La spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) est la technique la plus sensible pour l’analyse multi-élémentaire en trace et ultra-trace. Elle couple l’atomisation et l’ionisation efficaces d’un plasma d’argon avec le pouvoir de résolution massique d’un spectromètre de masse, atteignant des limites de détection de l’ordre des parties par billion (ppt) aux parties par quadrillion (ppq) — 100 à 1000 fois plus basses que l’ICP-OES pour la plupart des éléments. La technique permet également les mesures de rapports isotopiques, une capacité unique parmi les méthodes courantes d’analyse élémentaire.
Le système d’introduction d’échantillon (nébuliseur, chambre de pulvérisation, pompe péristaltique) est similaire à celui de l’ICP-OES, convertissant l’échantillon liquide en un aérosol fin. L’aérosol entre dans la torche à plasma où des températures d’environ 7000 K désolvatent, atomisent et ionisent les éléments constitutifs. Les ions sont extraits du plasma vers le spectromètre de masse à travers un cône d’échantillonnage et un cône d’écrémage — deux cônes en nickel ou en platine refroidis à l’eau avec de petits orifices qui comblent le gradient de pression entre la pression atmosphérique (plasma) et le vide poussé (analyseur de masse, ~10⁻⁶ torr). Le faisceau d’ions est focalisé par des lentilles électrostatiques (optique ionique) dans l’analyseur de masse.
Plusieurs configurations d’analyseur de masse sont utilisées. Le quadripôle est le plus courant et le plus rentable, utilisant des champs électriques oscillants pour filtrer les ions par leur rapport masse-sur-charge (m/z). Les instruments à secteur magnétique utilisent un secteur magnétique (et éventuellement un secteur électrostatique) pour une résolution plus élevée, résolvant les interférences spectrales au prix du coût et de la complexité. Les analyseurs à temps de vol (TOF) extraient toutes les valeurs m/z simultanément de chaque impulsion ionique, offrant une mesure multi-isotopique quasi-simultanée rapide, idéale pour les signaux transitoires (par exemple, ablation laser ou ICP-MS à particule unique).
Les interférences en ICP-MS sont plus complexes qu’en ICP-OES. Les interférences polyatomiques proviennent de combinaisons d’Ar, O, H, N et de la matrice de l’échantillon — par exemple, ⁴⁰Ar¹⁶O⁺ interfère avec ⁵⁶Fe⁺. Les interférences isobariques se produisent lorsque deux isotopes d’éléments différents ont la même masse nominale (par exemple, ⁸⁷Rb⁺ et ⁸⁷Sr⁺). Les cellules de collision/réaction (CRC), placées avant l’analyseur de masse, atténuent les interférences polyatomiques en introduisant un gaz (He pour la discrimination par énergie cinétique ; H₂, NH₃ ou O₂ pour la réaction chimique) qui élimine ou déplace sélectivement les espèces interférentes.
Les applications de l’ICP-MS couvrent la chimie clinique (éléments traces dans le sang, le sérum et l’urine pour l’évaluation nutritionnelle et toxicologique), la surveillance environnementale (métaux réglementés dans l’eau potable à des niveaux inférieurs au ppb), la médecine nucléaire (empreintes isotopiques de l’uranium et du plutonium), la géochronologie (datation U-Pb par ICP-MS à ablation laser) et la sécurité alimentaire (métaux lourds dans les produits agricoles). La sensibilité exceptionnelle de la technique, sa rapidité multi-élémentaire et ses capacités isotopiques en font une pierre angulaire de l’analyse moderne des traces.
