電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)是一種靈活的化學分析方法，可以定制以滿足各種行業的需求，包括自然資源勘探、環境和監管、醫療和制藥、材料和冶金、核和納米技術。在其最簡單的形式中，電感耦合等離子體質譜通過霧化器泵送含有分析物的制備液體以產生氣溶膠，然后將其引入氬等離子體。等離子體的高溫(~5500-6500 K)足以霧化電離幾乎所有元素，包括電離電位最高的元素。由此產生的分析物離子可以通過靜電離子光學元件進入質譜儀，并且離子可以被分離成它們的質荷比(m/z)并在質譜儀中被檢測。


　　圖1示出了ICP-MS系統的各種組件的示意圖。液體樣品通過蠕動泵或自吸被吸入霧化器，在那里它們形成細小液滴的氣溶膠。并非所有的霧化器都是相同的，所選擇的類型取決于待分析樣品的粘度、體積和清潔度。


　　圖1:顯示ICP-MS系統主要部件的示意圖，在正文中有更詳細的描述。


　　霧化器產生的細小液滴在進入等離子體之前穿過霧化室。可以再次使用不同的類型，但功能保持不變：允許大量小液滴進入等離子體，同時區分較大的液滴。如果允許進入等離子體，就會出現分析問題。


　　在ICP中產生的氬等離子體具有5500-6500 K的溫度，這是通過使氬穿過一端包含在射頻(RF)線圈中的同心石英管(通常稱為ICP炬管)而產生的。由射頻發生器提供給線圈的能量與氬氣結合產生等離子體。當液滴進入高溫等離子體時，會轉化為氣態。隨著它們吸收更多的能量，它們最終會釋放出一個電子，形成一個帶正電的離子。


　　將等離子體產生的離子引入質譜儀的界面區域是一項工程挑戰。第一種情況，火炬區達到~6000K的溫度，界面另一側保持室溫。其次，炬管必須回填產生等離子體所需的氬氣，質譜儀將處于高真空條件下。每個制造商有不同的解決方案，但使用兩個或多個錐形結構(透鏡)來防止離子在進入高真空區域時大范圍發散，并將其聚焦在碰撞池或直接進入質譜儀。


　　離子將不是離開等離子體的唯一物質，中性原子和光子將存在。光子會導致不正確的離子計數，因此將它們從離子路徑中移除非常重要。不同的制造商如何處理這個問題有所不同，但一個常見的解決方案是放置某種形式的透鏡元件，它將選擇性地僅將離子彎曲到四極質譜儀中。大多數現代儀器在離子光學元件和質譜儀之間有一個“通用”或“反應/碰撞”單元，以幫助減少質量干擾。這發生在兩個離子中，一個元素離子(如56 Fe)和一個分子離子(可能由樣品基質和等離子體中的ar氣體(如40 Ar  16 O)引起)，它們在表面上具有相同的m/z值56 Amu(原子質量單位)。僅根據質譜儀的質量分辨能力很難分離這些干擾。除非消除這種質量干擾，否則測量結果將具有高背景和低檢測限，這直接歸因于40 Ar  16 O或其他干擾離子。


　　在碰撞模式下，反應池回填有分壓的惰性氣體，元素離子和分子離子在通過反應池時，會因與惰性氣體原子碰撞而損失一些動能。對于大得多的40 Ar  16 O來說，這種碰撞的可能性更大，所以當它到達電池的末端時，會損失更多的動能。通過在這里放置一個動能帶通濾波器，可以利用動能差有效分離兩種離子，只有56 Fe將繼續其進入四極質譜儀的旅程。然而，56 Fe能量過濾器也將略微降低其強度，盡管比例要小得多。然而，檢測極限將受到不利影響。


　　在反應池中，惰性氣體原子被反應性氣體物質取代。基本原理是引入的氣體會與干擾物質發生反應，產生中性物質，不再受離子光學或四極靜電場的影響。它將被有效地過濾掉。分析物離子不受影響，因此與碰撞池相比，它是一種更有效的消除質量干擾的方法。但是，應注意確保在此過程中不會出現“新的”質量干擾。


　　四極質譜儀最常用于電感耦合等離子體質譜儀器，但也可以使用基于磁扇區和飛行時間的其他質譜儀。四極質譜儀一次測量一個質量，并且RF電壓和直流(DC)偏置電壓被設置為僅允許具有單個特定m/z值的離子在構成質譜儀的四個極之間的區域中振蕩。其他質量的離子將與棒碰撞并被消除。可以連續掃描射頻和DC電壓，以檢測分析中所需的m/z范圍。根據該配置，扇形磁場質譜儀以類似的方式操作，除了掃描磁場以將期望m/z范圍內的離子軌跡彎曲到檢測器。


　　由于質譜儀的長度較長，離子必須通過這個長度才能實現質量分離，所以這個區域必須處于高真空狀態。否則，分析物離子可能會與氣體分子碰撞，導致可能的電荷交換反應，降低整體靈敏度并增加不必要的質量干擾。