知识分享 || ICP-MS/MS 方法开发的关键步骤

ICP-MS/MS的灵活性使一些用户认为，ICP-MS/MS的方法开发一定比在单四极杆ICP-MS困难。然而，现有的单四极杆方法通常可以直接转移至ICP-MS/MS，无需做重大修改。为了帮助大家做好ICP-MS/MS方法开发，小析姐分享一个ICP-MS/MS 方法开发的关键步骤给大家。

电感耦合等离子体串联质谱仪（ICP-MS/MS）是一种相对较新的技术，世界上第一台 ICP-MS/MS（Agilent 8800）于2012年投入商用。然而，这项技术迅速被接受并应用于各种行业，包括工业制造，第三方检测，政府，研究所和高校等。在本文中，我们将解释 ICP-MS/MS 方法开发的关键步骤，并围绕该技术澄清一些常见误解。

与传统的单四极杆电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）相比，ICP-MS/MS的主要优点包括：在碰撞反应池（CRC）中使用受控的化学反应消除质谱干扰的能力；两次质量过滤可以更好地分离相邻质量的 "峰拖尾"；更高的灵敏度和更低的背景以改善检出限。

ICP-MS/MS的灵活性使一些用户认为，ICP-MS/MS的方法开发一定比在单四极杆ICP-MS困难。然而，现有的单四极杆方法通常可以直接转移至ICP-MS/MS，无需做重大修改。此外，反应模式在ICP-MS/MS上运行相比单杆来说更加稳定，方法更加通用，操作更加简单。以下六个步骤有助于指导ICP-MS/MS的方法开发设置（图1）：

01

正确掌握基础知识

在开发 ICP-MS/MS 方法时，用户可能会首先关注需要如何解决特定的质谱干扰。然而，与传统的ICP-MS一样，ICP-MS/MS方法开发的起点应优先考虑更广泛的分析需求。这些需求包括几个容易被忽视的因素。

首先，仪器可以耐受样品基质吗？基质耐受对于许多 ICP-MS 应用来说非常重要。优化等离子体以提供低 CeO⁺/Ce⁺（<1.5%），确保仪器可以轻松耐受常见样品基质水平。低CeO/Ce表示更好的基质分解，从而减少接口上的沉积物，从而实现更好的稳定性和更少的维护。低CeO/Ce条件也会增加待测元素电离，提高对难电离元素（如铍、砷、镉和汞）的灵敏度。低CeO/Ce表明分子态物质的解离更彻底，否则会形成多原子离子干扰。

其次，样品组分是未知的还是在变换的？主要元素浓度和样品间差异性可能是重要的影响因素。不断变换的样品基质可引发令人意想不到的多原子离子干扰，固定的反应模式可能无法将其有效去除。在这种情况下，氦气（He）碰撞模式可以提供更简单，更通用，更可靠的解决方案。

第三，分析哪些元素，什么浓度水平？He模式已经成功运用于大多数ICP-MS应用，但较低的元素浓度可能需要反应模式方法进一步降低背景并提高检测限。同样，如果检测器无法覆盖整个浓度范围，则高浓度元素的分析可能需要手动调谐或稀释样品。

最后，分析多少个样品？很多参数会影响大批量样品的分析速度。ICP-MS/MS 与离散进样系统兼容，可缩短样品分析时间。然而，池气体数量以及模式间切换时间也会影响分析通量。

02

确认关键需求

一旦分析基本需求得到解决，就应考虑关键需求。该阶段通常侧重于困难的样品类型、特殊的分析元素或极低的浓度水平。在ICP-MS/MS方法开发的背景下，此步骤应优先聚焦于受质谱干扰影响的元素。

03

最简洁方法解决干扰

ICP-MS/MS具有性能优势，因为在CRC之前增加了四极杆Q1，可以控制池中的反应过程。反应模式能够非常有效地去除干扰，比如用于高纯试剂的分析。然而，反应模式方法可能会针对不同干扰具有特异性，因此多元素的方法往往需要多个池条件。这些条件可能并不完全适用于各种样品类型。

如上所述，大多数ICP-MS干扰通常都可以使用He模式来解决。ICP-MS中的主要质谱干扰是由多原子（分子）离子产生。例如，⁴⁰Ar³⁵Cl⁺ 在 m/z 75 处与 ⁷⁵As⁺重叠。He模式使用动能歧视（KED）来减少多原子离子传输以避免它们干扰单原子离子。因此，He模式支持多元素分析，并兼容许多元素的次级（确认性）同位素，同时也降低对不可靠的数学校正方程需求的依赖。

He模式的主要吸引力在于，相同的池条件可用于不同样品类型的多种元素，因此方法开发简单且一致。He模式是单四极杆ICP-MS方法的默认模式，并且可以在ICP-MS/MS上以相同的方式使用。大多数元素使用He模式也使得仅针对少数元素的反应模式的方法开发变得相对简单。

04

识别He模式无法解决的分析物或干扰物

许多用户之所以使用 ICP-MS/MS，正是因为即便使用经优化的 He 模式，依然无法在单四极杆 ICP-MS 达到分析要求。通常，这些需求涉及特定的质谱干扰或相邻质量数干扰，只能使用反应气或两次质量筛选（MS/MS）来解决。

ICP-MS/MS可以使用反应模式来消除强烈的质谱干扰，例如²⁸Si上的¹⁴N₂，³¹P上的¹⁴N¹⁶O¹H和³²S上的¹⁶O₂，从而可以在低浓度水平上分析这些以前难以测量的元素。反应模式还可以将源于基质的质谱干扰减至较低水平，从而实现痕量分析。

He模式无法解决同质异位素干扰，例如⁴⁸Ti上的⁴⁸Ca，⁴⁰Ca上的⁴⁰Ar，²⁰⁴Pb上的²⁰⁴Hg等。在常规ICP-MS分析中，通过测量替代质量数（上面的例子中为⁴⁷Ti，⁴⁴Ca和^206/207/208Pb）可以避免这些干扰。然而，对于某些应用，被干扰的同位素的测量是必需的，或是某些应用中性能优势，例如更高的灵敏度。在这些情况下，反应模式可以解决上述干扰问题。

当一个原子在等离子体中失去两个电子并形成双电荷（M²⁺）离子时，就会形成双电荷离子干扰。四极杆质量过滤器根据质荷比（m/z）分离离子，因此M²⁺离子呈现其真实质量的一半。大多数元素形成微不足道浓度的M²⁺离子，但有些元素，如稀土元素（REE），确实形成了一小部分M²⁺离子。这些 REE²⁺ 离子会导致干扰。例如，¹⁵⁰Nd²⁺ 和 ¹⁵⁰Sm²⁺ 与 ⁷⁵As⁺ 重叠。单四极杆ICP-MS可以校正常规水平的M²⁺干扰，但这种方法在高浓度干扰下无效。对于稀土矿物中的痕量砷和硒等分析，反应模式更为有效。

主要元素峰拖尾会强烈影响旁边测量的痕量元素。一个例子是在铁或钢基体中的痕量锰（m/z 55）分析（铁主要同位素在m/z 54和56）。使用MS/MS的双质量数筛选来解决峰拖尾，因为串联质谱的丰度灵敏度（AS）是两个质量过滤器AS的乘积，因此在ICP-MS/MS的情况下Q1 AS x Q2 AS。

05

选择合适反应模式

对于使用He模式无法解决的质谱干扰，选择适当的反应模式，并不像新用户通常认为的那样困难，因为ICP-MS/MS离子-分子化学反应已经得到了很好的认知和记录。安捷伦应用程序通常可以使用仪器软件提供的预定义方法设置来运行。制造商的应用说明和用户出版物记录了更多成熟应用方法。

ICP-MS/MS用户还受益于独特的方法开发工具，包括产物离子和前级离子扫描。这些对于识别合适的分析物产物离子和潜在的源于基质的产物离子干扰非常有用。

06

管控池内反应产物离子

当反应气用于ICP-MS时，可以在CRC中形成新的产物离子。与He模式相比，产生潜在的干扰产物离子是反应模式的主要缺点，但控制产物离子形成是串联质谱配置的关键优势。在CRC之前，Q1质量过滤器确保只有目标质量的离子（ 即待测元素和对应同质量数干扰）进入CRC。因此，Q1可防止其他质量数的分析物或基质元素形成产物离子。然而，产物离子仍然可以从反应气本身产生。例如，当在有机基质中测量⁵²Cr⁺时，Q1设置为m/z 52，允许⁵²Cr⁺和⁴⁰Ar¹²C⁺进入池中。NH₃气通过电荷转移反应去除⁴⁰Ar¹²C⁺：

然而，NH₄⁺产物离子可与NH₃池气体进一步反应，在m/z 52处形成新的NH₄(NH₃)₂⁺簇离子：

根据ICP-MS/MS碰撞反应池的配置和条件，可以使用质量歧视或能量歧视来防止形成NH₄(NH₃)₂⁺产物离子的顺序反应。其中能量歧视方法是有效的，因为从池气体产生的产物离子仅具有它们从碰撞中获得的动能。这些低能产物离子的能量不足以通过充满气体的反应池，因此它们不会出现在质谱图中（图2）。

图2 （a）叠加的ICP-MS/MS质谱图（空白和1 ppb铬（Cr）于1%甲醇中）。背景等效浓度<1 ppt确认使用能量歧视可以去除池内形成的NH₄(NH₃)₂⁺产物离子（m/z 52）。

ICP-MS/MS方法开发需要注意以下几点：

1、样品制备：样品制备是ICP-MS/MS方法开发的关键步骤之一。样品制备应该考虑到样品的物理和化学性质，以及分析目的。样品制备过程中应注意避免污染和样品损失。

2、标准曲线制备：标准曲线是ICP-MS/MS方法开发的另一个关键步骤。标准曲线应该覆盖分析范围内的所有浓度，并且应该包括至少五个浓度点。标准曲线应该在每次分析前重新制备。

3、仪器条件优化：ICP-MS/MS方法开发需要优化仪器条件，包括离子源温度、气体流量、离子透镜电压等。优化仪器条件可以提高分析的准确性和灵敏度。

4、质量控制：ICP-MS/MS方法开发需要进行质量控制，包括空白、加标回收率、精密度和准确度等。质量控制可以评估方法的可靠性和准确性。

5、数据处理：ICP-MS/MS方法开发需要进行数据处理，包括数据校正、结果计算和数据报告等。数据处理应该遵循国际标准和规范，以确保结果的准确性和可靠性。

素材来源：ICPMS冷知识

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