草莓视频iOS

     電感(gan)耦合(he)等離(li)子體質譜(pu)儀(yi)(yi)(ICP-MS)及電感(gan)耦合(he)等離(li)子體發射(she)光譜(pu)儀(yi)(yi)(ICP-OES)在(zai)某些(xie)領域(yu)例(li)如地質學，始終扮(ban)演著獨(du)具魅力的(de)角色。時至今日，ICP-MS仍(reng)然活躍在(zai)新進展的(de)前沿，在(zai)某些(xie)熱(re)點領域(yu)如金屬組學和納米顆粒(li)分析方面繼續大放異彩(cai)。

     為(wei)慶(qing)祝《Spectroscopy》創刊(kan)(kan)30周年，該(gai)刊(kan)(kan)特邀幾位(wei)ICP-MS專(zhuan)家就ICP-MS的(de)近期技術(shu)進展、存在(zai)的(de)挑戰(zhan)和未來發展方向做了(le)一個綜述(shu)，以饗讀者(zhe)。

最重大的進展

     我們(men)以這樣(yang)的(de)(de)(de)問題(ti)拉開(kai)這篇綜(zong)述的(de)(de)(de)序幕：在過去的(de)(de)(de)5~10年(nian)時間(jian)里，ICP-MS的(de)(de)(de)哪一項技(ji)術或者儀器本身(shen)的(de)(de)(de)突破最為激(ji)動人心?高(gao)居榜首的(de)(de)(de)答(da)案是(shi)：用(yong)于消除四(si)極桿型ICP-MS光譜干擾(rao)的(de)(de)(de)碰撞反(fan)應池技(ji)術。

     來自杜邦公司Chemours Analytical部門(men)的首席分析研究員Craig Westphal認為：“碰撞反應池(chi)(簡稱CRC)技術的應用，雖(sui)然不(bu)可(ke)能(neng)完全消除，但卻(que)可(ke)有效(xiao)地去除大部分測試(shi)過程中遇(yu)到(dao)的光(guang)譜干(gan)擾(rao);其低廉的成(cheng)(cheng)本(ben)也成(cheng)(cheng)為實(shi)(shi)驗室一個(ge)經濟(ji)實(shi)(shi)惠(hui)的選擇(ze);動能(neng)歧(qi)視(shi)(KED)作為一種普(pu)適性的干(gan)擾(rao)消除模式，結合日益成(cheng)(cheng)熟的自動調諧(xie)功能(neng)和友好的人機互動界面。這(zhe)些優點都使得越(yue)來越(yue)多的實(shi)(shi)驗室將(jiang)ICP-MS技術視(shi)為一種常(chang)規的應用手段(duan)。”

     美國食品藥(yao)品監督管理(li)局(US FDA)的化(hua)學家Traci A.Hanley認為：“在(zai)(zai)碰撞反應(ying)池(chi)技術發明之前，由(you)于無法在(zai)(zai)線消除干(gan)擾，測(ce)試的結果受(shou)基體影響很大。欲獲得更好的、受(shou)控的分析結果，只能在(zai)(zai)離線前處理(li)階段預先去除/降低干(gan)擾源，或(huo)者使(shi)用干(gan)擾校正方程(cheng)式。”

     來自(zi)印第安納大學的(de)副(fu)研究員Steve Ray也贊(zan)同上述(shu)觀點，他(ta)(ta)認為這一(指碰(peng)撞反(fan)應(ying)——譯(yi)者(zhe)注)技術所帶來的(de)影響(xiang)是難以(yi)估計(ji)的(de)。他(ta)(ta)將(jiang)于今年八月份以(yi)助理教授(shou)的(de)身份任職(zhi)于Buffalo大學。

     三重四極桿(gan)型的ICP-MS，由于進一步改(gai)善(shan)了碰撞反應池的消干(gan)擾能力，因(yin)此在技術進展(zhan)榜單上名列前茅。

     在這種(zhong)三重四(si)極(ji)桿ICP-MS系(xi)統中(zhong)，第一個四(si)極(ji)桿用于(yu)分(fen)離掉基體(ti)干(gan)擾離子(zi)，目(mu)標(biao)(biao)元(yuan)素(su)(su)則進入到(dao)碰撞反應池(CRC)系(xi)統。在CRC系(xi)統中(zhong)，同量(liang)異(yi)位素(su)(su)和多(duo)電荷離子(zi)干(gan)擾被(bei)消除(chu);或(huo)者目(mu)標(biao)(biao)元(yuan)素(su)(su)通過反應生成其(qi)他(ta)異(yi)于(yu)干(gan)擾源質(zhi)量(liang)數的物質(zhi)，再被(bei)第二個四(si)極(ji)桿濾質(zhi)器所檢測，從(cong)而以間接的方式獲(huo)得(de)目(mu)標(biao)(biao)元(yuan)素(su)(su)的分(fen)析結(jie)果。

     這個額(e)外增加(jia)的(de)(de)第一個四(si)極桿(gan)用于分(fen)離(li)基(ji)體(ti)離(li)子，保證(zheng)了CRC系統中發(fa)生的(de)(de)碰撞/反(fan)應不受基(ji)體(ti)的(de)(de)影響，進而(er)保證(zheng)碰撞反(fan)應更(geng)加(jia)穩(wen)健(jian)和具有復(fu)現(xian)性。通過這一系列的(de)(de)手段(duan)，使得背(bei)景信(xin)號大幅(fu)度降低(與未消除干擾相比較)。

     來(lai)自比利時Ghent大學化學系(xi)的(de)(de)資深教授Frank Vanhaecke，闡述(shu)了這一設計的(de)(de)價值：“十分(fen)明確的(de)(de)是，串級設計的(de)(de)ICP-MS(亦稱(cheng)三重四(si)極(ji)桿型ICP-MS)，其碰撞/反(fan)應池(chi)中(zhong)的(de)(de)離子-分(fen)子反(fan)應是精確可控(kong)的(de)(de)。在碰撞反(fan)應池(chi)前后兩個(ge)四(si)極(ji)桿的(de)(de)設計優勢(shi)，可以通(tong)過不同(tong)的(de)(de)途徑加以表現(xian)。”

     他說：“如(ru)今，可以通(tong)過(guo)離子掃(sao)描這種(zhong)直接的方式(shi)(shi)，在復雜的反應(ying)產物離子中鑒別出目(mu)標離子。例(li)如(ru)使用(yong)NH3作為反應(ying)氣(qi)使Ti生(sheng)成Ti(NH3)6+，或(huo)(huo)者(zhe)使用(yong)CH3F作為反應(ying)氣(qi)使Ti生(sheng)成TiF2(CH3F)3+;通(tong)過(guo)檢(jian)測生(sheng)成物離子(Ti(NH3)6+或(huo)(huo)者(zhe)TiF2(CH3F)3+)的方式(shi)(shi)，避開(kai)干擾(rao)和獲得最低的檢(jian)出限(xian)。”因此(ci)他認為，串級ICP-MS已(yi)經不僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)是碰撞/反應(ying)池系統ICP-MS的改(gai)進了。

     來自(zi)美國西(xi)北(bei)太(tai)平(ping)洋國家實驗室環境(jing)分子(zi)(zi)科(ke)學實驗室的(de)(de)首(shou)席技術官(guan)David Koppenaal也(ye)同意CRC系統和三(san)重四極桿(gan)型ICP-MS是(shi)很重要的(de)(de)改進，但(dan)也(ye)注意到(dao)它們仍然存(cun)在(zai)一定(ding)的(de)(de)局限性(xing)。他(ta)說：“CRC技術的(de)(de)缺點在(zai)于它表現出元素或者同位素特(te)異性(xing)，因此不能普(pu)適的(de)(de)對應(ying)所有的(de)(de)干(gan)擾。如果能夠更好(hao)地控制(zhi)離(li)子(zi)(zi)能量和離(li)子(zi)(zi)能量分布，那(nei)么動能歧視模式可能更有效(xiao)和更有普(pu)適性(xing)(至少(shao)對所有的(de)(de)多原(yuan)子(zi)(zi)離(li)子(zi)(zi)干(gan)擾是(shi)如此)。”

     來自(zi)亞利(li)桑那大學地球科(ke)學系(xi)教授兼(jian)化學系(xi)伽利(li)略計劃教授的(de)Bonner Denton，援引了另(ling)外(wai)一項(xiang)創(chuang)新：基于CMOS(互補(bu)金屬氧化物半導體)的(de)新型檢測器技術。

     他說：“我(wo)強烈地感受到(dao)，這項新技術將會替代應用(yong)(yong)于ICP-OES上的CCDs(電荷(he)耦合元件檢測(ce)器(qi)(qi))和CIDs(電荷(he)注入式檢測(ce)器(qi)(qi))，以及應用(yong)(yong)在ICP-MS上的傳統法拉第杯檢測(ce)器(qi)(qi)和離子倍增(zeng)檢測(ce)器(qi)(qi)。”目前已經有兩款商(shang)業化的儀器(qi)(qi)使用(yong)(yong)了CMOS檢測(ce)器(qi)(qi)，其(qi)中(zhong)一款儀器(qi)(qi)可同(tong)時(shi)檢測(ce)從鋰到(dao)鈾之(zhi)間(jian)的所(suo)有元素。

     ICP-TOF-MS儀也榜上(shang)有(you)名(ming)。Vanhaecke說：“具(ju)有(you)高速特(te)性的(de)(de)ICP-TOF-MS在(zai)分(fen)析化學中(zhong)扮(ban)演著(zhu)一個(ge)重(zhong)要的(de)(de)角(jiao)色，例如(ru)在(zai)納米顆粒分(fen)析和成像(xiang)上(shang)——亦即這種設備可用于表征生物組(zu)織(zhi)、天然(ran)或者人(ren)工材(cai)料的(de)(de)元(yuan)素分(fen)布。”此外，它對質譜流式(shi)術的(de)(de)發展過程至(zhi)關重(zhong)要。他說：“質譜流式(shi)術基(ji)于ICP-TOF-MS，但卻服務于完全(quan)不同于化學分(fen)析的(de)(de)其(qi)他領(ling)域(yu)。”

微電子和微流控技術對ICP-MS的影響

     我們也(ye)請小組成(cheng)員(yuan)考慮該(gai)領域的發(fa)展(zhan)對ICPMS所帶來(lai)的影(ying)響。其中一個重要的影(ying)響來(lai)自于微(wei)(wei)電子(zi)、微(wei)(wei)流控和ICP設(she)備微(wei)(wei)型化技術的發(fa)展(zhan)。

     Ray說(shuo)：“電子學方面的精細(xi)化(hua)改進，使得(de)儀器(qi)的成本降低并且朝著(zhu)(zhu)(zhu)小型化(hua)發展(zhan)。當然，也(ye)伴(ban)隨(sui)著(zhu)(zhu)(zhu)生(sheng)產效率(lv)的提高。得(de)益于微流控技術(shu)，流體學對ICP儀器(qi)的進展(zhan)發揮(hui)著(zhu)(zhu)(zhu)重(zhong)要的影響(xiang)。智能(neng)化(hua)、具有重(zhong)復性(xing)的自動樣品前處理設備的出現，顯著(zhu)(zhu)(zhu)提高了實(shi)驗的再現性(xing)和(he)精密度，并在實(shi)驗室(shi)中扮(ban)演者不可或缺(que)的角色。”

     Koppenaal認(ren)為：“由于(yu)儀(yi)器向著(zhu)小型化和堅(jian)固耐用型發展(zhan)，等離子體源也由此(ci)受(shou)益(yi)匪淺。誠然(ran)，驅動這方面發展(zhan)有出(chu)于(yu)降低成本和提高生產效益(yi)的(de)經濟(ji)角(jiao)度考慮，但(dan)也有部分原因是受(shou)技術(shu)因素的(de)影響。”

     “由(you)于導入儀(yi)器(qi)的(de)是(shi)較低水平含(han)量(liang)的(de)樣(yang)品和基體(ti)，因此儀(yi)器(qi)的(de)操控性和數(shu)據質量(liang)都得到了(le)改(gai)善(shan)。”他(ta)認為，隨著(zhu)色譜(pu)和流體(ti)處理技術(shu)的(de)發展(zhan)，進(jin)液量(liang)由(you)“毫升每(mei)分”等級降低到了(le)“微(wei)升每(mei)分”，隨之帶來的(de)是(shi)更(geng)(geng)(geng)佳精確的(de)數(shu)據、更(geng)(geng)(geng)低的(de)試劑消耗(hao)、更(geng)(geng)(geng)少的(de)廢(fei)液產(chan)生(sheng)以及儀(yi)器(qi)的(de)進(jin)一步小型(xing)化發展(zhan)。最后(hou)他(ta)總結道(dao)：“微(wei)電子(zi)學和檢測器(qi)技術(shu)的(de)進(jin)展(zhan)對儀(yi)器(qi)所產(chan)生(sheng)的(de)影響是(shi)十分巨大(da)的(de)。”

     Hanley說(shuo)(shuo)：“電子(zi)學方面的(de)(de)每一個進(jin)步(bu)都會(hui)給儀器帶來改進(jin)。”特別值得一提的(de)(de)是，由于微電子(zi)學進(jin)步(bu)所帶來的(de)(de)高速數(shu)據采集和存儲能力，使得納米顆(ke)粒(li)和單細(xi)胞分(fen)析(xi)受益匪(fei)淺(qian)。她說(shuo)(shuo)：“如今(jin)許多(duo)商品(pin)化的(de)(de)ICP-MS具有(you)足(zu)夠快的(de)(de)掃描速度，以對應(ying)單粒(li)子(zi)檢測的(de)(de)需求，這(zhe)點在幾年前簡直是不可想象的(de)(de)。電子(zi)學的(de)(de)發展(zhan)使得ICP-MS足(zu)以應(ying)對亞ppb級(ji)別的(de)(de)納米顆(ke)粒(li)檢測，這(zhe)種(zhong)優勢是其(qi)他檢測技術所不具有(you)的(de)(de)。”

     新(xin)興(xing)領域之(zhi)一(yi)的(de)(de)(de)(de)單(dan)細(xi)胞分析(xi)也得(de)(de)(de)益于微(wei)流控技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)發展。她說：“作(zuo)為檢測器的(de)(de)(de)(de)ICP-MS和(he)微(wei)流體之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)接(jie)口技(ji)術(shu)日(ri)益成熟，結合高速(su)、高靈敏(min)的(de)(de)(de)(de)數(shu)據采集，使得(de)(de)(de)只需最小體積(ji)的(de)(de)(de)(de)進樣(yang)溶液，即可獲得(de)(de)(de)相應(ying)的(de)(de)(de)(de)分析(xi)結果(guo)。這點對于許多生(sheng)物方面的(de)(de)(de)(de)應(ying)用而言(yan)是(shi)非(fei)常重要的(de)(de)(de)(de)。”

     Denton則闡(chan)述(shu)了(le)(le)微電(dian)子學和CMOS技(ji)術之(zhi)間的(de)(de)聯(lian)系：“顯而(er)易見，微電(dian)子學的(de)(de)發展催(cui)生了(le)(le)CMOS這(zhe)項技(ji)術。盡管CMOS工藝本身已經存在(zai)了(le)(le)很多(duo)年(nian)(nian)，甚至多(duo)年(nian)(nian)前就有利用CMOS作為陣(zhen)列檢測(ce)器(qi)，但(dan)在(zai)這(zhe)之(zhi)前一直都無法提供(gong)高(gao)質(zhi)量的(de)(de)分析數據。這(zhe)種新型的(de)(de)檢測(ce)器(qi)明顯地(di)要優于(yu)過去二(er)十多(duo)年(nian)(nian)中一直在(zai)使用的(de)(de)CCDs和CIDs檢測(ce)器(qi)。”

低檢出限的需求推動樣品制備技術的發展

     該小組還評(ping)述到(dao)：ICP儀器檢(jian)(jian)出(chu)限(xian)(xian)的(de)改善，也推(tui)動著樣品(pin)制備(bei)設備(bei)和技術的(de)發展(zhan)。目標元素(su)的(de)檢(jian)(jian)出(chu)限(xian)(xian)越低(di)，則(ze)樣品(pin)中該元素(su)的(de)檢(jian)(jian)出(chu)限(xian)(xian)也越低(di)。Westphal說(shuo)：“對于大部分的(de)分析檢(jian)(jian)測而言，ICP-MS的(de)靈敏度已經足夠高(gao)了(le)。因(yin)此(ci)制約檢(jian)(jian)出(chu)能力(li)的(de)，反而是非潔凈室條件下(xia)的(de)環(huan)境污染因(yin)素(su)。”

     這(zhe)樣的背景(jing)促(cu)(cu)使(shi)了高(gao)純試劑和潔凈室廣(guang)泛(fan)地被使(shi)用。Vanhaecke指出：“這(zhe)促(cu)(cu)使(shi)了高(gao)純材料(liao)如(ru)石(shi)英和PFA作為消解容器(qi)的廣(guang)泛(fan)應用。”

     Ray也同(tong)意(yi)這樣的(de)看(kan)法：“ICP-MS極低的(de)檢出限推動著(zhu)現(xian)有的(de)試劑和(he)耗材(cai)(cai)朝著(zhu)高純化方(fang)向發展(zhan)。塑(su)料(liao)(liao)類(lei)、玻璃類(lei)，甚(shen)至是(shi)一(yi)次性樣品(pin)制(zhi)備材(cai)(cai)料(liao)(liao)都必須考慮(lv)痕量金屬(shu)污(wu)染，更(geng)不用說盛裝例如硝酸的(de)容器了。”

     Hanley說：“對(dui)于超痕量分析而言，不僅高純(chun)試劑，潔凈(jing)室也(ye)是必要(yao)的(de)(de)(de)。如果(guo)一(yi)個(ge)樣品能(neng)(neng)在(zai)密閉(bi)(bi)的(de)(de)(de)空間(jian)中進行處理，那(nei)么將會獲得更好的(de)(de)(de)結果(guo)。進一(yi)步(bu)地，如果(guo)能(neng)(neng)在(zai)一(yi)個(ge)潔凈(jing)的(de)(de)(de)密閉(bi)(bi)環境中、使用高純(chun)試劑并且結合自(zi)動(dong)化操作的(de)(de)(de)技術，那(nei)么污染的(de)(de)(de)可(ke)能(neng)(neng)性會進一(yi)步(bu)降(jiang)低。”

     Koppenaal也指(zhi)出：“相(xiang)關(guan)的(de)趨勢是樣(yang)品制(zhi)備(bei)和(he)引入向(xiang)著(zhu)自動化方向(xiang)發(fa)展。得益(yi)于自動化技術的(de)幫助(zhu)，試驗(yan)的(de)空白水平(ping)和(he)重復性可得到更好的(de)控制(zhi)，并可維(wei)持在一定的(de)水平(ping)上。相(xiang)應地，這有助(zhu)于降低(di)樣(yang)品溶液的(de)需求量(liang)和(he)增(zeng)大分析(xi)的(de)通量(liang)。”

     Westphal補充道：“常見的樣品(pin)處(chu)理技(ji)術例如(ru)微波消解(jie)，雖然(ran)采(cai)用了‘自動(dong)泄壓’設計以使消解(jie)罐允許容納更(geng)多的樣品(pin)，但(dan)為避免(mian)密(mi)閉環境下(xia)罐體中壓力(li)過大，樣品(pin)量仍(reng)然(ran)需要一定的限(xian)制。”

     Westphal對這(zhe)一(yi)(yi)點做了(le)進一(yi)(yi)步的闡述(shu)：“我們所希望的理想情況(kuang)是(shi)完全取消樣品制(zhi)備或者直接(jie)分(fen)(fen)析(xi)，例如通過激光燒蝕(shi)(LA)。雖然(ran)在這(zhe)一(yi)(yi)領域已經獲得了(le)進展，并且激光燒蝕(shi)的應用(yong)也日益廣泛，但利用(yong)LA-ICP-MS直接(jie)分(fen)(fen)析(xi)固體，欲比肩標準的水溶液ICP-MS分(fen)(fen)析(xi)，還是(shi)需(xu)要一(yi)(yi)些時(shi)間(jian)的。”（轉自儀器信息(xi)網）