Die induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) ist die empfindlichste Technik für die Spuren- und Ultraspurenanalyse mehrerer Elemente. Es kombiniert die effiziente Zerstäubung und Ionisierung eines Argonplasmas mit der Massenauflösungsleistung eines Massenspektrometers und erreicht Nachweisgrenzen im Bereich von Teilen pro Billion (ppt) bis Teilen pro Billiarde (ppq) – 100–1000-mal niedriger als ICP-OES für die meisten Elemente. Die Technik ermöglicht auch die Messung des Isotopenverhältnisses, eine einzigartige Fähigkeit unter den routinemäßigen Elementaranalysemethoden.
Das Probeneinführungssystem (Zerstäuber, Sprühkammer, peristaltische Pumpe) ähnelt dem ICP-OES und wandelt die flüssige Probe in ein feines Aerosol um. Das Aerosol gelangt in den Plasmabrenner, wo die Bestandteile bei Temperaturen von etwa 7000 K desolvatisiert, zerstäubt und ionisiert werden. Ionen werden aus dem Plasma durch einen Probenahmekegel und einen Skimmerkegel – zwei wassergekühlte Nickel- oder Platinkegel mit kleinen Öffnungen, die die Drucklücke zwischen Atmosphäre (Plasma) und Hochvakuum (Massenanalysator, ~10⁻⁶ Torr) überbrücken – aus dem Plasma in das Massenspektrometer extrahiert. Der Ionenstrahl wird durch elektrostatische Linsen (Ionenoptik) in den Massenanalysator fokussiert. Es werden mehrere Konfigurationen von Massenanalysatoren verwendet. Der Quadrupol ist am gebräuchlichsten und kostengünstigsten und nutzt oszillierende elektrische Felder, um Ionen anhand ihres Masse-Ladungs-Verhältnisses (m/z) zu filtern. Sektorfeld-Instrumente nutzen einen magnetischen Sektor (und optional einen elektrostatischen Sektor) für eine höhere Auflösung und lösen spektrale Interferenzen auf Kosten von Kosten und Komplexität auf. Time-of-Flight (TOF)-Analysatoren extrahieren alle m/z-Werte gleichzeitig aus jedem Ionenpuls und bieten so eine schnelle quasi-simultane Multiisotopenmessung, ideal für transiente Signale (z. B. Laserablation oder Einzelpartikel-ICP-MS).
Interferenzen bei ICP-MS sind komplexer als bei ICP-OES. Polyatomare Interferenzen entstehen durch Kombinationen von Ar, O, H, N und der Probenmatrix – z. B. interferiert ⁴⁰Ar¹⁶O⁺ mit ⁵⁶Fe⁺. Isobare Interferenzen treten auf, wenn zwei Isotope verschiedener Elemente die gleiche Nennmasse haben (z. B. ⁸⁷Rb⁺ und ⁸⁷Sr⁺). Kollisions-/Reaktionszellen (CRC), die vor dem Massenanalysator platziert werden, mildern polyatomare Interferenzen durch die Einführung eines Gases (He für die Unterscheidung der kinetischen Energie; H₂, NH₃ oder O₂ für die chemische Reaktion), das störende Spezies selektiv entfernt oder verschiebt. ICP-MS-Anwendungen umfassen klinische Chemie (Spurenelemente in Blut, Serum und Urin zur ernährungsphysiologischen und toxikologischen Beurteilung), Umweltüberwachung (regulierte Metalle im Trinkwasser im Sub-ppb-Bereich), Kernforensik (Isotopen-Fingerprinting von Uran und Plutonium), Geochronologie (U-Pb-Datierung mittels Laserablation ICP-MS) und Lebensmittelsicherheit (Schwermetalle in landwirtschaftlichen Produkten). Die außergewöhnliche Empfindlichkeit, Multielementgeschwindigkeit und Isotopenfähigkeit der Technik machen sie zu einem Eckpfeiler der modernen Spurenanalyse.
