突破单颗粒分析瓶颈，解锁微纳颗粒“指纹图谱”

与传统的四极杆ICP-MS相比，ICP-TOF-MS 可以在几十微秒内获取全谱信息，实现单颗粒的多元素/同位素分析，就像给微观世界装上了 “高速高清摄像机”，准确获得每个微纳颗粒的指纹图谱。

在单颗粒分析中，信号特征至关重要。若信号强度低、持续时间短，就如同收听模糊的录音，很容易误判。研究表明，采用碰撞池技术（CCT）向碰撞池加入氦/氢混合气（He：95.5%，H₂：4.5%）后，单个微塑料颗粒信号持续时间从0.60±0.18 ms延长到0.91±0.16 ms，Eu，Ce，Lu等三种元素的信号强度提高了 3-4 倍，同位素比值分析的精度和准确度也显著改善。如图1所示，CCT模式显著提高了同位素信号强度，改善了同位素比值分析的准确度和精密度，三种同位素比值均与其理论比值吻合。

图1 icpTOF 2R分析单个微珠中¹⁵³Eu/¹⁵¹Eu、¹⁴²Ce/¹⁴⁰Ce和¹⁷⁶Lu/¹⁷⁵Lu的同位素比值

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研究进一步比较了两种商用ICP-TOF-MS系统（icpTOF 2R和CyTOF Helios）的单颗粒同位素比值分析性能。如图2所示，CyTOF Helios在Eu、Ce和Lu等三种元素的分析灵敏度均优于icpTOF 2R，但Eu和Lu的同位素比值与理论值存在显著偏差。相比之下，icpTOF 2R得到的三组同位素比值均与理论比值相符。这可能与icpTOF 2R具有更高的质量分辨率（>6000@²³⁸U），更宽的线性范围（1E6）和更好的丰度灵敏度（30 ppm）有关。

图2 两种仪器 icpTOF 2R（碰撞池模式）与CyTOF Helios的单颗粒同位素分析结果对比。

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（a–c）Eu、Ce和Lu的信号强度相关性对比（虚线表示各同位素对的理论比值，R为Pearson相关系数）。（d-f）icpTOF 2R 与 CyTOF 在单颗粒同位素比值分析中的精密度和准确度对比。结果显示，icpTOF 2R 测得的 Eu、Ce 和 Lu 的同位素比值与理论值高度一致，而 CyTOF 测得的同位素比值中，仅 Ce 的结果与理论值准确吻合。

表1两种仪器icpTOF 2R（碰撞池模式）与CyTOF仪器的同位素比值测量结果对比

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单颗粒-电感耦合等离子体质谱（SP-ICP-MS）是近年来快速发展的纳米颗粒分析前沿技术。现有的应用多基于四极杆ICP-MS，受限于检测速度，难以在单个颗粒中实现多种元素/同位素分析。电感耦合等离子体飞行时间质谱（ICP-TOF-MS）能够在数十微秒内完成全质量范围的快速分析，从而能够检测单个颗粒中的多个元素和同位素。结合碰撞池技术（CCT），能够有效提高单颗粒分析的信号强度，并有效改善同位素比值分析的准确性和精密度。本文开发的方法为单颗粒同位素比值分析提供了全新技术路径，有望在环境科学、地球化学、核取证等领域得到更广泛的应用。

icpTOF系列电感耦合等离子体飞行时间质谱仪