AAS ICP-MS、ICP-AES 、AAS还傻傻分不清楚？一文教你搞定

电感耦合等离子体原子发射光谱法的流行吸引了许多分析师，他们问购买电感耦合等离子体原子发射光谱法是明智的，还是留在可信的原子吸收光谱法上。现在国际上出现了一种新技术——电感耦合等离子体质谱。虽然价格较高，但电感耦合等离子体质谱法比石墨炉原子吸收光谱法具有电感耦合等离子体原子发射光谱法的优点和较低的检出限。

本文简要讨论了这三种技术，并根据您的分析任务指出了判断其适用性的主要标准。

对于有ICP-AES技术背景的人来说，ICP-MS是以质谱仪为检测器的等离子体(ICP)，而质谱仪认为ICP-MS是以ICP为源的质谱仪。其实电感耦合等离子体发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法的采样部分和等离子体非常相似。ICP-AES测量光谱(165 ~ 800 nm)，ICP-MS测量离子质谱，提供3 ~ 250 amu范围内每个原子质量单位(AMU)的信息。因此，电感耦合等离子体质谱除了可以测量元素含量外，还可以测量同位素。

检测极限

ICP-MS的检出限非常可观。它的大多数溶液都是ppt级别的(一定要记住，实际检测限不可能比你实验室的清洗条件更好)。石墨炉原子吸收光谱法的检出限为亚ppb级，电感耦合等离子体原子发射光谱法中大多数元素的检出限为1 ~ 10 ppb。一些元素在干净的样品中也能获得显著的亚ppb水平检测限。必须指出，ICP-MS的ppt级检出限是针对溶液中溶解物质很少的简单溶液。如果涉及到固体中浓度的检出限，ICP-MS检出限的优势会因为耐盐性差而劣化多达50倍，一些常见的轻元素(如S、Ca、Fe、K、Se)会严重干扰ICP-MS，也会使检出限变差。

干涉

上述三种技术呈现出不同的类型和复杂的干扰问题，因此我们分别讨论每种技术。

电感耦合等离子体质谱的干扰

1.质谱干扰

质谱(等压干扰)在ICP-MS中的干扰是可预测的，其个数小于300，分辨率为0.8amu的质谱仪无法区分，例如58Ni对58Fe、40Ar对40Ca、40Ar16O对56Fe或40Ar-Ar对80Se的干扰(质谱叠加)。可以使用元素校正方程(与ICP-AES中的干涉谱线校正原理相同)进行校正。选择性选择一些天然丰度较低的同位素，“冷等离子炬屏蔽技术”或“碰撞池技术”可以有效降低干扰效应。

2.基质酸干扰

必须指出，HCl、HClO4、H3PO4、H2SO4会造成相当大的质谱干扰。Cl+、P+、S+离子会与其他基体元素Ar+、O+、H+结合形成多原子，例如35Cl40Ar对75As和35Cl16O对51V的叠加干涉。因此，在许多电感耦合等离子体质谱分析中，避免使用盐酸、高氯酸、磷酸和硫酸是非常重要的，但这是不可能的。克服这一问题的方法有:“碰撞池技术”、进样前色谱(微塞)分离、电热蒸发(ETV)技术等。另一种昂贵的选择是高分辨率扇形磁场的ICP-MS，分辨率小于0.01μ，可以消除质谱的很多干扰。

用于电感耦合等离子体质谱分析的测试溶液通常用硝酸制备。

3.双电荷离子干扰

双电荷离子引起的质谱干扰是单电荷离子M/Z的一半，比如138Ba2+到69Ga+，或者208Pb2+到104Ru+。这种干扰比较小，分析前可以对系统进行优化，有效消除。

4.基体效应

供试品溶液与标准溶液的粘度差异会改变各溶液的气溶胶产生效率，可通过基质匹配法或内标法有效消除。

5.电离干扰

电离干扰是由样品中高浓度的第一族和第二族元素引起的。通过基质匹配、样品稀释、标准加入法、同位素稀释法、萃取或色谱分离等方法解决是有效的。

6.空之间的电荷效应

空之间的电荷效应主要发生在截锥后面，那里的净电荷密度明显偏离零。高离子密度导致离子束中离子之间的相互作用，轻离子在重离子存在时首先丢失，如Pb+到Li+。基质匹配或在被测物质的质量范围内仔细选择内标有助于补偿这种影响，但在实际应用中很困难。同位素稀释法是有效的，但成本高。最简单有效的方法是稀释样品。

电感耦合等离子体原子发射光谱法干扰

1.光谱干扰

ICP-AES的光谱干扰非常大，很难解决。ICP-AES记录的谱线有50000多条，矩阵会造成相当多的问题。因此，对钢铁、化工产品、岩石等一些样品的分析必须使用高分辨率光谱仪。固定通道ICP-AES中广泛使用的干扰元素校正，只能取得有限的成功。ICP-AES中背景较高，需要离线背景校正。动态背景校正对于提高精度非常有效。各种分子粒子(如OH)的峰或带会对一些低含量元素造成一些分析问题，影响其在实际样品中的检出限。

电感耦合等离子体质谱中的背景相当低，通常小于5 C/S(计数/秒)，这是电感耦合等离子体质谱具有优异检出限的主要原因之一。

2.基体效应

与电感耦合等离子体质谱一样，电感耦合等离子体原子发射光谱法可以利用内标来解决原子化室效应和样品与标准溶液粘度差异引起的基体效应。

3.电离干扰

仔细选择每种元素的分析条件或添加电离慢化剂(如过量的I族元素)可以减少易电离元素的影响。

石墨炉原子吸收光谱法干扰

1.光谱干扰

氘灯背景校正的石墨炉原子吸收光谱有一定的光谱干扰，塞曼背景校正的石墨炉原子吸收光谱可以消除这些干扰。

2.背景干扰

在原子化过程中，根据不同的底物，应仔细设置灰化步骤的条件，以降低背景信号。基体改进剂的采用有助于提高允许的灰化温度。在许多石墨炉原子吸收光谱应用中，塞曼按钮背景可以获得比氘按钮背景更好的精度。

3.气相干扰

这是由于被测物质的原子蒸汽进入冷气体环境。目前采用等温石墨管设计和平台技术，样品雾化后进入热惰性气体环境，可以有效降低干扰。

4.基体效应

基体效应是由被测物质在石墨管上的不同残留引起的，这取决于样品的类型。基体改进剂和热注入可以有效降低这些影响。

易于使用

在日常工作中，自动化方面，ICP-AES是最成熟的，不熟练的人员可以应用ICP-AES专家开发的方法。到目前为止，电感耦合等离子体质谱的操作仍然很复杂。自1993年以来，虽然在计算机控制和智能软件方面取得了很大的进展，但在常规分析之前仍需要技术人员进行调整，电感耦合等离子体质谱的方法研究也非常复杂和耗时。石墨炉原子吸收光谱法的日常工作虽然相对容易，但仍需要相当熟练的技术来制定方法。

样品总固体溶解量

在日常工作中，ICP-AES可以分析10%TDS溶液，甚至高达30%的盐溶液。在短时间内，ICP-MS可以分析0.5%的溶液，但大多数分析师最多愿意使用0.2%的TDS溶液。与电感耦合等离子体原子发射光谱法和石墨炉原子吸收光谱法相比，当原始样品为固体时，电感耦合等离子体质谱法需要更高的稀释度，因此转化为原始固体样品的检出限没有显示出很大的优势也就不足为奇了。

线性动态范围LDR

电感耦合等离子体质谱的LDR超过105，各种方法可以使其LDR达到108。然而，对于电感耦合等离子体质谱来说，高基质浓度会导致许多问题，而解决这些问题的最佳方法是稀释。因此，电感耦合等离子体质谱的主要应用领域是痕量/超痕量分析。

石墨炉原子吸收法的LDR限于102～103，如果选择二级灵敏线，可以进行更高浓度的分析

over 105以上，耐盐性强，电感耦合等离子体原子发射光谱法可测定微量和主要元素，电感耦合等离子体原子发射光谱法测定浓度高达%。因此，电感耦合等离子体原子发射光谱法加电感耦合等离子体质谱法或石墨炉原子吸收光谱法能很好地满足实验室的需要。

准确

电感耦合等离子体质谱的短期精密度一般为1 ~ 3%相对标准偏差，是在日常工作中采用多内标法获得的。长期(几小时)精密度小于5%RSD。使用同位素稀释法可以获得较好的准确度和精密度，但这种方法的成本对于常规分析来说过于昂贵。

ICP-AES的短期精密度一般为0.3 ~ 2% RSD，几个小时的长期精密度小于3%RSD。

石墨炉原子吸收光谱的短期精度为0.5 ~ 5%相对标准偏差，长期精度不取决于时间，而取决于石墨管的使用次数。

样本分析能力

电感耦合等离子体质谱具有惊人的分析大量样品以测定微量元素的能力。每个样品的典型分析时间不到5分钟，在某些分析情况下只有2分钟。据咨询实验室称，电感耦合等离子体质谱的主要优势是其分析能力。

ICP-AES的分析速度取决于采用全光谱直读还是单通道扫描，每个样品所需时间为2或6分钟。全谱直读更快，通常需要2分钟确定一个样本。

石墨炉原子吸收光谱法对每个样品中每种元素的分析速度为3 ~ 4分钟，夜间可自动工作，保证了样品的分析能力。

根据溶液的浓度，供参考:

1.每个样品中测定1 ~ 3种元素，元素浓度低于或低于ppb水平。如果能满足被测元素的要求，石墨炉原子吸收光谱法是最合适的。

2.每个样品中有5 ~ 20种元素，含量亚ppm至%。电感耦合等离子体原子发射光谱法是最合适的方法

3.每个样品要测4种以上的元素，亚ppb和ppb含量，样品量比较大，ICP-MS比较合适。

无人控制操作

由于现代自动化设计和使用惰性气体的安全性，电感耦合等离子体质谱、电感耦合等离子体原子发射光谱法和石墨炉原子吸收光谱法可以整夜无人值守

对于高分析产量，建议通宵启动。

运营费用

电感耦合等离子体质谱的启动成本高于电感耦合等离子体原子发射光谱法，因为电感耦合等离子体质谱的一些组件有一定的使用寿命，需要更换，包括涡轮分子泵、采样锥、拦截锥和检测器。对于电感耦合等离子体质谱和电感耦合等离子体原子发射光谱法，雾化器和炬管的使用寿命是相同的。如果实验室选择电感耦合等离子体原子发射光谱法而不是电感耦合等离子体质谱法，最好给实验室配备石墨炉原子吸收光谱法。石墨炉原子吸收光谱法应计算其石墨管的成本。在以上三种技术中，Ar气的成本是一笔相当可观的预算，ICP技术中Ar的成本要比石墨炉原子吸收光谱法中的高得多。

基本成本

很难定义一个项目，因为成本取决于自动化程度、配件和供应商。粗略估计，电感耦合等离子体原子发射光谱法是石墨炉原子吸收光谱法的两倍，而电感耦合等离子体质谱是电感耦合等离子体原子发射光谱法的两倍。必须注意的是，附件的配置会打乱成本估算

另外，必须考虑到超痕量分析需要一个干净的实验室和超纯的化学试剂，这些都不便宜。

附件

由于是快速扫描方式，ICP-MS可以多元素方式测量瞬时信号，为大量附件开辟了一条道路。电热蒸发、激光烧蚀、辉光放电和火花烧蚀可以避免样品的溶解过程。一些附件可以对样品中的基质物质进行分离或预浓缩，如氢化、色谱(HPLC压力液相色谱、离子色谱、微柱)等技术。

色谱分离的优势在电感耦合等离子体质谱中得以充分实现，适用于环境保护、毒理学、药品和食品中的低浓度物质。

虽然电感耦合等离子体原子发射光谱法也可以使用上述一些附件，但由于价格和利益有限，它们很少用于电感耦合等离子体原子发射光谱法的常规分析。

轮廓

很难建议买哪种仪器，但根据你现在和未来工作的需要，回答清单1中的问题会帮助你做出决定。

重要的是要记住，没有一种技术可以满足您的所有要求。这些技术是相辅相成的，总会有某种技术优于另一种技术。

表2是这三种技术的简单比较，表3是检出限的比较。

表1分析要求清单

1.每周需要分析多少样本？

2.有什么样的样品(钢材、岩石、地表水、土壤等。)?

3.应用哪种分解方法？

4.需要确定多少个要素，哪些要素？

5.元素的浓度范围？

6.可以使用的测试溶液体积是多少？

7.应该考虑哪些选项和配件？

8.同位素测定对你重要吗？

9.买多少钱还是月租？

10.为了满足分析的需要，日常启动操作和基本费用是多少

11.你有什么样的技术人员？

表2电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体发射光谱法和石墨炉原子吸收光谱法的简单比较

表3检测限的比较(克/升)

电感耦合等离子体质谱、电感耦合等离子体原子发射光谱法和火焰原子吸收光谱法的检出限定义为空白色标准偏差的三倍。

石墨炉原子吸收光谱法:灵敏度(0.0044吸光度)用20微升样品测量