基于ICP-MS-MS联用技术的稀土样品中铁元素测定：氦气、氢气和甲烷反应模式的比较研究

针对ICP-MS测定铁时40Ar16O+对56Fe的多原子干扰问题，研究人员通过ICP-MS-MS联用技术，系统比较了氦气、氢气和甲烷三种反应气体在碰撞/反应池中的去干扰效果。研究发现氢气模式具有最高灵敏度（LOQ低至0.028 μg/g）和最低背景等效浓度（BEC），甲烷模式灵敏度降低三倍但BEC相近。该方法成功应用于国家标准物质GBW07159和稀土氧化物分析，为高纯稀土材料中痕量铁检测提供了可靠方案。

　　

稀土材料作为高科技领域的"工业维生素"，其纯度直接影响材料性能。国家标准对高纯稀土中非稀土杂质如铁（Fe）的含量有严苛要求，例如5N5级氧化镧要求Fe₂O₃含量低于0.0001%。然而，传统ICP-MS测定铁时面临严重干扰：氩氧离子⁴⁰Ar¹⁶O⁺与主要铁同位素⁵⁶Fe质量重叠，氩氢氧化合物还会干扰⁵⁷Fe测定。动态反应池（DRC）技术虽能通过气相反化学应消除干扰，但现有研究多聚焦于质量转移模式（如将Fe⁺转化为FeO⁺），对直接测定铁同位素（on-mass模式）的干扰消除机制研究不足。

针对这一技术瓶颈，中国某测试技术研究院的研究团队在《International Journal of Mass Spectrometry》发表论文，系统研究了氦气（He）、氢气（H₂）和甲烷（CH₄）三种气体在ICP-MS-MS联用仪中的去干扰效果。研究人员采用配备六极杆DRC系统的PlasmaTQMS-1000仪器，通过优化气体流速和六极杆偏置电压等参数，比较了不同气体模式下碰撞和化学反应机制。其中氢气通过质子转移和氢原子转移反应高效消除ArO⁺干扰，而甲烷则通过电荷转移反应实现干扰分离。

【主要技术方法】

1. 使用ICP-MS-MS联用仪（含六极杆DRC系统）进行on-mass模式测定
2. 优化三种反应气体（He/H₂/CH₄）的流速和六极杆偏置电压
3. 采用国家标准物质GBW07159进行方法验证
4. 通过背景等效浓度（BEC）和定量限（LOQ）评估方法性能

【研究结果】
仪器和试剂：实验采用国产PlasmaTQMS-1000仪器，配备特殊设计的六极杆DRC系统，可精确控制反应池条件。

不同气体下的Ar干扰消除机制：氢气模式下，ArO⁺通过质子转移（形成ArOH⁺）和氢原子转移反应被消除；甲烷则通过电荷转移反应（CH₄的IP为12.6 eV，低于Ar⁺的15.8 eV）选择性消除干扰。氦气仅通过碰撞动能歧视（KED）实现部分干扰分离。

结论：氢气模式展现出最优性能，其LOQ达0.028 μg/g，BEC最低，且分析国家标准物质的结果与认证值吻合良好（RSD<5%）。甲烷模式BEC与氢气相当但灵敏度降低三倍。两种反应模式在稀土氧化物加标回收实验中均表现优异，显著优于仅依赖碰撞机制的氦气模式。

这项研究的重要意义在于：首次系统比较了三种气体在ICP-MS-MS联用技术中对铁测定的干扰消除效果，建立了高灵敏度、高准确度的on-mass检测方法。相比需要转化铁形态的质量转移模式，该方法可直接测定铁同位素，简化了分析流程。研究成果为高纯稀土材料质量控制提供了可靠方法，对保障稀土产业链质量安全具有重要应用价值。特别值得注意的是，研究中采用的PlasmaTQMS-1000为国产仪器，表明我国在高端分析仪器研发和应用方面取得重要进展。