电感耦合等离子体质谱仪ORS模式下He气流量对食盐样品元素分析的影响

冯倬诚 林晓君 黄冰洋

摘要：电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）在检测高食盐基质时会受到大量的质谱干扰，使用八级杆碰撞/反应池（ORS）系统能有效消除此类质谱干扰。本文主要以0.4 %NaCl溶液模拟高食盐基质，通过调整He气流量，监测高食盐基质中多原子离子、氧化物、双电荷、信背比和待测元素的信号值等参数，总结了He气流量对上述各参数的影响，为同类样品方法优化提供参考。

关键词：电感耦合等离子体质谱仪;八级杆碰撞/反应池;He气流量;质谱干扰;高食盐基质

电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）具有高选择性、高灵敏度、线性范围宽、分析时间短等优点，是目前各领域的痕量分析中最常用的检测技术。当分析基质较为复杂的样品时，ICP-MS会存在各种原因带来的干扰，如质谱干扰、基体酸干扰、基体效应、电离干扰等，这些干扰在高食盐基质下尤为严重。食盐的主要成分是NaCl与KCl（低钠盐），检测高食盐基质的样品时，食盐中大量Cl会与Ar形成的40Ar35Cl+多原子离子造成质谱干扰;大量Na+与K+会造成基体效应，影响雾化效率、造成矩管中心管堵塞、采样锥积盐堵塞等的非质谱干扰;高浓度的第I族和第II族元素还会造成电离干扰，抑制其他元素电离，使其他元素灵敏度降低等的非质谱干扰。目前，对于非质谱干扰的消除，较为简便的方案为基体稀释。而食盐中的质谱干扰较为明确，主要是多原子离子造成的质谱干扰，此类干扰可以通过碰撞池模式消除。

八级杆碰撞/反应池（ORS）是将原来用透镜加电压提取、分离离子的办法改变为将八级杆装入充满He或其它气体的环境，通过多原子离子与气体碰撞，减少多原子干扰，达到改善信背比的目的，是目前消除四级杆质谱仪多原子离子干扰的较先进技术。目前已有较多的研究证明ORS系统对消除多原子离子的干扰有较明显作用，而对于高食盐基质中ORS系统的研究却较少。He模式下，ORS系统消除干扰的主要影响因素是He气流量，本研究比较了在不同He气流量对高食盐基质造成的各类质谱干扰的影响，为同类样品方法优化提供参考。

1实验部分

1.1材料与试剂

试剂：氯化钠（NaCl，优级纯，中国，广州化学试剂厂）;硝酸（HNO3，Ultra Pure，中国，晶瑞）

標准品：标准调谐液（10 μg/mL）（7Li、59Co、89Y、140Ce、205Tl，安捷伦公司，美国）

1.2试剂配置

硝酸溶液（1+99）：取10 mL硝酸，缓慢加入990 mL水中，混匀;

氯化钠溶液（0.4 %）：准确称取20.00 g（精确至0.01 g），加约200 mL硝酸溶液（1+99）溶解后，用硝酸溶液（1+99）定容至500 mL;

基质标准调谐液：准确移取 0.10 mL标准调谐液，用氯化钠溶液（0.4 %）定容至 50.0 mL，浓度为 20 μg/L。

1.3仪器与设备

电感耦合等离子体质谱仪（美国，Agilent，7900）

电子天平（德国，Sartorius，BCE224I-1CCN）

Milli-Q 超纯水系统（美国，密理博，Direct 8）

1.4实验方法

仪器稳定后，持续引入基质标准调谐液，利用仪器进行自动调谐，进行基体匹配，得出最优调谐参数条件。

仪器稳定后，持续引入基质标准调谐液，监控质量数35、59、75、89、205、156/140以及70/140的响应值。调节He气流量，每次更改He气流量后需等待仪器稳定1 min，连续监测5 min，记录目标质量数响应值的平均值。

2结果与讨论

2.1调谐参数的设置

ICP-MS测定高食盐样品时，主要受到较高可溶性固形物对待测元素造成电离干扰，抑制待测元素电离，导致仪器响应值较低，稳定性较差。因此，使用含0.4% NaCl的调谐溶液进行调谐，进行基体匹配，得到以下调谐参数，见表1。

2.2 He气流量的影响

ICP-MS在高食盐基质下测定元素时，由于存在大量的Cl离子，容易受到多原子离子40Ar35Cl+的质谱干扰，导致75As结果偏高，通常使用碰撞模式消除此类干扰。而消除此类干扰主要影响因素是He气流量，改变He气流量同时也会对其它因素造成影响。本研究主要测试在不同He气流量条件下，氧化物、双电荷以及40Ar35Cl+的质谱干扰的变化趋势，以及在尽量降低高食盐基质带来的质谱干扰的同时，提高待测元素的响应值，并对He气流量进行优化。

2.2.140Ar35Cl+的质谱干扰

使用无As的基质调谐溶液在最佳调谐参数下，对75质量数进行监测，结果如图1，由于溶液中无As元素，所以质量数75的主要来源为40Ar35Cl+多原子离子的干扰。40Ar35Cl+的响应值随着He气流量增大而减小，He气流量为3.5 mL/min后40Ar35Cl+多原子离子的干扰接近基线且趋于稳定。

2.2.2氧化物与双电荷的干扰

氧化物和双电荷的干扰与键能、电离能有关。在ICP-MS检测过程中，目标元素的原子形成的氧化物与双电荷离子数量越少越好。我们以最容易形成双电荷的Ce铈元素作为代表，使用基质调谐溶液在最佳调谐参数下，对质量数156/140、70/140进行监测，结果如图2，156/140、70/140质量数的响应值之比随着He气流量增大而降低，并在He气流量为3 mL/min后开始趋于稳定。

2.2.3常规元素响应值的优化

由于高食盐基质中存在大量的易电离的元素，如Na+或K+。这些离子会抑制更不易于电离元素的信号，所以在尽量降低干扰的同时，还需要提高待测元素的灵敏度。我们通过监测59，89，205质量数的响应值来对仪器条件进行优化。使用基质调谐溶液在最佳调谐参数下，对质量数的响应值之比进行监测，结果如图3、4，待测元素的响应值随着He气流量的增大而降低，当He气流量在3～5 mL/min时，待测元素有较好的信号值，因此He气流量范围选择在3～5 mL/min。

由于食盐中含有大量的氯离子，40Ar35Cl+会的干扰会影响As的测定，考虑到当He气流量较低时，40Ar35Cl+的干扰会比较大，所以通过测定59/75、89/75、205/75的响应值来确定最合适的He气流量范围，当这个比值越大，表示待测元素受到干扰的影响越小。使用基质调谐溶液在最佳调谐参数下，对质量数59、89、205与75的响应值之比进行监测，结果如图4所示：59/75、89/75、205/75随着He气流量增大而增大，在He气流量4～5 mL/min区间范围内有较好的比值，因此本研究中确定He气流量范围在4～5 mL/min。

2.2.4He气流量的确定

经过上述试验，可以确认He气流量的最佳范围在4～5 mL/min。在上述流量范围内，使用基质调谐溶液在最佳调谐参数下，对质量数59、89、205的响应值，以及质量数59/75、89/75、205/75进行监测，结果如图5、6所示：在He气流量为4～5 mL/min时，质量数59、89、205的响应值He气流量呈负相关，质量数59/75、89/75、205/75的响应值之比与He气流量呈正相关，在考虑尽量消除40Ar35Cl+的干扰的前提下，保证仪器灵敏度，最终选择He气流量为4.5 mL/min。

3结语

本研究主要探讨了电感耦合等离子体质谱仪ORS模式下He气流量对高食盐基质中元素分析的影响。氧化物与双电荷的响应随着He气流量增大而减少，在He气流量≥3 mL/min可以满足较低的氧化物与双电荷的指标;40Ar35Cl+同量異位素的干扰随着He气流量的增大而减少，但其他元素的响应值也会随着He气流量的增大而减少。在需要检测As元素时，建议He气流量≥3.5 mL/min以降低40Ar35Cl+对As元素的质谱干扰。得出结论：可以通过调节He气流量来消除食盐基质中氧化物、双电荷以及多原子离子的质谱干扰;在常规高食盐基质的检测中，在保证仪器有足够灵敏度以及较少干扰的前提下，建议He气流量设置范围在4～5 mL/min，推荐设置为4.5 mL/min，为同类样品方法优化提供参考。

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作者简介：冯倬诚（1994-）男，汉，广东佛山，本科，助理工程师，食品检验与质量分析。