无机质谱的一个典型应用就是材料科学、半导体工业和冶金学上分析高纯金属或者合金中微量含量的杂质。尤其是难熔金属或者高温合金（比如铝，钪，铜，铬，镍，钼，金，铂，钽，钨，钛金属以及钛铝基，铁基，钴基，铬基，铂基或者镍基合金等）。在很长一段时间里面，虽然一些非质谱的分析技术如XRF,GD-OES,或者SEM-EDX和原子光谱等被用于金属或者合金中多元素微量元素分析，GDMS，SSMS或者LA-ICPMS因为具有很高的灵敏度和较低的检测限而被广泛使用于这些分析中。质谱分析的样品前处理的过程更加简单，因此在过程控制和腐蚀研究中具有更明显的优势。在过去，尤其是60-70年代，SSMS是高纯金属中微量元素分析的主要方法。这种技术采用两个直径为1-3毫米，长度为10毫米的电极来直接电离样品材料完成分析。到现在，世界上仅仅只有少数的实验室还有一些60-70年代生产的老仪器还在工作。在笔者的实验室中，直到90年代末SSMS还被用于进行高纯金属固体样品（铝，铜，钪，铁，银）、难熔金属（钨，钼，铌，钽）、不溶于酸的贵金属（钌和铂）、高纯石墨以及一些金属合金（锆合金、高温铬镍基合金或者钢材）中的微量杂质检测。SSMS之所以慢慢被淘汰在于其非常明显的缺点。首先SSMS的测试非常耗时，尤其是采用光敏照相板作为检测器，数据处理需要很长时间；其次如果没有基体匹配的标准物质，分析结果的定量就无法保证。但是其也有明显的优点，采用照相板检测器的SSMS的检测限范围是0.01到1纳克；另外，由于SSMS中多原子离子的产率很低，所以质谱峰非常简单。SSMS一个比较典型的分析示例是倭国半导体公司（DOWA矿业有限公司）分析高纯铟中杂质含量（结果见表9.4）。一些轻元素如Al，Si，P，S，K等具有较低的检测限，通常为几个ppb，其测定主要是通过测定仪器本底的空白值。由于这些轻元素的检测限很低，所以SSMS就是为数不多的能够进行纯度高达6N（99.9999%）到7N（99.99999%）的材料检测的分析技术之一。在表4所列的结果中，总杂质的含量小于0.65ppm，这也就意味着其纯度可达99.999935%。

表9.4 采用火花源质谱（SSMS）和辉光放电质谱（GDMS）分别分析高纯铟和高纯锌中微量元素结果

对于激光电离质谱(LIMS)来说，一个典型应用就是检测金属样品中各种微量元素。尤其对于高熔点的金属样品来说，LIMS是一个非常好的选择。不论是基于TOF的商业化激光电离质谱（特别是LAMMA和LIMA公司的产品）还是基于Mattauch-Herzog结构的从SSMS通过更换离子源发展起来的LIMS在80年代被广泛用于材料科学和冶金学的应用中，比如分析钢铁和青铜合金、焊接分离物和侵蚀实验中的非金属元素（如B，C，N和O）。

不管是SIMS，SNMS，SSMS还是GDMS，在定量分析材料的微量元素的过程中都会受到基体成分的限制，需要基体匹配的标准物质进行校正。在定量分析时，高质量的多元素标准物质（比如NIST)是非常重要的。表9.5中列出了采用SNMS分析钢铁标样(NBS 467)的结果以及相对灵敏度系数，并和SSMS的分析结果进行了对比。两种固态质谱分析技术都具有高真空的离子源因此能够进行钢铁中碳，磷，氧和氮等非金属元素的测量。相对灵敏度系数被用于定量测定中的含量校正。由于大多数金属和合金的标样是缺乏的，在使用这些无机质谱技术测定微量元素的过程中就无法获得相对灵敏度系数，从而导致定量检测就非常困难。相反地，样品消解稀释之后采用ICPMS测定的方法就可以很容易地完成定量检测，通过分析元素与基体元素分离的方法还可以避免基体效应的影响。这种方法被大量应用于金属和合金的纯度检测中，比如锆合金，钪和钽金属等。然而和需要将固体样品消解的ICPMS法相比，固态质谱直接对样品进行检测，因此样品污染的危险可以被降到最低。由于仪器价格昂贵以及分析过程耗时，SSMS在过去的几十年中逐渐被更加快速、高效、高精度的GDMS所替代。

表9.5 低含量钢铁标样（NBS467）采用SNMS和SSMS测试微量元素结果对比（浓度单位为ppm）

Grasserbauer在1988年对比了不同固态质谱分析技术（GDMS,SSMS和SIMS）在分析难熔材料（高纯钼和钨）中的微量-痕量元素的结果。三种质谱分析高纯钼中的铁和镍不能很好地吻合，有些元素如Ca，K，Mg，Si，As和Cr的测试浓度甚至差了一个数量级甚至更多。Virag等人报道的SIMS分析钼金属中微量元素的检测限范围从0.1ppm到1ppt。直接测定难熔金属的时候，与XRF分析不同，采用SSMS或者GDMS或形成碳化物和氧化物离子，因此会对测定的结果产生影响。而湿化学的分析方法虽然基体效应的影响比较小，但是在处理过程中不可避免的遇到样品污染或者难熔样品溶解不完全等问题，从而使得分析结果的质量受到影响。

现在，GDMS已经成长为一个直接测定的固体质谱的主力军，被广泛用于高纯金属或合金中多元素杂质的同时检测中，尤其是工业实验室中的过程控制研究中。GDMS的分析和GD-OES（辉光放电光谱）已经在分析高纯铜材料测试显示出了强大的能力。所有参与测试的实验室均采用了VG9000的GDMS，但是不同实验室的报告中有些元素如Ag和Fe的测试结果差别非常大。2005年的时候，Thermo Fisher Scientific公司推出了新型GDMS (Element GD)，其检测限可以低达ppb级，而高纯铜中Th的检测限更是低达ppt级。由于装配了法拉第和二次电子倍增器作为离子检测器，Element GD的线性动态范围可以达到10¹²。因此基体元素和杂质元素可以在一次检测中同时进行。Matschat等人采用这种新型的GDMS对超高纯铜和铁金属中的多种元素杂质进行了检测。实验过程中铜和铁基体的粉末分别准备，这些粉末中分别定量加入了40和20个元素。然后将这些粉末样品均匀化，并通过静压制成已知浓度的小球用作外标来进行测试结果的校正。通过对不同的标准物质的检测结果验证，采用该粉末压片作为外标校正的大多数元素分析结果偏差小于30%。

湿化学样品预处理技术和高灵敏度的质谱分析技术如ICPMS结合的分析方法也被用于金属和合金材料的多元素杂质检测。如前面所述，这种方法最大的优点就是能够避免基体效应的影响，因此对于没有基体匹配的标准物质的材料来说，这种方法可以提供定量的微量杂质分析结果，并且通过待测元素与基体分离而获得更好的检测限。比如Panday等人采用该方法分析高纯钪（4N）中稀土元素的含量。含二乙基已基正磷酸的甲苯被用于将钪从溶液中选择性分离出去。在这种液相-液相萃取分离过程中，除了Zr（2%），Er（83%），Tm（55%），Yb（43%），Lu（32%），Hf（8%），Th（4%）和U（1%）外，大多数元素都可以得到定量回收。近30种不同浓度的元素采用Elan 5000型ICPMS进行了测定，含量校正采用了外标法或者同位素稀释法。其结果和中子活化分析和SSMS分析进行了对比。采用基体分离和同位素稀释技术的ICPMS测试法，大约20种元素能够进行定量检测并且具有最低的检测限（2-10ppb）。进行基体分离和未进行基体分离（仅仅进行了稀释处理）的分析结果显示大多数元素具有很好的一致性。用这些分析技术进行高纯金属中微量元素测定的相对标准偏差为5-10%。另外，Becker等人于1995年还采用ID-ICPMS法测定了富含¹⁸⁷Re放射性衰变形成的¹⁸⁷Os同位素的Os金属中的微量元素。ICP-OES以及XRF等非质谱技术被用于验证ICPMS分析结果的可靠性。结果显示21中微量元素的含量范围为1ppm (Zr)到181ppm (Cr)。