感應偶合電漿質譜儀（inductively coupled plasma mass spectrometer， ICP-MS）是一種微量元素分析儀器，而動態反應管感應偶合電漿質譜儀 （dynamic reaction cell iductively coupled pasma mass spectrometer，DRC-ICP-MS）與一般的ICP-MS最大的差別在於它在離子透鏡（ion lens）與質量分析器間加入一個四極柱的DRC，當樣品經ICP游離後，通過sampler與skimmer進行取樣，再經由Ion Lens聚焦，於DRC中與反應氣體產生碰撞，並利用thermal dynamic reaction原理，使分析物、干擾物及副產物之間產生質量或電荷的差異而達到區分之目的，如此可以有效的減輕光譜干擾（質量重疊干擾），使得偵測極限降低，並提高定量之準確性。
本研究將分成兩個部分，第一部份主要是利用DRC-ICP-MS 測定鋼鐵樣品中B、Si、P及S等元素之應用，其含量之多寡與鋼鐵之物理性質有關。而第二部份則是利用DRC-ICP-MS應用於食品中Ca、P比值之分析。在研究中，為了有效地克服ICP-MS分析上所產生之光譜干擾問題，因此利用 DRC系統，並使用氧氣作為反應氣體，與Si+、P+和S+產生反應，而將其轉換成干擾較輕微的多原子離子28Si16OH+、31P16O+和32S16O+，分別於m/z 45、 47和48偵測。此方法可避免偵測 28Si+、31P+和32S+ 時，於 m/z 28、31和 32產生的多原子離子干擾。此外，分析Ca時，使用氧氣作為反應氣體，亦可有效的降低12C16O2+對偵測44Ca所產生的背景干擾。
研究中除了詳盡探討影響 DRC 系統操作條件，以獲得最佳之訊雜比 (signal to noise ratio)之外，也針對不同種類的樣品找尋最適當之定量方法。由實驗結果發現，鋼鐵消化後之樣品溶液與標準溶液的基質有很大的不同，而造成ICP-MS分析時，Si、P和S的靈敏度有相當大的差異，而且無法利用內標準以修正基質不同所造成的差異；但食品樣品則由於其消化後樣品的基質較為單純，而不會對Ca及P的靈敏度有太大的影響。故本研究於最適化的實驗條件下，分別使用標準添加法及內標準法來定量鋼鐵及食品標準參考樣品中分析物的濃度，並驗證本分析方法之實用性。

Determination of Ca and P in foods and B, Si, P and S in steels by dynamic reaction cell inductively coupled plasma mass spectrometry

目 錄
論文摘要………………………………………………………..……...Ⅰ
謝誌………………………………………………………..……...........Ⅲ
目錄…………………………………………………………..………... IV
圖表目錄……………………………………………………..………...Ⅶ

第一章 感應偶合電漿質譜儀簡介…………………………..………...1
第一節、前言………………………………………………...……......1
第二節、基本原理……...……………………………………..………2
第三節、功能與限制…………………………………………...…..10
一、光譜性干擾……………………………………………...……11
二、非光譜性干擾……………………………..………………….11
第四節、DRC原理………………………………..…………………13
第五節、應用……………………………………...…………………19
一、同位素測量………………………………...…………………19
二、元素分析…………………………………...…………………20
第六節、參考資料………………………………...…………………22

第二章 動態反應管感應偶合電漿質譜儀於鋼鐵樣品中硼、矽、硫及磷之分析應用……………………………………..………….25
第一節、前言……………………………………………...…………25
第二節、鋼鐵簡介與硼、矽、硫及磷之個論……………………….26
第三節、實驗部份………………………………………...…………30
一、儀器裝置及操作條件……………………………..……….…30
二、試劑藥品及溶液的配製…………………………...………....32
第四節、實驗過程………………………………………...…………34
一、硼分析訊號的探討………………………………..………….34
二、DRC系統參數最適化之探討…………………………….….34
三、鋼鐵樣品的分析……………………………..…...…………..34
第五節、結果與討論……………………………………...…………35
一、硼分析訊號的探討..……………………………...…………36
二、DRC系統參數最適化之探討…………..……………………39
三、鋼鐵樣品的分析………………………………..…………….47
第六節、結論……………………………………………..………….52
第七節、參考資料………………………………………………..….53

第三章 動態反應管感應偶合電漿質譜儀於食品中鈣和磷之分析應用……………………………………………………………...56
第一節、前言……………………………………………………...…56
第二節、鈣及磷之重要性………………………………………..….59
第三節、實驗部份………………………………………………...…61
一、儀器裝置及操作條件……………………………………...…61
二、試劑藥品及溶液的配製…………………………………...…62
第四節、實驗過程………………………………………………...…65
一、DRC系統操作條件之最適化.…………………………….…65
二、校正曲線與偵測極限的估計…………………………….…..65
三、各種食品樣品的分析…………..………………………...…..65
第五節、結果與討論………………………………….……………..66
一、DRC系統操作條件之最適化…………………..………...….66
二、校正曲線與偵測極限的估計…………..……….……………73
三、各種食品樣品的分析………………………………..……….73
第六節、結論………………………………………………..……….75
第七節、參考資料..…………………………………..…………….76

圖 表 目 錄
第一章

圖1-1 典型ICP-MS的構造圖…………………………………………..……3
圖1-2 ICP中元素的游離程度…………………………………..…………...4
圖1-3 典型的感應偶合電漿構造圖…………………………..……………..7
圖1-4 ICP及取樣界面………………………………………..……………...9
圖1-5 DRC-ICP-MS儀器圖………………………………...………………18
表1-1無機酸在ICP-MS中，可能形成的背景干擾……………………….12

第二章

圖2-1 q值設定為0.4，改變氧氣氣體流速對100 ng ml-1 B訊號之影響….….37
圖2-2 NIST SRM 362的消化樣品溶液之質譜圖………………...…………38

圖2-3 改變氧氣氣體流速對800 ng ml-1 Si及背景訊號之影響.…………….40
圖2-4 觀測改變氧氣氣體流速對800 ng ml-1 Si之28Si16OH（m/z 45）、29Si16OH（m/z 46）與30Si16OH（m/z 47）淨離子訊號之影響………………..41
圖2-5 改變氧氣氣體流速對500 ng ml-1 P及背景訊號之影響.……………..44
圖2-6 改變氧氣氣體流速對500 ng ml-1 S及背景訊號之影響….…………..45
圖2-7 改變q value，觀測分析物及背景訊號所得之訊雜比（siginal to noise ratio，S/N）…………………………………………………………….46
表2-1 ICP-MS分析中Si、P及S常見之光譜干擾…………………………27
表2-2 DRC-ICP-MS系統之操作條件…………………………..………...…31
表2-3 分別以校正曲線法與標準添加法偵測不同鋼鐵標準參考樣品中B、Si、P及S之濃度所得線性斜率之比較……………………………..50
表2-4偵測不同鋼鐵標準參考樣品中B、Si、P及S之濃度………………51
第三章

圖3-1 改變氧氣氣體流速對100 ng ml-1 Ca與800 ng ml-1 Si 及背景訊號之影響……………………………………………………………………68
圖3-2 改變q value，觀測44 Ca+及背景訊號所得之訊雜比 (signal to noise ratio，S/N)……………………………………….……………………70
圖3-3 改變氧氣氣體流速，觀測44Ca及背景訊號所得之預估偵測極限(Estimated detection limit，EDL)……………………………………..72
表3-1 DRC-ICP-MS系統之操作條件……….………..……………………..63
表3-2偵測不同食品標準參考樣品中Ca及P之濃度……………………….74

22
第六節參考資料
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