電感耦合等離子體質(zhì)譜(Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry，ICP-MS)興起于上世紀(jì)80年代，它以獨特接口技術(shù)將電感耦合等離子體(ICP)電離特性與質(zhì)譜儀靈敏、快速掃描等優(yōu)點相結(jié)合，可實現(xiàn)超過七十種元素及質(zhì)量數(shù)范圍5~285amu同位素的分析。
相比傳統(tǒng)方法，ICP-MS具備檢出限低、動態(tài)線性范圍寬、干擾少、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(tǒng)聯(lián)用，在金屬組學(xué)、納米顆粒等熱門研究中大放異彩。據(jù)了解，ICP-MS全球儀器裝機量在8000臺以上，業(yè)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(zhì)譜界極負(fù)盛名的大咖級人物、ICP-MS發(fā)明人之一、美國愛荷華州立大學(xué)博士導(dǎo)師、美國Ames國家實驗室資深科學(xué)家。耕耘ICP-MS儀器設(shè)計及應(yīng)用的幾十年中，Houk教授先后在各類權(quán)威雜志上發(fā)表相關(guān)論文兩百多篇，并在化學(xué)界獲獎無數(shù)。而他的導(dǎo)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(xué)中的普遍應(yīng)用。
第十七屆北京分析測試學(xué)術(shù)報告會暨展覽會(BCEIA2017)期間，Houk教授應(yīng)邀來華訪問，并帶來高水平學(xué)術(shù)報告。借此機會，儀器信息網(wǎng)編輯(以下簡稱Instrument)采訪了Houk教授，就ICP-MS儀器的誕生、發(fā)展、技術(shù)趨勢、應(yīng)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(fā)明人之一，首先請您談?wù)劗?dāng)初發(fā)明ICP-MS背后的一些“小故事”?
Houk教授：早在1975年，曾供職于英國ARL公司(后來到英國Surrey大學(xué))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(zhì)譜儀的離子源，有利于簡化質(zhì)譜分析的操作和縮短測定所需時間。
當(dāng)時我正在美國Iwoa州立大學(xué)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?guī)順O大啟發(fā)。驚喜之余我立即拿上書去找導(dǎo)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。
盡管當(dāng)時提出了電感耦合等離子體想法，但此后的研究之路也并非一帆風(fēng)順，甚至走過許多彎路。1978年我們搭出第一臺ICP-MS樣機，由于采用大氣壓進氣方法，儀器的接口開得特別小，容易造成樣品堵塞。盡管到了1980年儀器已有了很大改進，但第一篇論文還是因“儀器接口太小不利于應(yīng)用”被分析化學(xué)雜志拒稿。后來由于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(lián)名發(fā)表，這就是后來被公認(rèn)為ICP-MS“里程碑”的論文，我的ICP-MS研究之路也自此“一發(fā)而不可收”。
Instrument：我們注意到，第一臺商品化ICP-MS于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制中?
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(chǔ)理論研究和應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究工作，分別是英國Gray博士、加拿大多倫多大學(xué)Douglas博士及我和我的導(dǎo)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(后由PerkinElmer公司經(jīng)銷)和VG PlasmaQuad。兩家公司都是依據(jù)研究小組所發(fā)文章研制商品化儀器，我自己并未涉入過多商品化研制，只是在儀器的理論和機理上不斷開拓。
對于專利，我和導(dǎo)師Fassel教授更愿意讓科技公開化。我的第一個，同時也是唯一一個ICP-MS專利還是由我的學(xué)生、萊伯泰科胡克博士申請的，該技術(shù)目前在耶拿公司的儀器產(chǎn)品上得以應(yīng)用。
Instrument：您見證了ICP-MS技術(shù)與儀器的成長歷程，那么，您認(rèn)為在過去的5~10年時間里，ICP-MS儀器本身哪一項技術(shù)的突破最為激動人心?
Houk教授：過去5~10年間，最引人關(guān)注的技術(shù)突破應(yīng)屬ICP-TOF-MS。利用同位素標(biāo)定的待測分子與細(xì)胞特異組分相結(jié)合，通過ICP-TOF-MS等檢測技術(shù)得到待測分子在個體細(xì)胞中的表現(xiàn)，現(xiàn)已成為細(xì)胞生物學(xué)和癌癥研究應(yīng)用的重要工具。當(dāng)前全球生產(chǎn)ICP-TOF-MS的儀器廠商在3家左右，該技術(shù)在生物醫(yī)療、生物無機化學(xué)，尤其是癌癥生物標(biāo)記物等領(lǐng)域的應(yīng)用仍有廣闊前景。
此外，由于進一步改善了干擾消除能力，三重四極桿型ICP-MS技術(shù)進展引人關(guān)注。因具有非?？焖俚臉悠愤M樣能力，用于處理固態(tài)樣品的激光剝蝕(LA)-ICP-MS同樣被看好。
Instrument：ICP-MS技術(shù)發(fā)展這么多年，儀器本身有哪些改進?計算機、軟件等外部技術(shù)的發(fā)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(jīng)幾十年發(fā)展，已經(jīng)可以根據(jù)不同需求調(diào)整溫度與大小，從而提高分析的樣品量和靈敏度。此外，檢測器的線性范圍拓寬至8個數(shù)量級，這也算是突破之一。
計算機、軟件等外部技術(shù)會帶來許多變革，但儀器的許多基礎(chǔ)性原理是無法改變的，ICP-MS要產(chǎn)生離子，離子進入真空系統(tǒng)，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(chǔ)。計算機、軟件等外部條件或許能帶來應(yīng)用環(huán)境的改善，但儀器運行原理無法改變。
Instrument：展望未來，就儀器硬件、軟件來說，您認(rèn)為ICP-MS將會如何發(fā)展?
Houk教授：就儀器本身而言，目前的ICP-MS普遍采用“大”質(zhì)譜進行分離，如果有一個更小、分辨率更高的質(zhì)量分析器能夠?qū)Ω蓴_的分子離子進行分離，改進ICP-MS儀器本身的設(shè)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(yīng)用中的復(fù)雜基體效應(yīng)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(yīng)用方面，ICP-MS在生物醫(yī)療領(lǐng)域呈現(xiàn)爆炸性增長，在法醫(yī)檢測領(lǐng)域的應(yīng)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(yīng)用。
Instrument：ICP-MS當(dāng)前可以說是元素分析的“寵兒”，未來是否有可能出現(xiàn)比ICP-MS更好的儀器用于元素分析?
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(shù)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(yōu)勢所在。ICP-MS加上激光進樣后，會比LIBS靈活許多。因此盡管新的元素分析技術(shù)迭出，但目前仍難有一項可與ICP-MS抗衡。
后記：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于ICP-MS這項新興技術(shù)的研究，連他自己都坦言這種做法其實承擔(dān)了極大的風(fēng)險，一旦失敗將一無所有。不過，Houk教授冒險前行，最終守得云開見月明。
采訪中，Houk教授曾笑言自己即將退休。退休之際，他寄語年輕人應(yīng)勇于冒險、敢于承擔(dān)，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(fā)明人之一、美國愛荷華州立大學(xué)博士導(dǎo)師和美國Ames國家實驗室資深科學(xué)家。R.S.Houk教授在ICP質(zhì)譜儀器設(shè)計和應(yīng)用領(lǐng)域耕耘了幾十年，取得過耀眼的成就。他是發(fā)表ICP-MS儀器領(lǐng)域文章的第一人，此后陸續(xù)在各種權(quán)威雜志上發(fā)表了兩百多篇相關(guān)論文，并在化學(xué)界獲獎無數(shù)，包括：美國化學(xué)會光譜化學(xué)獎、分析化學(xué)獎、美國化學(xué)會化學(xué)儀器獎、匹茲堡大會Maurice F. Hasler獎和美國應(yīng)用光譜Lester W. Strock 獎等。R.S.Houk教授任職美國愛荷華州立大學(xué)教授和美國能源部歐姆斯國家實驗室資深科學(xué)家(Ames Lab)的同時，還擔(dān)任過：美國質(zhì)譜學(xué)會雜志副主編、質(zhì)譜百科全書——無機質(zhì)譜卷編輯、光譜化學(xué)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(zhì)譜學(xué)會元素分析興趣小組主席等。
