电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）是多元素痕量和超痕量分析中最灵敏的技术。它将氩等离子体的高效原子化和离子化与质谱仪的质量分辨能力相结合，检测限达到万亿分之一（ppt）到千万亿分之一（ppq）范围——对于大多数元素比ICP-OES低100–1000倍。该技术还能够进行同位素比值测量，这是常规元素分析方法中独有的能力。

样品引入系统（雾化器、雾化室、蠕动泵）与ICP-OES类似，将液体样品转化为细气溶胶。气溶胶进入等离子体炬管，约7000 K的温度使组成元素去溶剂化、原子化和离子化。离子通过采样锥和分离锥从等离子体中提取到质谱仪中——这两个水冷镍或铂锥体带有小孔，桥接了大气压（等离子体）和高真空（质量分析器，约10⁻⁶ torr）之间的压力差。离子束通过静电透镜（离子光学系统）聚焦进入质量分析器。

几种质量分析器配置在使用中。四极杆是最常见且成本效益最高的，使用振荡电场按质荷比（m/z）过滤离子。扇形场仪器使用磁扇形场（以及可选的静电扇形场）获得更高分辨率，以解决光谱干扰，但成本和复杂性更高。**飞行时间（TOF）**分析器从每个离子脉冲中同时提取所有m/z值，提供快速的准同时多同位素测量，非常适合瞬态信号（如激光剥蚀或单颗粒ICP-MS）。

ICP-MS中的干扰比ICP-OES更复杂。多原子干扰由Ar、O、H、N和样品基体的组合产生——例如，⁴⁰Ar¹⁶O⁺干扰⁵⁶Fe⁺。同量异位素干扰发生在不同元素的两种同位素具有相同标称质量时（例如，⁸⁷Rb⁺和⁸⁷Sr⁺）。碰撞/反应池（CRC）置于质量分析器之前，通过引入气体（He用于动能区分；H₂、NH₃或O₂用于化学反应）来选择性地去除或转移干扰物，从而减轻多原子干扰。

ICP-MS的应用涵盖临床化学（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）、核法证学（铀和钚的同位素指纹分析）、地质年代学（通过激光剥蚀ICP-MS进行U-Pb定年）以及食品安全（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能力使其成为现代痕量分析的基石。