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  • 新技术更迭,ICP-MS仍将难以取代

    中国教育装备采购网 2017/11/24 9:55:38 围观153次 我要分享

      电感耦合等离子体质谱(Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry,ICP-MS)兴起于上世纪80年代,它以独特接口技术将电感耦合等离子体(ICP)电离特性与质谱仪灵敏、快速扫描等优点相结合,可实现超过七十种元素及质量数范围5~285amu同位素的分析。

      相比传统方法,ICP-MS具备检出限低、动态线性范围宽、干扰少、精密度高、速度快及可提供精确同位素信息等特性,且可与HPLC、GC、LA等系统联用,在金属组学、纳米颗粒等热门研究中大放异彩。据了解,ICP-MS全球仪器装机量在8000台以上,业已成为销量增长最快的无机元素分析仪器。

      Robert Samuel Houk教授(以下简称Houk教授),全球光谱质谱界极负盛名的大咖级人物、ICP-MS发明人之一、美国爱荷华州立大学博士导师、美国Ames国家实验室资深科学家。耕耘ICP-MS仪器设计及应用的几十年中,Houk教授先后在各类权威杂志上发表相关论文两百多篇,并在化学界获奖无数。而他的导师更是大名鼎鼎的ICP-OES之父V. A. Fassel教授,正是这师徒二人,造就了ICP-OES与ICP-MS在分析化学中的普遍应用。

      第十七届北京分析测试学术报告会暨展览会(BCEIA2017)期间,Houk教授应邀来华访问,并带来高水平学术报告。借此机会,仪器信息网编辑(以下简称Instrument)采访了Houk教授,就ICP-MS仪器的诞生、发展、技术趋势、应用热点等话题展开对话交流。

      

    新技术更迭,ICP-MS仍将难以取代

      Robert Samuel Houk教授与莱伯泰科胡克博士

      Instrument: Houk教授您好,作为ICP-MS发明人之一,首先请您谈谈当初发明ICP-MS背后的一些“小故事”?

      Houk教授:早在1975年,曾供职于英国ARL公司(后来到英国Surrey大学)的Gray博士通过自己的实验证明,在常压下工作的等离子体可以用作质谱仪的离子源,有利于简化质谱分析的操作和缩短测定所需时间。

      当时我正在美国Iwoa州立大学Ames实验室V. A. Fassel教授手下攻读博士研究生,Gray博士这篇著作给我带来极大启发。惊喜之余我立即拿上书去找导师,而此时Fassel教授也正捧着书从楼上下来找我,我们在楼道相遇,同时指着这篇文章说我们要做ICP!回想起来,这或许就是ICP-MS概念诞生的最初时刻。

      尽管当时提出了电感耦合等离子体想法,但此后的研究之路也并非一帆风顺,甚至走过许多弯路。1978年我们搭出第一台ICP-MS样机,由于采用大气压进气方法,仪器的接口开得特别小,容易造成样品堵塞。尽管到了1980年仪器已有了很大改进,但第一篇论文还是因“仪器接口太小不利于应用”被分析化学杂志拒稿。后来由于Fassel教授的坚持,这篇名为《Inductively Coupled Plasma as an Ion Source for Mass Spectrometric Determination of Trace Elements》的文章才得以联名发表,这就是后来被公认为ICP-MS“里程碑”的论文,我的ICP-MS研究之路也自此“一发而不可收”。

      Instrument:我们注意到,第一台商品化ICP-MS于1983年问世。您在其中扮演何种角色?是否参与到仪器的商品化研制中?

      Houk教授:1978年到1982年期间,有3个研究小组平行开展了ICP-MS的基础理论研究和应用基础理论研究工作,分别是英国Gray博士、加拿大多伦多大学Douglas博士及我和我的导师。1983年,加拿大Sciex公司和英国VG公司同时推出各自第一代商品仪器Elan250(后由PerkinElmer公司经销)和VG PlasmaQuad。两家公司都是依据研究小组所发文章研制商品化仪器,我自己并未涉入过多商品化研制,只是在仪器的理论和机理上不断开拓。

      对于专利,我和导师Fassel教授更愿意让科技公开化。我的第一个,同时也是唯一一个ICP-MS专利还是由我的学生、莱伯泰科胡克博士申请的,该技术目前在耶拿公司的仪器产品上得以应用。

      Instrument:您见证了ICP-MS技术与仪器的成长历程,那么,您认为在过去的5~10年时间里,ICP-MS仪器本身哪一项技术的突破最为激动人心?

      Houk教授:过去5~10年间,最引人关注的技术突破应属ICP-TOF-MS。利用同位素标定的待测分子与细胞特异组分相结合,通过ICP-TOF-MS等检测技术得到待测分子在个体细胞中的表现,现已成为细胞生物学和癌症研究应用的重要工具。当前全球生产ICP-TOF-MS的仪器厂商在3家左右,该技术在生物医疗、生物无机化学,尤其是癌症生物标记物等领域的应用仍有广阔前景。

      此外,由于进一步改善了干扰消除能力,三重四极杆型ICP-MS技术进展引人关注。因具有非常快速的样品进样能力,用于处理固态样品的激光剥蚀(LA)-ICP-MS同样被看好。

      Instrument:ICP-MS技术发展这么多年,仪器本身有哪些改进?计算机、软件等外部技术的发展,又给ICP-MS仪器带来了哪些影响?

      Houk教授:核心部件方面,ICP-MS的离子源历经几十年发展,已经可以根据不同需求调整温度与大小,从而提高分析的样品量和灵敏度。此外,检测器的线性范围拓宽至8个数量级,这也算是突破之一。

      计算机、软件等外部技术会带来许多变革,但仪器的许多基础性原理是无法改变的,ICP-MS要产生离子,离子进入真空系统,真空泵去抽真空,分离器分析,检测器检测,这些都是无法改变的基础。计算机、软件等外部条件或许能带来应用环境的改善,但仪器运行原理无法改变。

      Instrument:展望未来,就仪器硬件、软件来说,您认为ICP-MS将会如何发展?

      Houk教授:就仪器本身而言,目前的ICP-MS普遍采用“大”质谱进行分离,如果有一个更小、分辨率更高的质量分析器能够对干扰的分子离子进行分离,改进ICP-MS仪器本身的设计与尺寸,这将是一个非常好的研究方向。此外,如何减少甚至解决ICP-MS实际应用中的复杂基体效应问题,将是仪器下一步研究重点之一,目前已有个别仪器厂商正在尝试。

      应用方面,ICP-MS在生物医疗领域呈现爆炸性增长,在法医检测领域的应用也正逐年攀升。有个别团队正用ICP-MS寻找“未来元素”,或进行同位素的纯化富集,以改变材料特性拓展应用。

      Instrument:ICP-MS当前可以说是元素分析的“宠儿”,未来是否有可能出现比ICP-MS更好的仪器用于元素分析?

      Houk教授:就拿最近“大热”的LIBS来说,LIBS可以做到小型化、手提式、移动式,但其灵敏度、检出限仍无法赶超ICP-MS。此外,LIBS技术更擅长固体样品,不能进行同位素分析,而液体分析、同位素分析正是ICP-MS的优势所在。ICP-MS加上激光进样后,会比LIBS灵活许多。因此尽管新的元素分析技术迭出,但目前仍难有一项可与ICP-MS抗衡。

      后记:攻读博士研究生和任职助理教授期间,Houk教授将所有精力全部投注于ICP-MS这项新兴技术的研究,连他自己都坦言这种做法其实承担了极大的风险,一旦失败将一无所有。不过,Houk教授冒险前行,最终守得云开见月明。

      采访中,Houk教授曾笑言自己即将退休。退休之际,他寄语年轻人应勇于冒险、敢于承担,去做前人不敢做之事,方能得来“梅花扑鼻香”。

      撰稿编辑:韦东裕

      附录:Robert Samuel Houk教授简介

      Robert Samuel Houk教授是ICP-MS发明人之一、美国爱荷华州立大学博士导师和美国Ames国家实验室资深科学家。R.S.Houk教授在ICP质谱仪器设计和应用领域耕耘了几十年,取得过耀眼的成就。他是发表ICP-MS仪器领域文章的第一人,此后陆续在各种权威杂志上发表了两百多篇相关论文,并在化学界获奖无数,包括:美国化学会光谱化学奖、分析化学奖、美国化学会化学仪器奖、匹兹堡大会Maurice F. Hasler奖和美国应用光谱Lester W. Strock 奖等。R.S.Houk教授任职美国爱荷华州立大学教授和美国能源部欧姆斯国家实验室资深科学家(Ames Lab)的同时,还担任过:美国质谱学会杂志副主编、质谱百科全书——无机质谱卷编辑、光谱化学编辑顾问委员会委员、原子光谱分析期刊编辑顾问委员会委员、日本钢铁研究所期刊编辑顾问委员会委员和美国质谱学会元素分析兴趣小组主席等。

    来源:仪器信息网 责任编辑:李瑶瑶 我要投稿
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