电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）结构与工作原理分析

 

样品引入系统是分析起点，主要包括蠕动泵、雾化器、雾室。液体样品经蠕动泵稳定输送至雾化器，在高纯氩气作用下形成微米级气溶胶；雾室通过重力沉降去除大液滴，仅保留细小、均匀的气溶胶进入等离子体，保证离子化效率。部分机型还可搭配激光进样模块，直接分析固体样品。

 

ICP 离子源是仪器的 “离子化核心”，由炬管、射频线圈、氩气供给系统构成。炬管为三层同心石英管，外层通入冷却氩气保护炬管，中层为辅助氩气，中心通道为载气与样品气溶胶。射频发生器在线圈上产生高频电磁场，激发氩气形成 6000–10000 K 的高温等离子体。样品气溶胶在此环境中快速去溶剂、原子化、电离，绝大多数金属与部分类金属元素转化为单电荷正离子，为后续检测奠定基础。

 

接口与离子传输系统负责将常压等离子体中的离子导入高真空质谱腔，关键部件为采样锥和截取锥。两级锥孔实现气压逐级降低，离子透镜组通过静电场聚焦离子束，滤除中性粒子、光子与未电离物质，减少背景干扰，提升离子传输效率。

 

质量分析器与检测器完成元素的定性与定量。主流四极杆质量分析器通过调节直流与射频电压，精准筛选不同质荷比（m/z）的离子，按顺序通过；高分辨机型采用磁扇形或飞行时间分析器，可有效区分多原子离子干扰。检测器以电子倍增器为主，将离子信号转化为电信号，强度与元素含量成正比，经数据系统处理后得到元素浓度与谱图。

 

真空系统、气路控制系统与软件系统保障仪器稳定运行，全程自动化控制流量、温度、电压与真空度。整体而言，ICP-MS 凭借高温高效电离、高选择性质量筛选、超高灵敏度检测的协同作用，实现 ppt 至亚 ppt 级超痕量元素分析，成为现代无机分析中灵敏度最高、应用最广的技术之一。