电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS) 是多元素痕量和超痕量分析最灵敏的技术。它将氩等离子体的高效原子化和电离与质谱仪的质量分辨能力相结合，实现了万亿分之一 (ppt) 至千万亿分之一 (ppq) 范围内的检测限 ， 对于大多数元素来说，检测限比 ICP-OES 低 100–1000 倍。该技术还可以进行同位素比测量，这是常规元素分析方法中独一无二的功能。

进样系统（雾化器、雾化室、蠕动泵）与 ICP-OES 类似，将液体样品转化为细小的气溶胶。气溶胶进入等离子炬，在约 7000 K 的温度下使组成元素去溶剂化、雾化和电离。通过采样锥和截取锥将离子从等离子体中提取到质谱仪中，两个水冷镍或铂锥体，带有小孔，可弥合大气（等离子体）和高真空（质量分析仪，〜10⁻⁶托）之间的压力间隙。离子束通过静电透镜（离子光学器件）聚焦到质量分析器中。

正在使用多种质量分析仪配置。 四极杆是最常见且最具成本效益的，它使用振荡电场根据质荷比 (m/z) 过滤离子。 扇形场仪器使用磁扇区（以及可选的静电扇区）来获得更高的分辨率，以成本和复杂性为代价解决光谱干扰。 飞行时间 (TOF) 分析仪从每个离子脉冲中同时提取所有 m/z 值，提供快速准同步多同位素测量，非常适合瞬态信号（例如激光烧蚀或单粒子 ICP-MS）。

ICP-MS 中的干扰 比 ICP-OES 中的干扰更复杂。 多原子干扰 由 Ar、O、H、N 和样品基质的组合产生 - 例如，⁴⁰Ar16O⁺ 干扰 5⁵⁶Fe⁺。 当不同元素的两种同位素具有相同的标称质量（例如 ⁸⁷Rb⁺ 和 ⁸⁷Sr⁺）时，就会发生同量异位素干扰。碰撞/反应池 (CRC) 放置在质量分析器之前，通过引入选择性去除或转移干扰物质的气体（He 用于动能辨别；H2、NH3 或 O2 用于化学反应）来减轻多原子干扰。

ICP-MS 应用涵盖临床化学（血液、血清和尿液中的微量元素，用于营养和毒理学评估）、环境监测（饮用水中亚 ppb 水平的受管制金属）、核法医学（铀和钚的同位素指纹图谱）、地质年代学（通过激光烧蚀 ICP-MS 进行 U-Pb 测年）和食品安全（农产品中的重金属）。该技术卓越的灵敏度、多元素速度和同位素功能使其成为现代痕量分析的基石。