Das Vollspektrum-ICP-Massenspektrum (in der Regel für das Flugzeitinduktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrum, TOF-ICP-MS bezeichnet) ist eine hochdurchlaufende Elementanalyse-Technik, die auf einem Flugzeitmassenanalysator basiert und eine sofortige synchrone Erkennung von Isotopen im gesamten Massenbereich ermöglicht. Im Vergleich zu herkömmlichen vierpolaren ICP-MS bietet die Vollspektrumtechnologie erhebliche Vorteile bei der Multielement-Schnellanalyse, der transienten Signalverarbeitung und der Messung des Isotopenverhältnisses.
1. Arbeitsprinzip
1. Ionisierung und Transfer
Die Probe wird durch den Vernebiger in das Hochtemperatur-Plasma (~ 8000K) gelangen und nach der Ionisierung über den Schnittstellenkegel (Sampler / Skimmer Cone) in das Vakuumsystem extrahiert.
2. Qualitätsseparation und Prüfung
Flugzeit-Massenanalysator (TOF): Ionen nach dem beschleunigten elektrischen Feld mit der gleichen kinetischen Energie in das Feldlose Driftrohr, kleine Masse Ionen Flugzeit ist kurz, große Masse Flugzeit ist lang, durch die Erkennung von Flugzeitunterschieden erreicht Masseneinheit.
Vollspektrumsynchronisierte Erfassung: Ein einziger Impuls (μs-Ebene) erfasst Ionensignale im gesamten Massenbereich (z. B. Li ~ U), um Verzögerungen im Quad-Pole-Scan zu vermeiden.
3. Datenverarbeitung
Erfassen Sie alle Ioneneintrittszeiten mit einem High Speed Digital Converter (ADC) und konvertieren die Zeit in ein Massenverhältnis (m/z) in Kombination mit einer Kalibrierkurve, um ein vollständiges Massenspektrum zu erzeugen.
2. Kernleistungsvorteile
| Parameter | TOF-ICP-MS | Vierpole ICP-MS |
| Erkennungsmodus | Vollspektrumsynchronisierte Erkennung (alle m/z gleichzeitig erfasst) | Sequenzscan (Punktmessung) |
| Analysegeschwindigkeit | > 50.000 Spektren pro Sekunde | 10-20 Massen pro Sekunde |
| Dynamischer Bereich | 106-108 (Einzelpuls) | 106 (segmentierter Scan erforderlich) |
| Isotopengenauigkeit | ≤0,1% RSD (kurzfristig) | ≤0,3% RSD (durch Scangeschwindigkeitsbegrenzung) |
| Übergangssignalanalyse | Unterstützung für Einzelpulse (z. B. Laserverbrennung, Einzelpartikelanalyse) | Mehrfache Scans notwendig, Signaldetails können leicht verloren gehen |
Typische Anwendungsszenarien
Schnelle Multi-Element-Analyse
Umweltüberwachung: Synchronische Detektion von Spuren von Schwermetallen (As, Cd, Hg usw.) im Wasser und im Boden, mit einer einzigen Probe, um 30+ Elemente zu analysieren.
Biomedizin: High-Flow-Screening für essentielle/toxische Elemente (Fe, Zn, Pb) in Serum und Gewebe.
2. Übergangssignalanalyse
Laser-Erosion (LA): Verteilung von mineralischen Mikrozonenelementen mit einer räumlichen Auflösung < 10 μm.
Einzelpartikel-ICP-MS (spICP-MS): Messung der Mengenkonzentration und der Partikelgrößenverteilung von Nanopartikeln (Ag, TiO₂).
3. Isotopenverhältnisanalyse
Geochronologie: Messung des U-Pb- und Sr-Nd-Isotopverhältnisses mit einer Genauigkeit, die mit dem Multi-Empfänger-ICP-MS (MC-ICP-MS) vergleichbar ist.
Nachverfolgung der Lebensmittelsicherheit: Blei, Strontium-Isotope Fingerabdrücke für Wein und Kaffee.
4. Struktur der Instrumente
| Module | Funktionen und Schlüsseltechnologien |
| Probensystem | Hochpräziser Vernebler), Rotationsnebelkammer, HF-Säurebeständig (optional) |
| Ionenquellen | Selbststimulierender RF-Generator, Leistung 1,2-1,6 kW, mit dreikenniger Schnittstelle zur Reduzierung von Hintergrundgeräuschen |
| Qualitätsanalysator | Ortogonale Beschleunigung TOF, Massenauflösung > 6000 |
| Detektoren | Doppelmodus-Detektor (Analog/Zählmodus), Dynamikbereich 1-108 cps |
| Datenverarbeitung | Echtzeit-Dekonvolutionsalgorithmus zur Beseitigung von Masseninterferenzen (z. B. Auswirkungen von 450Ar35Cl auf 75As) |