第一部分 仪器设计与检测原理

Thermo Scientific ELEMENT XR 型号为高分辨电感耦合等离子体质谱（HR‑ICP‑MS）仪，其核心优势在于拥有双重检测器系统。在传统双模式次级电子倍增管基础上，增加了法拉第杯检测器，使得其线性动态范围扩展至十二个数量级，可从超痕量 ppq 水平到百分之几的大浓度精准测定。仪器以双聚焦磁偏分析器为基础，在离子进入到检测系统之前，通过电场和磁场共同作用，实现高分辨分离，即使在复杂基体中也能有效消除同位干扰。检测器切换自动完成，包括计数模式、模拟模式和法拉第模式三种方式，彼此间切换延迟极短，保障了测量灵敏特性。

仪器提供三档固定分辨率：低分辨率 R ≈ 300，中分辨率 R ≈ 4000，高分辨率 R ≈ 10000。中高分辨率模式下，高质量分析器能清晰分离同位干扰，确保多样样品中不同元素之间互不干扰。仪器还可搭配干法等离子体或冷等离子体接口，以及喷雾器优化配置，如 Jet 接口与冷喷雾系统，进一步提升信号强度与检测限。

第二部分 检测极限的定义与实现

最低检测限（limit of detection 简称 LOD）通常定义为基于空白信号标准差的三倍加上均值，反映仪器在实际环境中能够可靠识别分析信号的能力。ELEMENT XR 在三种分辨率设置及三种检测模式协同作用下，可实现非干扰同位素在溶液进样模式中的低至亚皮克克（fg/L）水平检测能力，其中 fg/L 级别相当于 ppq 级浓度水平。

官方文献指出 DARK noise 极低，不超过 0.2 CPS（每秒计数），这使其能够稳定检测背景信号，并在此基础上准确判定 ppq 乃至更低浓度的信号。结合仪器对中等质量元素的高灵敏度（例如 115In 在中分辨条件下超过 1×10^5 CPS/ppb，高分辨条件下超过 1.5×10^4 CPS/ppb），结合自动计数模式切换与信号交叉校准能力，可实现低于 1 pg/L 甚至 200 fg/L 级别的最低检测限。

通过 Jet 接口与干法等离子体配置，灵敏度进一步提高，信号增强数十倍，使某些元素的最低检测限可降至 sub‑ppq 级别。Rutgers 大学报道中指出该仪器优化后用于环境或海水分析时最低检测限可达 sub‑ppq 水平，体现了其对痕量元素的优异检测能力。

第三部分 实际应用中的最低检测限

在不同样品类型和基体条件中，实际测得的最低检测限略有差异。

在超纯水或高纯化学试剂中常见干扰较低，仪器可实现下列水平：

• 对于非干扰稳定同位素，如 115In，LOD 典型低于 0.2 ng/L（200 pg/L）；

• 有效干除干扰情况下，部分金属元素（如 Cr、Fe、As、Se 等）在中高分辨模式下 LOD 可在几十至几百 pg/L，甚至低于 100 pg/L；

• 在环境及生物基体复杂样品中，即使在 50 毫克每升盐酸样品，仪器仍可实现低于 200 fg/L 级铀或镭等放射性元素检测。

仪器说明书资料总结指出在低中高分辨配置下，多数元素的检测限均低于 1 pg/L（即 fg/L）水平，部分元素甚至可以接近数十 fg/L，充分体现了该仪器在超痕量分析方面的卓越性能。

第四部分 动态范围与检测限关系

ELEMENT XR 的检测范围涵盖 fg/g 至 ppm，覆盖浓度范围逾 12 个数量级。低端为计数器模式（0.2 CPS 至 5×10^6 CPS），中端为模拟模式（5×10^4 CPS 至 1×10^9 CPS），高端为法拉第模式（5×10^7 CPS 至超过 1×10^12 CPS）。三模切换结合自动交叉标定，使得在混合浓度样品中，高低元素同时测得无需多次稀释即可实现，从而保证了低浓度元素的检测不受高浓度元素干扰。

在激光烧蚀瞬态信号采集场合，仪器最低积分时间可设至 0.1 毫秒，三模式切换延迟低于 1 毫秒，使之适用于快速瞬态信号分析，并把最低检测限发挥至极致。

第五部分 应用示例与代表元素检测限

资料中举多项代表性案例：

1 在海水、矿酸样品中测量镭同位素，最低检测限可稳定保持在 200 fg/L；
2 对稀有重金属如铀镎钚进行分析，LOD 可达 sub‑ppq。
3 在富元素复杂矩阵中采用冷等离子体与高分辨模式，检测限仍低于 0.1 ng/L。

此外，国内外高校与研究机构使用该仪器时报告其在环境监测、水质检测、岩石地球化学分析、生物样品中的痕量元素测定中表现一致良好，最低检测能力均实现 pg/L 至 fg/L 量级。

第六部分 影响最低检测限的因素

最低检测限并非一成不变，而受多方面影响：

输入样品质控：样品前处理、清洁度、稀释步骤等影响背景信号及基体干扰；
仪器配置选项：是否采用 Jet 接口或干法等离子体、分辨率选择、检测器模式配置都会影响灵敏度；
进样参数设置：采样时间长短、采样频率、扫描次数等都会影响信噪比；
外部环境控制：实验室洁净度、杂散光、电源稳定性、水蒸气干扰等都可能影响极低浓度测定；
校准方式：是否采用标准加入法、同位标内标化校正方法等也影响低浓度可靠性。

因此，用户若需获得特定元素在特定样品中的最低检测限，应在系统安装调试后，通过空白样、多浓度标样、加标回收等方式进行实测和验证。

第七部分 总结与建议

Thermo Scientific ELEMENT XR HR‑ICP‑MS 仪器本身具备极高检测灵敏度和宽广动态范围。在无干扰配置及干净样品背景下，其最低检测限一般达到 sub‑pg/L 乃至 fg/L 级别，即 ppq（水每十亿亿）水平。官方参数与第三方验证一致显示多数元素最低检测限均在数十至数百 fg/L 范围，极限可低于 200 fg/L。即使在复杂基体样品中，也能保障低于 1 pg/L 水平定量分析。

若需真实实验室条件下某元素或某基体中的最低检测限，可选取代表元素、采用标准方法配合空白加标，测定五至十倍信噪比下的最低可检测浓度。建议包括以下步骤：样品空白准备、系列标准曲线建立、盲样检测、重复性测试以及加标回收评估。通过系统验证后才能明确实际 LOD。

最后强调，该仪器的最低检测限具备恐怖般的性能：在仪器优化状态和理想样品基体中，对多数元素最低检测限常低于 0.1 ng/L，甚至降至 ppq/fq 水平；实际科研或环境样品中一般仍可实现 pg/L 至数十 fg/L 的稳定检测能力，是高纯化学品、环境水质、地球化学样品检测中的理想选择。