ICP-MS主流產品對比之五：碰撞反應池
上一篇 / 下一篇 2009-08-19 21:37:57/ 個人分類：元素分析
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5 碰撞反應池
可能各家廠商的產品都有一些自己的特點，然而如果不是碰撞反應池技術的出現，幾乎各家的ICP-MS都沒有什么大區別了。從PE公司在6100上推出DRC以來，各家公司都注意到了碰撞反應池是ICP/MS上的一個重要技術，但受到專利的影響，各家的碰撞反應技術各不相同，成為最有區別的一部分。
除了Varian，碰撞反應池的位置在離子透鏡之后，四極桿之前。并不是所有儀器都有，但這四家儀器廠商都有的主流產品都配備了碰撞反應池。
首先介紹PE的DRC。之所以先介紹PE，是因為在這四家公司里PE公司最早推出反應池技術的。當時是在Elan 6100上推出的，其名稱叫動態反應池DRC（Dynamic Reaction Cell）。這是一個專利技術。現在的主流產品是DRC-e和DRC II。連儀器型號都直接用該技術命名，可見碰撞反應池對于現行產品的影響有多大。
DRC和其它碰撞反應最大的不同就是這個反應池是一個四極桿設計。Thermo是六極桿、Agilent是八極桿，Varian是個接口，位置在錐口上。四極桿設計和其它設計不同就在于四極桿能夠進行質量甄別，也就是可以讓一定范圍里的質量數通過。這就是PE說它的DRC儀器是ICP-MS-MS的原因。而限于專利，其它廠商都沒有這個功能。
DRC-e可以使用包括甲烷、氧氣、氫氣和氦氣在內的任何一種氣體，DRC II還可以用氨氣、氧化氮等強反應氣。由于其反應原理，被測離子在DRC中受影響小。廠商說對靈敏度不受影響，但從實際數據來看，靈敏度也會有明顯的下降，但其下降幅度比其它廠家低得多。
PE的DRC需要針對不同質量數和干擾進行特別的設置，也就是說其氣體類型和參數設置針對性比較強，在多元素測量中有些困擾。最近，PE公司對于條件通用化進行了比較多的研究。
總之，PE公司的DRC技術是獨一無二的質量甄別反應技術。在消除干擾，降低本底方面有著突出的效果。
可能各家廠商的產品都有一些自己的特點，然而如果不是碰撞反應池技術的出現，幾乎各家的ICP-MS都沒有什么大區別了。從PE公司在6100上推出DRC以來，各家公司都注意到了碰撞反應池是ICP/MS上的一個重要技術，但受到專利的影響，各家的碰撞反應技術各不相同，成為最有區別的一部分。
除了Varian，碰撞反應池的位置在離子透鏡之后，四極桿之前。并不是所有儀器都有，但這四家儀器廠商都有的主流產品都配備了碰撞反應池。
首先介紹PE的DRC。之所以先介紹PE，是因為在這四家公司里PE公司最早推出反應池技術的。當時是在Elan 6100上推出的，其名稱叫動態反應池DRC（Dynamic Reaction Cell）。這是一個專利技術。現在的主流產品是DRC-e和DRC II。連儀器型號都直接用該技術命名，可見碰撞反應池對于現行產品的影響有多大。
DRC和其它碰撞反應最大的不同就是這個反應池是一個四極桿設計。Thermo是六極桿、Agilent是八極桿，Varian是個接口，位置在錐口上。四極桿設計和其它設計不同就在于四極桿能夠進行質量甄別，也就是可以讓一定范圍里的質量數通過。這就是PE說它的DRC儀器是ICP-MS-MS的原因。而限于專利，其它廠商都沒有這個功能。
DRC-e可以使用包括甲烷、氧氣、氫氣和氦氣在內的任何一種氣體，DRC II還可以用氨氣、氧化氮等強反應氣。由于其反應原理，被測離子在DRC中受影響小。廠商說對靈敏度不受影響，但從實際數據來看，靈敏度也會有明顯的下降，但其下降幅度比其它廠家低得多。
PE的DRC需要針對不同質量數和干擾進行特別的設置，也就是說其氣體類型和參數設置針對性比較強，在多元素測量中有些困擾。最近，PE公司對于條件通用化進行了比較多的研究。
總之，PE公司的DRC技術是獨一無二的質量甄別反應技術。在消除干擾，降低本底方面有著突出的效果。
PE的DRC示意圖
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chemistry發布于2009-08-19 19:15:01
- Thermo公司的碰撞反應池的名稱叫碰撞池技術CCT（collision cell technology），采用了一個六極桿來完成這個工作。Thermo公司一般采用氦氣和氫氣混合氣（氫氣7%）來作為反應碰撞氣。Thermo公司的技術文獻也有報道用氧氣的，不知道有沒有實際應用。
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Thermo X2上的CCT部件
Agilent公司的碰撞反應池技術叫八極桿反應系統ORS（Octopole Reaction System），7500CX通常是排一路氦氣，7500CS通常排2路，一路氦氣，一路氫氣，據Agilent公司介紹7500CS也可選排第3路氣，用氨氣。用氨氣不知道在半導體行業有沒有實際應用。但一般使用，Agilent都只使用氦氣，在半導體行業，用氦氣和氫氣。
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Agilent公司的ORS示意圖
由于專利的限制，Thermo以六極桿作為碰撞反映的控制技術。Agilent公司以八極桿作為碰撞反映的控制技術。極桿數目越多，離子越難控制？所以Varian公司不再考慮用極桿作為碰撞反映的場所。不過，Varian公司還是有一些創新能力的（90度離子透鏡的設計就可以看出來），在錐口設計了一個碰撞反應接口CRI（Collision Reaction Interface），來完成碰撞反應去干擾。具體是在錐口開了夾層，使氣體從錐口沖出，達到碰撞反應的目的。在樣品錐和截取錐上都采用了這樣的設計。這樣的話，反映場所就比較狹窄。
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上圖為Varian錐的示意圖，下圖為實際錐的剖面圖。里面是中空的，用來通碰撞反應氣
雖然這三家的設計和理念有所不同，但其去干擾的原理基本一致。主要是通過樣品產生的離子流和氫氣或氦氣或兩者混合氣進行碰撞和反應。氦氣是惰性氣體，主要起到碰撞作用，氫氣是弱反應氣，主要通過反應來去除干擾。由于不能做質量甄別，必須使用反向電場進行能量甄別，以消除大量的副產物干擾離子。在能量甄別中，被測離子中大部分也會被甄別掉。所以，在碰撞反應模式下，靈敏度會大大下降，不同質量數和碰撞反應條件下，下降的幅度不同，有時候甚至高達幾十倍。
[ 本帖最后由 chemistry 于 2009-8-19 20:38 編輯 ]
ThermoCCT.jpg
Agilent的ORS.jpg
Varian錐.jpg
- chemistry發布于2009-08-19 19:15:59
- 雖然這三家的碰撞反應原理差不多，但具體使用還是有些不同。
Thermo基本使用氦氣為主的氦氫混合氣，其理念是提供一個通用氣和條件，適合絕大部分樣品去干擾的要求。所以，氣體里面又有碰撞氣——氦氣，又有反應氣——氫氣。氦氣和氫氣對于不同的樣品和干擾有著不同的影響。比如：80Se的測量，有40Ar40Ar的干擾。如果要去除這個干擾，需要用氫氣，氦氣效果不佳。但全部用氫氣的話，反應又難以控制。所以Thermo采用了這個混合氣的辦法。Thermo公司會向用戶展示CCT在80上的低本底計數，說明其CCT去除干擾的能力。然而，即使如此，氫氣的副作用還是很明顯。其副產物產生的影響難以控制。
Agilent公司通常推薦用氦氣，100%的。這樣的好處是氦氣是靠碰撞，不會產生新的干擾。也就是說，干擾只會減少，不會生成新的、未知的干擾。當然，只靠氦氣是不能解決問題。比如上面提到的80上的40Ar40Ar干擾。所以，Agilent的7500CX在使用ORS時80上的計數是很高的。Agilent認為一般條件下，測量硒可以用78或82，而不是80。但氦氣不能較完全地去除干擾則是可以定論的。所以，Agilent公司在需要去除Ar干擾、進行低含量水平檢測時，還是要用到氫氣，這在7500CS上就留了氫氣的氣路。
Varian公司在CRI上可以用氫氣或氦氣，可以切換。Varian公司的資料說到由于CRI只是一個接口（I指Interface），不是一個“池（Cell）”，所以氣體切換非常快。從實踐來看，從通氣和不通氣的切換確實很快，但從氫氣和氦氣之間的切換卻非常慢，比PE公司換氣速度還慢。估計是Varian儀器內部氣路的設計問題。另外，正是由于沒有一個“池”，在錐口這樣一個狹小的空間完成碰撞反應，其氣流量要比Thermo和Agilent公司的要大的多。氣流量大，對被測離子的靈敏度影響也越大，結果就是，Varian的ICP/MS在非碰撞反應模式下靈敏度遠遠高于其它三家，但在碰撞反應模式下，其靈敏度大大下降，和其它三家基本在同一水平上。
[ 本帖最后由 chemistry 于 2009-8-19 20:40 編輯 ]
icpms發布于2009-08-19 19:16:50
- 四極桿、六極桿，八極桿不是哪個廠家的專利，在液質上應用已經很多了。
- chemistry發布于2009-08-19 19:17:11
- 確實如上所說，幾極桿等不是專利。專利是DRC、CCT、ORS等這些技術。
- icpms發布于2009-08-19 19:17:20
- 這些碰撞反應池技術都是借鑒了有機質譜技術
弟子規發布于2012-06-02 15:45:36
- 咚咚咚
問一個低級點的問題，ICPms還要用四級桿、八級桿等碰撞池反應呀，我知道三重四級需要這些是做二級質譜，但不明白ICPMS為什么還要用
