A Espectrometria de Massas com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-MS) é a técnica mais sensível para análise multielementar traço e ultra-traço. Ela acopla a atomização e ionização eficientes de um plasma de argônio com o poder de resolução de massas de um espectrômetro de massas, alcançando limites de detecção na faixa de partes por trilhão (ppt) a partes por quadrilhão (ppq) — 100–1000× menores que o ICP-OES para a maioria dos elementos. A técnica também permite medições de razões isotópicas, uma capacidade única entre os métodos de análise elementar de rotina.
O sistema de introdução de amostra (nebulizador, câmara de nebulização, bomba peristáltica) é similar ao ICP-OES, convertendo a amostra líquida em um aerossol fino. O aerossol entra na tocha de plasma onde temperaturas de ~7000 K dessolvatam, atomizam e ionizam os elementos constituintes. Os íons são extraídos do plasma para o espectrômetro de massas através de um cone de amostragem e um cone skimmer — dois cones de níquel ou platina resfriados a água com pequenos orifícios que fazem a ponte entre a pressão atmosférica (plasma) e o alto vácuo (analisador de massas, ~10⁻⁶ torr). O feixe de íons é focado por lentes eletrostáticas (óptica iônica) no analisador de massas.
Diversas configurações de analisador de massas estão em uso. O quadrupolo é o mais comum e econômico, usando campos elétricos oscilantes para filtrar íons por sua razão massa-carga (m/z). Instrumentos de setor magnético usam um setor magnético (e opcionalmente um setor eletrostático) para maior resolução, resolvendo interferências espectrais às custas de maior custo e complexidade. Analisadores de tempo de voo (TOF) extraem todos os valores de m/z simultaneamente de cada pulso de íons, oferecendo medição multi-isótopo quase simultânea rápida, ideal para sinais transientes (ex.: ablação a laser ou ICP-MS de partícula única).
As interferências em ICP-MS são mais complexas que em ICP-OES. As interferências poliatômicas surgem de combinações de Ar, O, H, N e da matriz da amostra — ex.: ⁴⁰Ar¹⁶O⁺ interfere com ⁵⁶Fe⁺. As interferências isobáricas ocorrem quando dois isótopos de elementos diferentes têm a mesma massa nominal (ex.: ⁸⁷Rb⁺ e ⁸⁷Sr⁺). Células de colisão/reação (CRC), colocadas antes do analisador de massas, mitigam interferências poliatômicas introduzindo um gás (He para discriminação por energia cinética; H₂, NH₃ ou O₂ para reação química) que remove ou desloca seletivamente as espécies interferentes.
As aplicações do ICP-MS abrangem química clínica (elementos traço em sangue, soro e urina para avaliação nutricional e toxicológica), monitoramento ambiental (metais regulamentados em água potável em níveis sub-ppb), perícia nuclear (impressão digital isotópica de urânio e plutônio), geocronologia (datação U-Pb via ICP-MS com ablação a laser) e segurança alimentar (metais pesados em produtos agrícolas). A sensibilidade excepcional da técnica, sua velocidade multielementar e suas capacidades isotópicas a tornam uma pedra angular da análise de traços moderna.
