激光剝蝕-氮氣微波電感耦合等離子體質譜（LA-MICAP-MS）：固體分析創新平台

I  概述

激光剝蝕與電感耦合等離子體質譜聯用（LA-ICP-MS）技術經過數十年發展，已成為固體樣品中主量與痕量元素分析的強大工具。然而，傳統Ar-ICP離子源固有的氬基幹擾（如⁴⁰Ar⁺對⁴⁰Ca、⁴⁰Ar¹⁶O⁺對⁵⁶Fe、⁴⁰Ar³⁵Cl⁺對⁷⁵As等）以及高昂的氬氣消耗（約1 m³/h），始終是該技術難以回避的痛點。

近期，Neff等人發表於《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》的研究將MICAP離子源與激光剝蝕係統聯用（LA-MICAP-MS），係統評估了其在固體樣品直接分析中的潛力。

II 幹法條件下的背景譜圖：幹擾顯著減少，新挑戰浮現

研究首先對比了幹法條件下（無溶液引入）MICAP-MS與傳統Ar-ICP-MS的背景譜圖。結果顯示：

氬基幹擾大幅消除：MICAP-MS中，⁴⁰Ar⁺、⁴⁰Ar¹⁶O⁺、8⁰Ar₂⁺等典型氬基幹擾離子信號極低或低於檢出限，質譜範圍35–107 m/z區域的背景顯著“潔淨"。

氮基背景物種形成：MICAP-MS的主要背景物種為N⁺、NO⁺、N₂⁺、O₂⁺、N₃⁺及N₄⁺等。其中，¹⁴N⁺和¹⁴N¹⁶O⁺豐度最高（檢測時需規避以避免檢測器飽和）。

未知背景信號待解：在m/z 80、82、108、110處觀察到未知背景信號，其來源尚不明確，但研究表明其與C、Ar、Cu等元素無關，有待進一步探究。

III 關鍵待測元素的幹擾消除與檢出限突破

得益於此潔淨背景，傳統Ar-ICP-MS中受嚴重幹擾的關鍵同位素在LA-MICAP-MS中得以解放：

顯著受益的元素：⁴⁰Ca⁺、⁵²Cr⁺、⁵⁶Fe⁺、⁷⁸Se⁺、¹²⁸Te⁺等成為檢出限低的同位素。其中⁵⁵Mn⁺因避開了⁴⁰Ar¹⁵N⁺和⁴⁰Ar¹⁴NH⁺的幹擾，檢出限較Ar-ICP-MS降低了32倍。

檢出限整體對比：對NIST SRM 610中64種元素的測定表明，LA-MICAP-MS的檢出限普遍與Ar-ICP-MS相當甚至更低。尤其對於K、Ca、Cr、Mn、Cu、Se、Te、Pb等元素，改善顯著。

仍需關注的元素：Si受¹⁴N¹⁵N⁺幹擾導致檢出限升高；P受¹⁵N¹⁶O⁺強幹擾（約800,000 cps）而無法檢出；Sn則因氣路中存在汙染而背景升高。

IV 定量分析能力驗證：與Ar-ICP-MS性能持平

研究采用NIST SRM 610為外標、⁴⁰Ca為內標，對NIST SRM 612和BCR-2G兩種標準物質進行了定量分析：

NIST SRM 612：涵蓋主量、輕質量數、中質量數、高質量數、高電離能及受幹擾元素在內的多種元素，LA-MICAP-MS的定量結果與參考值的偏差均在±10%以內，與Ar-ICP-MS表現一致。

BCR-2G（稀土元素）：對質量分數低至0.5-54 mg/kg的稀土元素進行定量，結果與參考值偏差同樣在±10%以內，證實了其在痕量分析中的可靠性。

V 長期穩定性與儀器預熱

對長達8小時的連續監測顯示，LA-MICAP-MS在開機後存在約1.5-2小時的儀器預熱漂移，輕質元素信號升高，重質元素則下降。但預熱穩定後，信號比波動可控製在5%以內。ThN⁺/Th⁺比值全程穩定在0.2%，而ThO⁺/Th⁺在預熱後從0.4%降至0.2%並保持穩定。

VI 總結與展望

本研究證實，LA-MICAP-MS對激光剝蝕產生的幹氣溶膠具有與Ar-ICP相當甚至更優的蒸發、原子化及電離效率。其在主量至痕量元素定量分析中的表現與Ar-ICP-MS高度一致，同時憑借氮基等離子體從源頭消除了氬基幹擾，顯著降低運行成本。盡管在Si、P、Sn等元素的分析中仍麵臨新挑戰，但總體而言，LA-MICAP-MS展現了挑戰乃至替代傳統LA-Ar-ICP-MS的巨大潛力。

 RADOM等離子體源，可直接替換原有氬離子源，重構激發環境，突破傳統分析邊界：

■ 依托十餘年成熟的 Cerawave™ “瓷能環"技術，形成穩定且高性能的等離子體，基體耐受性更強；

■無氬工作環境，從源頭消除氬基多原子離子幹擾，大幅提升檢測精度與數據可靠性；

■特別適合³⁹K、⁴⁰Ca、⁵⁶Fe、⁷⁵As、⁸⁰Se等同位素高精度分析，無需依賴碰撞/反應池或冷等離子體技術；

■模塊化設計實現與原氬離子源切換自如，優化後的RF係統有效降低高壓負載，增強耐用性，做到低維護；

■對於因離子源故障（尤其RF模塊）而年久失修的ICP-MS，能夠使其煥發新生；

■兼容多種 ICP-MS 采樣口，適合基於四極杆、飛行時間（TOF）及激光剝蝕（LA）等研究探索的質譜實驗室。

參考文獻

Neff C, Becker P, Hattendorf B, Günther D. LA-ICP-MS using a nitrogen plasma source. J Anal At Spectrom. 2021, 36: 1750-1757.