(1.天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院，天津 300072；2. 天津大學(xué)天津市生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)技術(shù)與儀器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

電感耦合等離子體質(zhì)譜(Inductively coupled plasma mass spectrometer, ICP-MS)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的痕量元素分析技術(shù)[1]。具有敏度高、檢測(cè)限低、動(dòng)態(tài)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)[2]。近年來(lái)，像納米單顆粒分析[3]和單細(xì)胞分析[4]這類(lèi)信號(hào)持續(xù)時(shí)間短、元素組成復(fù)雜的應(yīng)用，對(duì)ICP-MS儀器的分析速度提出了更高的要求。

四極桿電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-QMS)和扇形磁場(chǎng)電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-SFMS)的質(zhì)量分析器是分段記錄的，目前他們的最高分析速度分別為每秒鐘20萬(wàn)[5]和10萬(wàn)[6]個(gè)質(zhì)量數(shù)。分段記錄的ICP-QMS和ICP-SFMS的分析速度雖然可以滿(mǎn)足單元素短瞬態(tài)信號(hào)的分析要求，但他們目前的分析速度并不能及時(shí)、完整的記錄短瞬態(tài)信號(hào)中的多種元素信息[7,8]。而飛行時(shí)間電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-TOFMS)具有全譜同時(shí)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，它每次脈沖提取均可以記錄樣品中的多種元素信息。目前ICP-TOFMS的分析速度為3.3萬(wàn)張質(zhì)譜圖，在這個(gè)速度下可以完整的記錄納米顆粒產(chǎn)生的多元素信號(hào)[9]。而且相比于分段記錄的質(zhì)量分析器它還可以節(jié)省樣品的消耗。ICP-TOFMS現(xiàn)已在納米單顆粒[3]、單細(xì)胞[4]、微量樣品[10,11]的分析中發(fā)揮著極其重要的作用。本文主要對(duì)ICP-TOFMS的原理、發(fā)展現(xiàn)狀和主要應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 ICP-TOFMS的基本原理

ICP-TOFMS儀器由ICP離子源、真空接口、離子光學(xué)系統(tǒng)、飛行時(shí)間質(zhì)量分析器、離子檢測(cè)器、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)等部分組成。樣品在ICP-TOFMS儀器中檢測(cè)過(guò)程為： 在ICP離子源的高溫作用下樣品被電離為離子，隨后離子通過(guò)真空接口進(jìn)入真空腔中。在真空系腔中，離子在透鏡系統(tǒng)中受到電場(chǎng)力的作用，經(jīng)過(guò)離子偏轉(zhuǎn)、離子聚焦等過(guò)程進(jìn)入到飛行時(shí)間質(zhì)量分析器中。飛行時(shí)間質(zhì)量分析器根據(jù)不同質(zhì)荷比的離子到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間不同將離子區(qū)分開(kāi)來(lái)。離子檢測(cè)器將接收到離子信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的處理最終呈現(xiàn)為質(zhì)譜圖。

1.1 ICP離子源的原理

ICP離子源的基本原理是利用高頻電感線圈產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，通過(guò)火花引燃使部分工作氣被電離，產(chǎn)生的電子和氬氣離子在高頻電磁場(chǎng)中被加速，與氬原子發(fā)生強(qiáng)烈碰撞，通過(guò)碰撞產(chǎn)生更多的帶電粒子，從而形成等離子體。樣品被引入到等離子體中，經(jīng)歷了去溶劑化、離子化等過(guò)程形成樣品離子(圖1)。

圖1 ICP離子源原理圖

1.2 飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的原理

飛行時(shí)間質(zhì)譜(TOF)的基本原理如圖2所示。在離子帶有相同電荷e的條件下，不同質(zhì)荷比的離子經(jīng)過(guò)同一電場(chǎng)的作用，獲得了相同的動(dòng)能：

(1)

質(zhì)量為m的離子在無(wú)場(chǎng)飛行區(qū)中飛行的速度為：

(2)

故飛過(guò)距離D所需的時(shí)間為：

(3)

圖2 飛行時(shí)間質(zhì)量分析器原理圖

將離子飛行時(shí)間經(jīng)過(guò)質(zhì)荷比校正后，最終得到由離子的質(zhì)荷比與對(duì)應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度構(gòu)成的質(zhì)譜圖。

2 電感耦合等離子體飛行時(shí)間質(zhì)譜儀器發(fā)展

2.1 ICP離子源技術(shù)

ICP離子源具有高溫高能量、樣品解離效率高、能產(chǎn)生高產(chǎn)率的單電荷離子、成本低等優(yōu)點(diǎn)。Reed[12]第一個(gè)報(bào)道了在管內(nèi)流動(dòng)的氣流可以產(chǎn)生電感耦合等離子體，然后通過(guò)設(shè)計(jì)切向氣流穩(wěn)定的三重同心炬管，解決了等離子體的穩(wěn)定性問(wèn)題。隨后，電感耦合等離子體被用作發(fā)射光譜分析的等離子體光源[13]，在這期間，F(xiàn)assel[14-17]等對(duì)炬管結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)并形成了今天通用的炬管結(jié)構(gòu)。隨后，R.S.Houk[1]等設(shè)計(jì)了從電感耦合等離子體中進(jìn)行離子提取的接口裝置，實(shí)現(xiàn)了ICP離子源與質(zhì)譜的結(jié)合。

2.2 飛行時(shí)間質(zhì)量分析器技術(shù)

1948年，A.E.Cameron和D.F.Eggers研制出世界上第一臺(tái)飛行時(shí)間質(zhì)譜儀[18]。飛行時(shí)間質(zhì)譜經(jīng)過(guò)了70多年發(fā)展[19,20]可主要概括為4種關(guān)鍵技術(shù)突破。第一，雙場(chǎng)加速聚焦技術(shù)，它有效解決了由于離子初始空間分散而造成的分辨率降低問(wèn)題[21]。第二，反射器技術(shù)，它不但實(shí)現(xiàn)了離子動(dòng)能分散的補(bǔ)償，而且增加了飛行距離，使質(zhì)譜的分辨率提升了一個(gè)量級(jí)[22]。第三，垂直引入技術(shù)，不僅減小初始能量發(fā)散的影響，而且降低了儀器的背景干擾，更為重要的是使得飛行時(shí)間質(zhì)譜能夠與電熱蒸發(fā)(Electrothermal Vaporizer, ETV)、ICP、電噴霧離子源(Electron Spray Ionization, ESI)等連續(xù)產(chǎn)生離子的電離源結(jié)合，極大的拓展了飛行時(shí)間質(zhì)譜的應(yīng)用領(lǐng)域[23]。第四種是為解決MALDI源初始動(dòng)能發(fā)散問(wèn)題而提出的脈沖延時(shí)提取技術(shù)，脈沖延時(shí)提取技術(shù)的引入使得MALDI-TOFMS的分辨率得到極大的提高[24]。

2.3 ICP離子源與飛行時(shí)間技術(shù)的結(jié)合

2.3.1儀器的離子光學(xué)結(jié)構(gòu)

脈沖式離子源與飛行時(shí)間質(zhì)量分析器能夠很好的匹配，而連續(xù)型離子源如ICP、ESI等在與飛行時(shí)間質(zhì)譜結(jié)合時(shí)，需要將連續(xù)的離子流轉(zhuǎn)換為離散的離子包，然后對(duì)每個(gè)離子包進(jìn)行分析。從儀器的離子光學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)講，ICP離子源與飛行時(shí)間質(zhì)量分析器有兩種結(jié)合方式，分別是垂直提取(圖3)和軸向提取(圖4)。

Myers團(tuán)隊(duì)在1993年報(bào)道了世界上第一臺(tái)ICP-TOFMS[25]，并在隨后的兩年做出了進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)[26,27]。該設(shè)備采用了垂直提取的方式將ICP離子源與飛行時(shí)間質(zhì)量分析器耦合。儀器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，離子在通過(guò)接口錐之后，采用了2組工作在離子導(dǎo)引模式下的四極桿作為離子傳輸裝置(圖3中L1, L2)。為降低離子的初始位置分散，在L2后加入靜電四極桿L3，調(diào)節(jié)L3對(duì)桿上的電壓可實(shí)現(xiàn)離子束型的調(diào)制。飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的入口與離子束的飛行方向相垂直，通過(guò)在提取透鏡E1上施加高頻率的高壓脈沖實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)離子流的提取。Myers團(tuán)隊(duì)的一系列研究結(jié)果表明，垂直提取比軸向加速離子提取靈敏度更高、分辨率更好、占空比更佳。此外，雙場(chǎng)加速技術(shù)和反射器也被應(yīng)用于該設(shè)備中，使得儀器的分析性能進(jìn)一步提高[28]。

圖3 垂直提取型ICP-TOFMS原理圖[27]

軸向提取的基本原理如圖4所示，通過(guò)接口的離子束，經(jīng)過(guò)調(diào)制區(qū)域的調(diào)制，然后經(jīng)透鏡陣列的提取與加速，進(jìn)入到飛行時(shí)間質(zhì)量分析器中。基于軸向提取ICP-TOFMS的首個(gè)也是唯一的一款商用儀器是Renaissance(美國(guó)LECO公司)，文獻(xiàn)[29,30]對(duì)該儀器的分辨率、檢測(cè)限、和同位素比率精度等分析性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，該設(shè)備僅在同位素測(cè)量速度和測(cè)量精度上具備優(yōu)勢(shì)。而在檢測(cè)限和分辨率等能方面，它不及同時(shí)期的四極桿ICP-MS，如今它已停止生產(chǎn)。

圖4 軸向提取型ICP-TOFMS原理圖[29]

2.3.2干擾粒子的去除技術(shù)

在ICP-TOFMS中，隨樣品離子一同進(jìn)入質(zhì)譜系統(tǒng)的干擾粒子有高強(qiáng)度的40Ar+和80Ar2+離子、不帶電荷的中性粒子(例如光子、Ar原子和未電離的樣品分子)、多原子離子或加合物離子(例如28N2+、41ArH+和41ArO+)[31]。這些干擾粒子會(huì)嚴(yán)重影響儀器的分析性能，比如高強(qiáng)度的40Ar+離子會(huì)造成檢測(cè)器的飽和。所以，要在儀器的離子光路上加入離子光學(xué)器件將這些干擾粒子去除。

對(duì)于未電離的中性粒子和光子等不帶電的粒子，早期的ICP-TOF MS采用飛行時(shí)間離子反射器或是垂直提取技術(shù)去除這類(lèi)不帶電的粒子[25,29]?，F(xiàn)今的ICP-TOF MS采用離軸或偏轉(zhuǎn)透鏡的方式將這類(lèi)干擾去除[32]。在Dmitry R. B.的流式質(zhì)譜樣機(jī)和Tofwerk公司的商品化儀器icpTOF中，均在接口錐后引入靜電四極偏轉(zhuǎn)離子透鏡。它可以有效去除不帶電荷的中性粒子，降低這些干擾粒子在離子傳輸光路中對(duì)樣品離子的影響。此外，它還可以在需要數(shù)據(jù)采集時(shí)才激活離子偏轉(zhuǎn)透鏡系統(tǒng)，從而減少離子對(duì)光學(xué)器件和檢測(cè)器的沖擊[33-35]。

Myers團(tuán)隊(duì)在最初的研究中發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度的40Ar+離子信號(hào)會(huì)造成檢測(cè)器飽和。為了解決該問(wèn)題，他們?cè)跓o(wú)場(chǎng)飛行區(qū)徑向方向設(shè)計(jì)了一對(duì)平板電極(圖3 中D1、D2)，當(dāng)40Ar+離子飛過(guò)時(shí)施加脈沖電壓使其偏離。在平板電極上施加幅值為-75V寬度為550ns的脈沖使得40Ar+離子的脈沖高度降低了98%，但是，同時(shí)也造成了40Ar+離子附近39amu和41 amu離子的損失[29]。GBC公司的商品儀器 OptiMass 8000是以Myers團(tuán)隊(duì)儀器為原型發(fā)展而來(lái)，其最新的離子門(mén)技術(shù)具有更高的質(zhì)量篩選精度(可達(dá)小于1 amu的水平)，可覆蓋10～22amu、28～42amu、75～85amu多個(gè)質(zhì)量段，在測(cè)量過(guò)程中盡可能的消除14N+、16O+、17OH+、18H2O+、28N2+、30NO+、32O2+、40Ar+、41ArH+和80Ar2+的影響[36]。Renaissance(美國(guó)LECO公司)也采用了同樣的方法去除上述干擾粒子[37]。Tofweak公司的icpTOF型產(chǎn)品采用了與上述離子門(mén)截然不同的方式來(lái)去除上述干擾粒子。在進(jìn)入飛行時(shí)間質(zhì)量分析器接口之前，它在離子的傳輸路徑中引入了一個(gè)長(zhǎng)的四極桿作為陷波質(zhì)量過(guò)濾器(Notch filter)。Notch filter上可施加多達(dá)4個(gè)輔助RF頻率，以選擇性地去除(即衰減)16O+、28N2+、32O2+、40Ar+四種離子，而對(duì)于未選定的離子，長(zhǎng)四極桿僅起到離子導(dǎo)引的作用[9]。Dmitry R. B.[8]的質(zhì)譜流式系統(tǒng)在離子導(dǎo)向器之后加入一根四極桿，并將該四極桿的低質(zhì)荷比截止值設(shè)置為80，因此質(zhì)荷比小于80的干擾離子(O+，OH+，O2+，Ar+，ArH+，ArO+)在射頻場(chǎng)中因不穩(wěn)定而被移除。

碰撞/反應(yīng)池技術(shù)是消除質(zhì)譜中多原子離子干擾的有效方法[31]。其中四極桿碰撞反應(yīng)池具有一定的質(zhì)量篩選功能，可將碰撞/反應(yīng)后的碎片離子篩除。六極桿和八極桿由于各個(gè)電極之間相互耦合而不具有質(zhì)量篩選功能，但是它具有更寬的離子質(zhì)量范圍。首個(gè)具有碰撞反應(yīng)池的ICP-TOFMS是Tofwerk公司的icpTOF[33]，它在四極桿Notch filter之前采用了四極桿碰撞反應(yīng)池，icpTOF在碰撞模式下的操作可以通過(guò)碰撞池中的氦氣碰撞冷卻離子以提高質(zhì)量分辨率，或者通入反應(yīng)氣體(例如H2或O2)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)消除干擾離子。GBC公司在其最新型號(hào)的ICP-TOFMS儀器OptiMass 9600的離子光路中加入了八極桿碰撞/反應(yīng)池，可有效減少樣品分析過(guò)程中干擾離子的影響[38]。此外，為抑制由于等離子體與采樣錐之間二次放電形成多原子離子的現(xiàn)象。ICP離子源在減少干擾離子產(chǎn)生的方面，主要有冷等離子體技術(shù)和由其改進(jìn)而來(lái)的屏蔽炬技術(shù)[31]。屏蔽炬技術(shù)(圖5)是在等離子體工作線圈和ICP炬管之間插入一個(gè)接地的薄的屏蔽板，這個(gè)屏蔽板可有效地降低等離子體與采樣錐之間的電勢(shì)差。屏蔽炬技術(shù)可以在使用較高的ICP輸出功率(900～1000W)的同時(shí)消除二次放電現(xiàn)象，使得多原子碎片無(wú)法再離子化，從而大大降低了儀器的背景噪聲。

圖5 屏蔽炬技術(shù)

2.4 儀器分析速度的提高

目前對(duì)于短瞬態(tài)信號(hào)樣品的分析需求促使ICP-TOFMS朝著更快速的方向發(fā)展。影響飛行時(shí)間質(zhì)量分析器分析速度的因素有待測(cè)離子的質(zhì)荷比范圍、脈沖提取頻率、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)記錄速度。在ICP離子源中質(zhì)荷比最大值為238。脈沖提取頻率的提高不但可以對(duì)來(lái)自離子源的離子信號(hào)更加詳細(xì)的記錄，而且可以降低儀器的信噪比[39]。1993年Myers[26]的第一臺(tái)ICP-TOFMS儀器的脈沖提取頻率為5～10kHz，現(xiàn)今的ICP-TOFMS中GBC optimass[40]為30kHz，Tofwerk icpTof[41]為33kHz，Bandura[8]的流式質(zhì)譜更是高達(dá)76.8 kHz。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的核心，可分為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital converter，ADC)和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Time to digital converter，TDC)，在早期的飛行時(shí)間質(zhì)量分析器中，由于ADC的速度較慢，故多采用TDC將離子信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。但TDC的死區(qū)時(shí)間限制了離子計(jì)數(shù)范圍上限[42]。而經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，現(xiàn)今商用的高速 ADC 數(shù)據(jù)采集板卡實(shí)時(shí)采樣速度已經(jīng)可以達(dá)到1～4Gsps?，F(xiàn)今的ICP-TOFMS都采用ADC作為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，例如Tofwerk[43]采用美國(guó)Acquiris公司1～2Gsps 的AP240型ADC。 Bandura[8]的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)采用加拿大Signatec公司的8位1Gsps的PDA1000型ADC數(shù)據(jù)采集卡。

飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的每張質(zhì)譜圖來(lái)源于單次或多次脈沖提取累計(jì)的信號(hào)總和。例如在10kHz的脈沖推斥頻率，飛行長(zhǎng)度為1m情況下，質(zhì)荷比為238離子，若以每秒鐘一張質(zhì)譜圖的掃描速度，大約有10000個(gè)離子團(tuán)信號(hào)被記錄下來(lái)整合成一張譜圖。在這樣的時(shí)間下可滿(mǎn)足一般的分析要求。但若要完整地記錄短瞬態(tài)信號(hào)中的信息，例如納米顆粒(存在時(shí)間為200μs～300μs)，則每秒鐘需要完成3000～5000張獨(dú)立的質(zhì)譜圖的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)。在現(xiàn)有報(bào)道中，數(shù)據(jù)采集速度最快的是Bandura[8]的流式質(zhì)譜。在該儀器的原始數(shù)據(jù)記錄模式中，它將每次脈沖提取的離子信號(hào)記錄下來(lái)，2分鐘內(nèi)生成的9.216×106張質(zhì)譜圖。

3 ICP-TOFMS儀器的應(yīng)用

ICP-TOFMS具有快速、準(zhǔn)確、多元素同時(shí)分析的特性。脈沖激光剝蝕技術(shù)(Laser Ablation,LA)如圖6，在密腔體中采用高強(qiáng)度的激光脈沖聚集于樣品表面使之融蝕氣化，然后通過(guò)載氣將樣品微粒載人等離子體中。對(duì)于LA產(chǎn)生的瞬態(tài)、多元素信號(hào)，TOF系統(tǒng)的高速和全譜同時(shí)檢測(cè)特性與ICP離子源的高溫電離特性使其成為分析LA元素分析的理想平臺(tái)。LA-ICP-TOFMS法主要用于測(cè)定地質(zhì)、生物組織等領(lǐng)域固態(tài)樣品中的元素二維[11]、三維[44]分布。

圖6 脈沖激光剝蝕技術(shù)

在地質(zhì)分析方面，可以使用LA-ICP-TOFMS法獲得各地理環(huán)境中巖石樣品的元素的分布情況，從而有效地刻畫(huà)巖石的質(zhì)地，進(jìn)而推論出巖石的形成過(guò)程以及各地區(qū)的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)情況。Alexander[11]采用LA-ICP-TOFMS法對(duì)厄爾巴島上斷裂帶的巖石樣品進(jìn)行了高空間分辨率的多元素成像。V. Balaram[45]使用LA-ICP-TOFMS法測(cè)定了東印度洋阿凡納西中鈷結(jié)殼的化學(xué)特征。Hao[46]用LA-ICP-TOFMS法對(duì)藍(lán)寶石的痕量元素和同位素進(jìn)行分析。

有機(jī)生物組織分析方面，生物組織中元素分布的可視化可以提供有關(guān)生物學(xué)和醫(yī)學(xué)相關(guān)性的多種有價(jià)值的信息，ICP-TOFMS通常與激光剝蝕(LA)技術(shù)聯(lián)用,用于生物組織的二維元素成像。Narukawa T.[47]對(duì)可溶性生物組織干沉積物進(jìn)行了痕量的金屬測(cè)定。Jorg[10]首次開(kāi)發(fā)了通過(guò)將低溫冷卻的消融腔室與LA-ICP-TOFMS耦合，對(duì)軟組織中痕量元素進(jìn)行分析的方法。其后S. Mark[48]使用該方法對(duì)毒理學(xué)腎臟組織樣品進(jìn)行研究，獲得了腎組織樣品痕量金屬二維分布信息。Kamil[49,50]對(duì)冷凍切片的大鼠腦組織進(jìn)行微量元素生物成像，建立了標(biāo)準(zhǔn)基質(zhì)匹配樣品的制備方法和大鼠腦組織微量元素生物成像的校準(zhǔn)程序，它預(yù)測(cè)元素生物成像的趨勢(shì)是進(jìn)行超快速和高空間分辨率的分析Oliver[51]將氣溶膠快速導(dǎo)入系統(tǒng)與LA-ICP-TOFMS結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)高通量和全譜的超快速生物成像方法。

LA-ICP-TOFMS法在痕量樣品檢測(cè)方面也具有一定的優(yōu)勢(shì)，Scadding C.[52]報(bào)道了在法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域LA-ICP-TOFMS法在微碎屑樣品分析中的潛力。他們開(kāi)發(fā)了一種基于LA-ICP-TOFMS用于分析經(jīng)氧-乙炔切割后犯罪現(xiàn)場(chǎng)中遺留的金屬顆粒的新方法，結(jié)果表明：通過(guò)該方法所得犯罪現(xiàn)場(chǎng)回收的金屬小球數(shù)據(jù)與罪犯衣物上的金屬小球數(shù)據(jù)相匹配，新方法的使用克服了傳統(tǒng)方法由于犯罪現(xiàn)場(chǎng)樣品量少無(wú)法監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。Ursula[53]使用LA-ICP-TOFMS法對(duì)由噴墨打印機(jī)產(chǎn)生的皮升液滴的干燥殘留物樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明：采用該方法可以得出該微量樣品的元素組成信息，根據(jù)這些信息可以識(shí)別和區(qū)分不同生產(chǎn)商的墨粉。

此外，ICP-TOFMS還可以與氣相色譜(Gas chromatography, GC)聯(lián)用，用于對(duì)紫外線照射條件下，低分子量羧酸介質(zhì)中亞砷酸鹽水溶液產(chǎn)生的揮發(fā)性砷物質(zhì)[54]的快速檢測(cè)。與液相色譜(Liquid Chromatography, LC)聯(lián)用，用于對(duì)貽貝中金屬硫蛋白樣蛋白相關(guān)的微量元素的多元素形態(tài)學(xué)研究[55]。

在食品分析方面，使用ICP-TOFMS法可以快速獲取食品中的化學(xué)計(jì)量學(xué)信息，從而實(shí)現(xiàn)食品的產(chǎn)地溯源，并可以進(jìn)一步整合化學(xué)計(jì)量學(xué)數(shù)據(jù)，建立食品產(chǎn)地信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。 R. Fragni[56]使用ICP-TOFMS對(duì)不同產(chǎn)地的番茄進(jìn)行多元素化學(xué)計(jì)量分析，并在隨后的研究中根據(jù)分析數(shù)據(jù)建立了當(dāng)?shù)胤鸦瘜W(xué)計(jì)量信息數(shù)據(jù)庫(kù)[57]。Lenka[58]開(kāi)發(fā)了草酸和硝酸沉淀鈣和蛋白質(zhì)后ICP- TOFMS對(duì)牛奶進(jìn)行的多元素分析方法，用于確定牛奶的產(chǎn)地來(lái)源。此外Ellen M.[59]使用LA-ICP-TOFMS法鑒定香草的元素組成,通過(guò)判別函數(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行比對(duì)，確定了香草的地理來(lái)源。與之類(lèi)似的，在同位素分析方面，ICP-TOFMS在一張譜圖上可同時(shí)獲得多種同位素的比率，Ohata[60]通過(guò)同位素稀釋質(zhì)譜法(IDMS)評(píng)估icpTOF和Optimass 9500兩種商用儀器同時(shí)測(cè)定多種元素的可行性。結(jié)果表明：icpTOF可以同時(shí)進(jìn)行多元素的同位素分析，并且獲得的結(jié)果與參考值相一致，可以采用該方法快速的獲得多種同位素的比值信息。

納米顆粒分析是ICP-TOFMS近些年來(lái)新興的一個(gè)重要的應(yīng)用方向。Tofwerk公司報(bào)道了一系列的應(yīng)用[61-64]，文獻(xiàn)[61]在使用相同ICP離子源與真空接口的情況下，比較了ICP-QMS與ICP-TOFMS對(duì)液體單個(gè)小液滴和納米顆粒的分析性能，結(jié)果表明：根據(jù)單個(gè)液滴和顆粒的響應(yīng)結(jié)果，ICP-TOFMS對(duì)Ag和Au的檢測(cè)效率與基于四極桿的儀器相似，最小的可檢測(cè)到的Ag、Au和U金屬納米顆粒的大小估計(jì)為46 nm、32 nm和22 nm；Hendriks[63]綜述了ICP-TOFMS在分析環(huán)境樣品中納米顆粒(Nano Particles, NP)的潛力，結(jié)果表明：ICP-TOFMS具有為單個(gè)NP提供完整的元素質(zhì)譜圖的能力，從而可以對(duì)天然基質(zhì)中分散的NP進(jìn)行高通量、無(wú)目標(biāo)的定量分析。Gondikas[62]和Praetorius[64]基于ICP-TOFMS分別建立了區(qū)分環(huán)境中納米顆粒(NNP)與工程化納米顆粒(ENP)的分析方法。Gondikas將spICP-TOFMS與其他常規(guī)分析技術(shù)結(jié)合使用，成功區(qū)分了防曬產(chǎn)品釋放到地表水中的TiO2ENP與自然中的含鈦NNP。Praetorius通過(guò)運(yùn)行單粒子模式的ICP-TOFMS，并將機(jī)器學(xué)習(xí)用于對(duì)CeO2ENP和天然含Ce納米顆粒(Ce-NNPs)的獨(dú)特元素指紋對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)和量化，該方法可在低環(huán)境基質(zhì)下鑒定出天然土壤樣品中的ENP。

在單細(xì)胞分析方面，基于ICP-TOFMS發(fā)展出了實(shí)時(shí)單細(xì)胞多靶點(diǎn)免疫測(cè)定技術(shù)。該技術(shù)克服了傳統(tǒng)熒光流式細(xì)胞儀熒光標(biāo)簽通量小且易發(fā)生譜峰重疊的問(wèn)題。在S. D. Tunner[34,65]等人研究的基礎(chǔ)上，加拿大富魯達(dá)公司推出了的商用Helios流式質(zhì)譜。它能夠提供40種不同的鑭系金屬同位素標(biāo)簽，高性能的ICP-TOFMS確保了最低的背景以及最小的信號(hào)重疊。現(xiàn)今，它已是疾病診斷[66,67]、免疫學(xué)[68,69]、干細(xì)胞研究[70]和腫瘤研究[71]的強(qiáng)有力工具。

4 總結(jié)

ICP-TOFMS的應(yīng)用雖然沒(méi)有四極桿ICP-MS那樣廣泛，但作為ICP-MS的一個(gè)重要分支，近些年來(lái)，對(duì)于多元素短瞬態(tài)信號(hào)的分析需求促進(jìn)了ICP-TOFMS儀器的發(fā)展。尤其體現(xiàn)在儀器的分析速度上，在常規(guī)ICP-TOFMS上已能夠每秒鐘采集3000～5000張質(zhì)譜圖。

ICP-TOFMS具有快速，全譜檢測(cè)的特點(diǎn)。它在地質(zhì)、生物組織、食品和納米顆粒等領(lǐng)域均有所應(yīng)用。但作為一種較新型的儀器，目前的大多研究為實(shí)驗(yàn)方法的開(kāi)發(fā)，在短瞬態(tài)多元素樣品信號(hào)的檢測(cè)中，ICP-TOFMS具有極大的優(yōu)勢(shì)。值得注意的是，在單細(xì)胞的檢測(cè)中，基于ICP-TOFMS開(kāi)發(fā)的流式質(zhì)譜系統(tǒng)已成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究中的重要工具。