从环境监测中的重金属污染，到食品安全中的元素含量，再到材料科学中的成分分析，元素的定性和定量分析在众多领域都扮演着至关重要的角色。电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）就是两种强大的元素分析技术，它们以其高灵敏度、多元素同时测定等优点，成为元素分析的“主力军”。
什么是ICP-OES和ICP-MS？
ICP-OES和ICP-MS都是基于电感耦合等离子体（Inductively Coupled Plasma, ICP）的分析技术。它们都使用ICP作为激发光源或离子源，但检测方式不同：
- ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱法）：测量样品中原子在ICP中被激发后，从激发态返回基态时发射出的特征光谱。不同元素发射的光谱波长不同，根据发射光的波长可以进行元素定性分析，根据发射光的强度可以进行元素定量分析。
- ICP-MS（电感耦合等离子体质谱法）：将样品中的原子在ICP中电离成离子，然后将离子引入质谱仪，根据离子的质荷比（m/z）进行分离和检测。通过测量不同离子的强度，可以进行元素定性和定量分析。
ICP-OES和ICP-MS的原理
- 样品引入：样品（通常是液体样品）通过蠕动泵进入雾化器，形成气溶胶。
- 等离子体激发/电离：气溶胶被载气（通常是氩气）带入ICP炬管中。在高频电磁场的作用下，氩气被电离，形成高温（6000-10000 K）等离子体。样品中的原子在ICP中被激发（ICP-OES）或电离（ICP-MS）。
- 光发射（ICP-OES）：激发态的原子返回基态时，发射出特征波长的光。发射光的强度与样品中该元素的浓度成正比。
- 离子检测（ICP-MS）：离子通过接口进入质谱仪，根据质荷比进行分离和检测。
- 数据处理和输出:
ICP-OES和ICP-MS的应用
ICP-OES和ICP-MS广泛应用于各个领域：
- 环境监测：测定水、土壤、大气、固体废物等样品中的金属元素，评估环境污染状况。
- 食品安全：测定食品中的重金属元素（如铅、镉、汞、砷等）、营养元素（如钙、铁、锌等）等。
- 地球化学：分析岩石、矿物、土壤、沉积物等样品中的元素组成，研究地球化学过程。
- 材料科学：分析金属、合金、陶瓷、玻璃、高分子材料等中的元素组成，评估材料的纯度和质量。
- 临床化学：测定血液、尿液、头发等生物样品中的元素，用于疾病诊断和健康评估。
- 药物分析：测定药物中的元素杂质。
- 半导体工业: 测定超纯材料中的痕量杂质.
- 其他: 农业, 法医学等.
样品要求和制备
- 样品状态：通常需要液体样品。固体样品需要进行消解，将其转化为溶液。
- 样品消解：常用的消解方法有酸消解（如硝酸、盐酸、氢氟酸等）、微波消解等。消解的目的是将样品中的待测元素转化为可溶性离子。
- 样品稀释：消解后的样品通常需要稀释到适当的浓度范围，以避免基体效应和仪器污染。
- 酸度：样品溶液的酸度要适中，通常为1-5%的酸。
- 总溶解固体(TDS): 样品中总溶解固体的含量不宜过高, 一般不超过0.2%.
- 有机溶剂: ICP-MS可以直接测定某些有机溶剂中的元素, 但需要使用特殊的进样系统和优化仪器参数.
测试中可能遇到的问题
- 样品消解不完全：可能导致测试结果偏低。
- 仪器污染：可能导致背景信号升高，影响检出限。
- 基体效应：样品中的高浓度组分可能会影响目标元素的信号。
- 光谱干扰（ICP-OES）：不同元素的发射谱线可能会重叠，导致测量误差。
- 同质异位素干扰（ICP-MS）：具有相同质荷比的不同离子可能会干扰目标元素的测定。
- 双电荷离子干扰: