联用接口技术。

电感耦合等离子体质谱系统 与高效液相联历时，分析前应付电感耦合等离子质谱系统所有条件进行优化以保证检测灵敏度和周密度。

当流动相含有高含量无机盐或有机相时，大量无机盐或有机碳会在采样锥和截取锥的锥口沉积，可能堵塞锥口或通过锥口沉积在离子透镜上，乃至进入真空系统，致使仪器基线漂移和灵敏度下降；另外流动相中的高盐或高比例有机溶剂使电感耦合等离子体的负载增大，射频功率大量消耗于流动相基体的分解，造成用于分析元素的能量大量减少，使难电离的元素灵敏度极大降低，现在需要优化仪器工作条件，应尽可能在流动相基体条件下进行仪器调谐的最正确化；必要时需要改换流动相。

当流动相中有机相不可幸免时，超过必然比例，除需要改换有机炬管并设置合理分析参数外，还需改用有机加氧通道和铂锥。

出于平安考虑，加氧一样不采纳高纯氧，而是加入必然比例氧气和氩气的混合气（如1:

4或1:

1）。

当需要梯度洗脱时，流动相的转变致使进入电感耦合等离子体的基体转变，可能会产生不同的基体效应；为保证电感耦合等离子体质谱仪在各梯度条件下均保证最正确灵敏度与抗基质能力，应针对各时刻段内进入的流动相别离采纳最正确化的调谐条件，在必然范围内并在灵敏度许诺的条件下也可通过柱后补偿的方式进行改善。

待测元素养量数的搜集点数应选择每一个质量数搜集一点的方式，积分时刻的设置需兼顾信号强度和色谱峰点数（色谱峰点数与色谱峰底宽度成正比，与积分时刻成反比），色谱峰点数应保证每峰很多于15点。

数据处置系统 应操作方便，对不同基体样品溶液，能将仪器调谐至最正确条件并维持稳固；并具同步观测元素色谱峰与质谱峰等功能。

传统上电感耦合等离子体质谱仪只输出元素强度计数，而高效液相色谱仪要求有保留时刻和峰面积积分等功能，为使二者统一，高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联历时，必需具有同步操纵、实时峰形显示及监控色谱分离情形等功能。

且数据处置系统需知足能同步分析色谱信号（如紫外）与电感耦合等离子体质谱信号，进行有效的定性、定量分析，如谱图叠加、积分、工作曲线等功能。

（2）系统适用性实验

系统适用性实验主若是考察分析系统和设定的参数是不是适合，测试项目和方式与高效液相色谱法相同，可参照高效液相色谱法对各项参数进行规定，如重复性、容量因子、分离度、拖尾因子、线性范围，最低检测限和最低定量限等，具体指标应符合各品种项下的规定，由于电感耦合等离子体质谱仪检测器自身特点，本方式的重复性误差应不大于10.0%。

（3）干扰和校正

实验中应充分考虑流动相及样品前处置进程中引入的干扰，应采纳必要的手腕来排除干扰。

一样不建议利用干扰校正方程法，因为该法需搜集待测元素同位素之外与干扰校正有关的其他同位素，从而使取得每一个数据点的总时刻变长；一般样品的干扰可通过优化色谱条件（如pH、流动相种类及浓度等）使干扰离子与待测离子形态保留时刻错开来幸免，如不能幸免那么可考虑采纳碰撞反映池模式；如来自流动相的干扰使得仪器基线变高，阻碍检出灵敏度，建议考虑改换流动相体系。

当流动相含盐时，电感耦合等离子体质谱仪长时刻运行后易产生信号漂移，应以质控样品或对照品溶液回校进行监测，或采纳内标法予以校正。

（4）样品前处置

元素形态分析由于基体复杂，某些元素形态的含量较低，需对样品进行分离和富集等前处置步骤。

原那么上所采纳的前处置方式必需知足将待分析元素形态“原样地”从样品中与基体物质分离，而不该引发样品中的待分析元素形态发生转变。

所用试剂均应为优级纯或更高纯度级别，所用器皿均应经10%～20%硝酸溶液浸泡留宿，再用去离子水洗净并晾干后利用。

应同时制备试剂空白，对照品溶液的介质应与供试品溶液维持一致，且无明显的溶剂效应。

除常规的前处置方式（萃取、浸取、离子互换、超滤、离心及共沉淀等）外，元素形态分析常采纳酶水解法、超声辅助萃取、微波辅助萃取、固相萃取、加速溶剂萃取等分离方式。

（5）测定法

选择待测元素目标同位素，应尽可能幸免流动相和样品基质中可能显现的干扰情形，使干扰离子与待测元素形态保留时刻分开，当优化高效液相色谱条件不能将干扰离子分开时，应尽可能选择干扰少、丰度较高的同位素进行测定，并进行必要的干扰排除或校正（假设利用干扰校正方程，需注意各质量数上设置的搜集时刻之和应保证色谱峰数据点大于15点）。

元素形态测定方式一样采纳标准曲线法，分为外标法和内标法；也可采纳标准加入法。

外标法 在选定的分析条件下，测定很多于四个不同浓度的待测元素不同形态的系列标准溶液（标准溶液的介质尽可能与供试品溶液一致），以色谱峰面积（或峰高）为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线，计算回归方程，相关系数应不低于0.99。

测定供试品溶液，从标准曲线或回归方程中查得相应的浓度，计算样品中各待测元素形态的含量。

在一样的分析条件下进行空白实验，计算时应依照仪器说明书要求扣除空白。

内标法 内标法可有效地校正响应信号的波动，减少或排除供试品溶液的基质效应。

元素形态分析的内标法可依如实际情形别离选用以下3种方式。

 即在供试品或供试品溶液中加入内标物质，该内标物质应含有待测元素，但与待测元素的形态不同。

选择该方式，除内标物质性质应稳固外，还需确认样品中不含与内标元素形态相同的元素，且内标元素形态能与待测元素形态完全分离而且提取效率一致。

 可采取两种方式：

一种是在流动相中加入内标物质；另一种是通过蠕动泵在线加入内标溶液。

在线内标实时校正关于每一个数据搜集点都会有一个内标的信号，校正采纳点对点校正，即依照每一个数据搜集点的待测元素计数值与内标计数值的校正值绘制色谱峰，因此仪器的数据处置软件需具有相应的功能。

在线内标实时校正可避免信号漂移带来的准确性问题。

内标物质选择时应注意选择与待测元素养量数和电离能相近的元素，且待测样品中不含该元素。

C.阀切换方式 在难以找到适合内标物质时，可利用柱后阀切换技术在每一个样品进样后待测元素出峰前增加一个内标溶液的进样，使每一个样品的数据可有一个内标信号来校正。

内标法以标准溶液待测元素与内标元素的峰面积（或峰高）或点对点校正后的色谱峰面积（或峰高）比值为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线，计算回归方程，相关系数应不低于0.99。

测定供试品中待测元素与内标元素的峰面积（或峰高）或点对点校正后的色谱峰面积（或峰高）比值，从标准曲线或回归方程中查得相应的浓度，计算样品中各待测元素形态的含量。

在一样的分析条件下进行空白实验，计算时应依照仪器说明书要求扣除空白。

标准加入法 标准加入法可有效排除基质效应，由于所有测定样品都具有几乎相同的基体，使结果加倍准确靠得住。

标准加入法加入各元素形态的量应接近或稍大于样品中估量量，在此区间选择很多于三个浓度点进行标准曲线的绘制，因此该方式需预先明白被测元素的大致含量，且待测元素在加入浓度范围内需呈线性。

标准加入法的具体操作可参见元素总量测定标准加入法项下。