电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）广泛应用于材料、环境、地质、食品、制药、医学检测、半导体等领域。基于计算机辅助的ICP-MS工作机理研究和性能优化是近年来重要的研究方向。另外,ICP-MS用于单颗粒特征参数分析,相较于电镜和光谱测量方法,呈现出一定优势,但作为一种新应用,仍存在测量准确度差、粒径分辨低等问题。论文工作围绕ICP-MS多个物理模型的解析研究、单颗粒ICP-MS分析方法的建立与优化两个方面展开,解释ICP-MS多物理过程工作机理,解决目前单颗粒分析方法存在的问题,具体内容为以下四部分:1.雾化传输系统的设计直接影响ICP-MS测量元素的灵敏度。基于计算流体力学方法（CFD）,建立了ICP-MS样品雾化传输的模型,通过分析不同形式雾室中气体流场分布和气溶胶液滴传输特点,解释雾化传输系统设计对样品传输效率的影响机理。模型计算获得的不同样品提取速度下的样品传输效率,与实验观测结果较为吻合,证实该模型可为雾化传输系统设计与参数优化提供理论指导。2.碰撞反应池效能是影响ICP-MS化学分辨能力的重要因素。基于四极电场理论,引入硬球碰撞假设,建立了动能歧视型（KED）碰撞池的仿真模型。应用该模型,提出了碰撞池性能优化策略;在反应模式（DRC）下,建立了离子分子反应速率常数与反应池中反应物离子随气体流量的衰减程度之间的关系,为DRC反应效率评估和分析方法优化提供了一种新途径。3.通过对携带颗粒的气溶胶液滴在电感耦合等离子体中一系列物理过程的理论探讨,首次建立了ICP-MS测量单颗粒的数学模型。基于此模型,分析了粒子汽化和离子云扩散过程对单颗粒测量的影响。通过模型计算得到,ICP-MS对不同成分粒子的粒径测量范围以及采样深度等参数对测量结果的影响,均与实验结果一致。4.实现了驻留时间在200μs以下时适用的粒子质谱数据处理算法,对小直径粒子测量、低驻留时间、高背景信号强度等引入的计算误差进行了修正;建立了二氧化硅粒子粒径、浓度的ICP-MS分析方法,系统地分析了样品提取速度、雾化气流量等参数对粒子信号强度的影响,在当前实验条件下,四极杆质谱的粒径检测下限为139.9nm;从优化sp ICP-MS分析方法的角度出发,探讨了影响粒子直径、浓度测量准确度和粒径分辨率的因素;将K-medoids聚类分析算法用于混合粒子和高浓度粒子样品检测,取得了良好的实验效果。