新技術更迭,ICP-MS仍將難以取代——訪ICP-MS發明人之一Robert...

　　儀器信息網訊 電感耦合等離子體質譜(Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry，ICP-MS)興起於上世紀80年代，它以獨特接口技術將電感耦合等離子體(ICP)電離特性與質譜儀靈敏、快速掃描等優點相結合，可實現超過七十種元素及質量數範圍5~285amu同位素的分析。

　　相比傳統方法，ICP-MS具備檢出限低、動態線性範圍寬、幹擾少、精密度高、速度快及可提供精確同位素信息等特性，且可與HPLC、GC、LA等系統聯用，在金屬組學、納米顆粒等熱門研究中大放異彩。據了解，ICP-MS全球儀器裝機量在8000臺以上，業已成為銷量增長最快的無機元素分析儀器。

　　Robert Samuel Houk教授(以下簡稱Houk教授)，全球光譜質譜界極負盛名的大咖級人物、ICP-MS發明人之一、美國愛荷華州立大學博士導師、美國Ames國家實驗室資深科學家。耕耘ICP-MS儀器設計及應用的幾十年中，Houk教授先後在各類權威雜誌上發表相關論文兩百多篇，並在化學界獲獎無數。而他的導師更是大名鼎鼎的ICP-OES之父V. A. Fassel教授，正是這師徒二人，造就了ICP-OES與ICP-MS在分析化學中的普遍應用。

　　第十七屆北京分析測試學術報告會暨展覽會(BCEIA2017)期間，Houk教授應邀來華訪問，並帶來高水平學術報告。藉此機會，儀器信息網編輯(以下簡稱Instrument)採訪了Houk教授，就ICP-MS儀器的誕生、發展、技術趨勢、應用熱點等話題展開對話交流。

Robert Samuel Houk教授與萊伯泰科胡克博士

　　Instrument： Houk教授您好，作為ICP-MS發明人之一，首先請您談談當初發明ICP-MS背後的一些「小故事」?

　　Houk教授：早在1975年，曾供職於英國ARL公司(後來到英國Surrey大學)的Gray博士通過自己的實驗證明，在常壓下工作的等離子體可以用作質譜儀的離子源，有利於簡化質譜分析的操作和縮短測定所需時間。

　　當時我正在美國Iwoa州立大學Ames實驗室V. A. Fassel教授手下攻讀博士研究生，Gray博士這篇著作給我帶來極大啟發。驚喜之餘我立即拿上書去找導師，而此時Fassel教授也正捧著書從樓上下來找我，我們在樓道相遇，同時指著這篇文章說我們要做ICP!回想起來，這或許就是ICP-MS概念誕生的最初時刻。

　　儘管當時提出了電感耦合等離子體想法，但此後的研究之路也並非一帆風順，甚至走過許多彎路。1978年我們搭出第一臺ICP-MS樣機，由於採用大氣壓進氣方法，儀器的接口開得特別小，容易造成樣品堵塞。儘管到了1980年儀器已有了很大改進，但第一篇論文還是因「儀器接口太小不利於應用」被分析化學雜誌拒稿。後來由於Fassel教授的堅持，這篇名為《Inductively Coupled Plasma as an Ion Source for Mass Spectrometric Determination of Trace Elements》的文章才得以聯名發表，這就是後來被公認為ICP-MS「裡程碑」的論文，我的ICP-MS研究之路也自此「一發而不可收」。

　　Instrument：我們注意到，第一臺商品化ICP-MS於1983年問世。您在其中扮演何種角色?是否參與到儀器的商品化研製中?

　　Houk教授：1978年到1982年期間，有3個研究小組平行開展了ICP-MS的基礎理論研究和應用基礎理論研究工作，分別是英國Gray博士、加拿大多倫多大學Douglas博士及我和我的導師。1983年，加拿大Sciex公司和英國VG公司同時推出各自第一代商品儀器Elan250(後由PerkinElmer公司經銷)和VG PlasmaQuad。兩家公司都是依據研究小組所發文章研製商品化儀器，我自己並未涉入過多商品化研製，只是在儀器的理論和機理上不斷開拓。

　　對於專利，我和導師Fassel教授更願意讓科技公開化。我的第一個，同時也是唯一一個ICP-MS專利還是由我的學生、萊伯泰科胡克博士申請的，該技術目前在耶拿公司的儀器產品上得以應用。

　　Instrument：您見證了ICP-MS技術與儀器的成長曆程，那麼，您認為在過去的5~10年時間裡，ICP-MS儀器本身哪一項技術的突破最為激動人心?

　　Houk教授：過去5~10年間，最引人關注的技術突破應屬ICP-TOF-MS。利用同位素標定的待測分子與細胞特異組分相結合，通過ICP-TOF-MS等檢測技術得到待測分子在個體細胞中的表現，現已成為細胞生物學和癌症研究應用的重要工具。當前全球生產ICP-TOF-MS的儀器廠商在3家左右，該技術在生物醫療、生物無機化學，尤其是癌症生物標記物等領域的應用仍有廣闊前景。

　　此外，由於進一步改善了幹擾消除能力，三重四極杆型ICP-MS技術進展引人關注。因具有非常快速的樣品進樣能力，用於處理固態樣品的雷射剝蝕(LA)-ICP-MS同樣被看好。

　　Instrument：ICP-MS技術發展這麼多年，儀器本身有哪些改進?計算機、軟體等外部技術的發展，又給ICP-MS儀器帶來了哪些影響?

　　Houk教授：核心部件方面，ICP-MS的離子源歷經幾十年發展，已經可以根據不同需求調整溫度與大小，從而提高分析的樣品量和靈敏度。此外，檢測器的線性範圍拓寬至8個數量級，這也算是突破之一。

　　計算機、軟體等外部技術會帶來許多變革，但儀器的許多基礎性原理是無法改變的，ICP-MS要產生離子，離子進入真空系統，真空泵去抽真空，分離器分析，檢測器檢測，這些都是無法改變的基礎。計算機、軟體等外部條件或許能帶來應用環境的改善，但儀器運行原理無法改變。

　　Instrument：展望未來，就儀器硬體、軟體來說，您認為ICP-MS將會如何發展?

　　Houk教授：就儀器本身而言，目前的ICP-MS普遍採用「大」質譜進行分離，如果有一個更小、解析度更高的質量分析器能夠對幹擾的分子離子進行分離，改進ICP-MS儀器本身的設計與尺寸，這將是一個非常好的研究方向。此外，如何減少甚至解決ICP-MS實際應用中的複雜基體效應問題，將是儀器下一步研究重點之一，目前已有個別儀器廠商正在嘗試。

　　應用方面，ICP-MS在生物醫療領域呈現爆炸性增長，在法醫檢測領域的應用也正逐年攀升。有個別團隊正用ICP-MS尋找「未來元素」，或進行同位素的純化富集，以改變材料特性拓展應用。

　　Instrument：ICP-MS當前可以說是元素分析的「寵兒」，未來是否有可能出現比ICP-MS更好的儀器用於元素分析?

　　Houk教授：就拿最近「大熱」的LIBS來說，LIBS可以做到小型化、手提式、移動式，但其靈敏度、檢出限仍無法趕超ICP-MS。此外，LIBS技術更擅長固體樣品，不能進行同位素分析，而液體分析、同位素分析正是ICP-MS的優勢所在。ICP-MS加上雷射進樣後，會比LIBS靈活許多。因此儘管新的元素分析技術迭出，但目前仍難有一項可與ICP-MS抗衡。

　　後記：攻讀博士研究生和任職助理教授期間，Houk教授將所有精力全部投注於ICP-MS這項新興技術的研究，連他自己都坦言這種做法其實承擔了極大的風險，一旦失敗將一無所有。不過，Houk教授冒險前行，最終守得雲開見月明。

　　採訪中，Houk教授曾笑言自己即將退休。退休之際，他寄語年輕人應勇於冒險、敢於承擔，去做前人不敢做之事，方能得來「梅花撲鼻香」。

撰稿編輯：韋東裕

　　附錄：Robert Samuel Houk教授簡介

　　Robert Samuel Houk教授是ICP-MS發明人之一、美國愛荷華州立大學博士導師和美國Ames國家實驗室資深科學家。R.S.Houk教授在ICP質譜儀器設計和應用領域耕耘了幾十年，取得過耀眼的成就。他是發表ICP-MS儀器領域文章的第一人，此後陸續在各種權威雜誌上發表了兩百多篇相關論文，並在化學界獲獎無數，包括：美國化學會光譜化學獎、分析化學獎、美國化學會化學儀器獎、匹茲堡大會Maurice F. Hasler獎和美國應用光譜Lester W. Strock 獎等。R.S.Houk教授任職美國愛荷華州立大學教授和美國能源部歐姆斯國家實驗室資深科學家(Ames Lab)的同時，還擔任過：美國質譜學會雜誌副主編、質譜百科全書——無機質譜卷編輯、光譜化學編輯顧問委員會委員、原子光譜分析期刊編輯顧問委員會委員、日本鋼鐵研究所期刊編輯顧問委員會委員和美國質譜學會元素分析興趣小組主席等。