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Agilent 8800 ICP-MS測量超純水中 的超痕量鉀及其他元素
閱讀：341 發布時間：2025-1-21安捷倫 ICP-MS 系統（7900 ICP-MS 和 8800 串聯四極桿 ICP-MS (ICP-MS/MS)）有兩種可選配置：標準配置適用于常規應用，“s"配置（選項 #200）針對半導體應用進行了優化。“s"配置包括一個專門設計的“s 透鏡"以支持冷等離子體性能，對于許多高純度化學品應用而言，這仍是半導體行業的標準技術。7900 ICP-MS 和 8800 ICP-MS/MS 儀器均支持 CRC 操作，為方法優化提供了充分的靈活性，可實現半導體行業所需的高性能。本簡報介紹了 Agilent 8800 ICP-MS/MS 如何通過改進的冷等離子體性能以及 MS/MS 模式反應池方法，實現超純水 (UPW) 中 30 ppq 的 K 背景等效濃度 (BEC)，并使 Li、Na、Mg、Al、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni 和 Cu 等所有其他研究元素的 BEC 達到 ppq 級。
實驗部分使用半導體配置的 Agilent 8800 串聯四極桿ICP-MS。樣品引入系統配備中心管內徑為 2.5 mm的石英炬管、石英霧化室和 PFA 同心霧化器。半導體配置還包括鉑接口錐，適用于此次分析。利用0.7 L/min 的載氣流速自動吸取樣品，吸取速度為180 µL/min。使用安捷倫 I-AS 自動進樣器，I-AS的其中一個清洗口位置安裝有流動清洗口組件(Organo Corp., Tokyo, Japan)。清洗口組件在分析過程中持續提供新鮮的 UPW 用于針頭沖洗，從而避免了靜態（非流動）沖洗容器中可能發生的痕量污染物積聚。
使用高純度 HNO3 (TAMAPURE-AA-10, TAMAChemicals Co. Ltd. Kanagawa, Japan) 對空白和樣品進行酸化。利用 SPEX 331 混標 (SPEXCertiPrep, NJ, USA) 通過連續稀釋制得標準溶液。整個實驗均使用冷等離子體條件，等離子體參數如表 1 所示。低溫等離子體可顯著減少氬化物干擾物的形成，如 Ar+、ArH+ 和 ArO+。為創建冷等離子體條件，增加進入等離子體的總氣體流速（載氣流速 +補償氣流速），降低 RF 正向功率，同時采用更大的采樣深度 (SD)。由于冷等離子體溫度較低，推薦采用硬提取（對提取透鏡 1 施加較大的負電壓）。
8800 ICP-MS/MS 采用串聯 MS 配置，可在 MS/MS模式下運行（兩個四極桿均作為單位質量過濾器運行）。MS/MS 模式可確保 CRC 中的反應化學可控且可預測，因為只有目標分析物離子和直接原位質量干擾物質進入反應池。這樣可確保即使使用高反應活性的池氣體（如氨氣），也能獲得一致的反應。在本研究中，采用含有 10% NH3 的 He(99.99%) 作為反應池氣體，通過 8800 ICP-MS/MS的第三條池氣體管線引入。對比了無反應池氣體的冷等離子體模式和采用 NH3 MS/MS 反應模式的冷等離子體的性能。
圖 2 顯示了 UPW 中 39K、40Ca 和 56Fe 的 BEC 與補償氣 (MUGS) 流速的關系。如圖所示，增加 MUGS（更低的冷等離子體溫度）將使每種元素的 BEC 降低。這表明與每種分析物離子質量數重疊的氬化物離子的生成（電離）減少。然而，當 MUGS 流速高于 0.9 L/min 時，39K 的 BEC 再次升高。這表明，除了 ArH+ 的電離之外，還存在另一個因素影響 m/z 39 處的背景信號。第一個因素是，隨 MUGS 流速增加（更低的冷等離子體溫度），38ArH+ 生成減少。而對于另一個因素，我們懷疑存在水簇離子 H3O(H2O)+，該簇離子可在低溫等離子體條件下形成。為驗證該假設，我們監測了兩個信號比：R1（m/z 37 處的信號與 m/z 39 處的信號之比）和 R2（m/z 41 處的信號與 m/z 39 處的信號之比）。如果 m/z 39 處的背景信號主要由ArH+ 引起，則 R2 應與 Ar 的 40/38 同位素豐度比 (40ArH+/38ArH+ = 1581) 相匹配。如果 m/z 39 處的信號主要由水簇離子引起，則 R1 應與不同氧同位素（16O 和 18O）組成的水簇離子的豐度之比(99.5/0.409 = 243) 相匹配，如表 2 所示。
在冷等離子體條件下，使用氨氣作為反應氣體測定UPW 中的 K。測得的 BEC 為 30 ppq。使用 7500csICP-QMS 在冷等離子體/NH3 反應模式下進行對比研究，獲得 K 的 BEC 為 500 ppt[3]。我們將 8800系統實現的 BEC 的改善歸因于 ICP-MS/MS 技術的MS/MS 反應功能。在 ICP-QMS 中，等離子體中形成的所有離子都將進入反應池并與 NH3 反應，形成產物離子。這些反應導致在 m/z 39 處形成新的產物離子。相反，MS/MS 可防止任何不需要的母離子進入反采用冷等離子體/NH3 MS/MS 反應模式進行多元素分析將采用 MS/MS 和 NH3 反應模式的新型冷等離子體方法用于 UPW 的多元素分析。從表 3 中的結果可以看出，除 Ca、Fe 和 Ni 之外，所有元素的 BEC 均< 0.05 ppt (ng/L) 或 50 ppq，并且所有元素的 BEC均 < 150 ppq。
結論采用 Agilent 8800 ICP-MS/MS 確認了水簇離子H3O(H2O)+ 的存在，其在冷等離子體條件下會在m/z 39 處產生 K 的背景信號。在 MS/MS 模式下，采用 NH3 作為反應池氣體可成功除去該水簇離子。采用 8800 ICP-MS/MS 獲得的 39K 的 BEC為使用常規四極桿 ICP-MS 獲得值的 1/10。這一結果展示了 MS/MS 反應模式的優勢，其能阻止所有非目標離子、等離子體衍生離子進入反應池，從而避免在反應池中產生可能造成干擾的產物離子。因此，Agilent 8800 ICP-MS/MS 能夠使 UPW中 K 的 BEC 低至 30 ppq，所有其他元素（包括Ca、Fe 和 Ni）的 BEC < 150 ppq。