Použití
3-1 Analýza nekonečně malých koncentrací
Jedním z problémů ICP-MS je spektrální interference, ke které dochází, když se spektra iontů nebo molekulových iontů se stejným hmotnostním číslem jako cílový prvek překrývají a interferují. Spektrální interference lze rozdělit do následujících kategorií:
Zejména v případě 1., kde je hlavní příčinou argon (Ar) obsažený v plazmovém plynu, interferuje rovnoměrně s každým vzorkem. Měření prvků interferovaných molekulárními ionty Ar proto probíhá za podmínek vysokého pozadí, což extrémně ztěžuje měření nekonečně malých koncentrací.
Karta 1. Vlivem interferencí s molekulárními ionty Ar dochází k interferenci prvků: Hlavní molekulární ionty Ar
Karta 1 ukazuje hlavní prvky ovlivněné molekulárními ionty argonového původu. Zvláště jsou ovlivněny K, Ca a Fe, protože hladiny molekulárních iontů Ar se u těchto prvků pohybují v rozmezí desítek až stovek ppb při přepočtu na koncentraci pro každý prvek a analýza v řádu ppt je za těchto podmínek téměř nemožná. Měření v chladném plazmatu řeší problém infinitezimální koncentrační analýzy pro prvky ovlivněné molekulárními ionty Ar. Jak již název napovídá, Cool Plasma odkazuje na nižší než běžnou teplotu plazmatu. Molekulární ionty Ar se ve stavu chladného plazmatu obtížně vytvářejí a pozadí se stává co nejnižším. V důsledku toho se zlepšuje dolní mez detekce. Graf 2 ukazuje mez detekce (DL) a ekvivalentní koncentraci pozadí (BEC) v podmínkách chladného plazmatu. Úroveň pozadí se snižuje na 1 ppt nebo nižší, což umožňuje analýzu v řádu ppt.
| Prvek | Masové číslo | DL(ppt) | BEC(ppt) |
|---|---|---|---|
| Na | 23 | 0,05 | 0.07 |
| Al | 27 | 0.05 | 0.03 |
| K | 39 | 0.18 | 0.57 |
| Ca | 40 | 0.19 | 0.71 |
| Fe | 56 | 0.28 | 0.54 |
| Cu | 63 | 0.09 | 0.08 |
DL: Concentration calculated by multiplying the repeated measurement result of the blank by 3
BEC: The blank value converted to concentration
Chart 2: Detection Limit and Background with Cool Plasma
3-2 Application in Environmental Sample Measurement
Environmental samples such as stream water and lake water contain many matrix components in addition to the measured elements. Therefore, many problems occur when measuring these matrix components with ICP-MS.
One is the spectral interference mentioned in the Cool Plasma description. Chladné plazma může snížit molekulární ionty argonového původu, ale zároveň zvyšuje molekulární ionty prvků obsažených ve vzorku. Také proto, že dochází k silnému desenzitizačnímu efektu v důsledku matrice, nelze ji prakticky použít pro vzorky z životního prostředí. Proto musí být spektrální interference redukovány pomocí jiných přístupů. Existuje několik forem na molekulární ionty a zvláště velký vliv mají molekulární ionty oxidů. Velké procento oxidových iontů vzniká z kyslíku vody (H2O) obsažené ve vzorku. Proto snížení obsahu vody ve vzorku může výrazně snížit produkci oxidů. Také podmínky plazmatu a tvar odběrového rozhraní ve vakuové jednotce mohou výrazně změnit míru produkce oxidů, takže optimalizace těchto podmínek může snížit produkci oxidů.
SPQ9000 využívá rozprašovač stopového množství (snižuje obsah vody), chlazení rozprašovací komory (odvádí vodu), plazmový hořák pro vzorky prostředí (nastavuje podmínky plazmatu tak, aby ztížil produkci iontů) a kužely pro vzorky prostředí (snižují produkci molekulárních iontů), aby bylo možné provádět měření s malými spektrálními interferencemi.
Obrázek 3: Analýza potoční vody
Obrázek 3 ukazuje standardní měření potoční vody v prodeji od Japonské společnosti pro analytickou chemii
3-3 Kombinace s chromatografií
Nebezpečné prvky, jako je arsen, chrom a brom, mají různou toxicitu v závislosti na své chemické formě. Měření pomocí ICP-MS lze použít pouze k získání informací o celkové koncentraci, nikoli o toxicitě. V poslední době se věnuje pozornost technikám, které kombinují ICP-MS s chromatografickými zařízeními, jako je iontová chromatografie (IC) a vysokoúčinná kapalinová chromatografie (HPLC). V těchto případech se ICP-MS používá jako detektor pro chromatografické zařízení, což umožňuje vyšší citlivost než použití samotného chromatografického zařízení. Zde uvedeme příklad simultánní analýzy bromičnanových a bromičnanových iontů ve vodovodní vodě pomocí kombinace s IC.
Samy o sobě nejsou bromičnanové ionty nebezpečné, ale pokud se k dezinfekci vodovodní vody používá ozonizace, vzniká vedlejší produkt, bromičnanový ion. Bromanové ionty jsou nebezpečné, proto je důležité určit, kolik bromu je obsaženo ve formě bromanových iontů. Jako IC byl použit DX-500 společnosti Dionex Corporation.
Obrázek 2 ukazuje výsledky měření bromových a bromičnanových iontů při kombinaci ICP-MS s IC.
Obrázek 2: Measurement Results of Bromic and Bromate Ions When Combined with IC
| IC | IC+ICP-MS | IC+ICP-MS | |
|---|---|---|---|
| Injection Rate (µL) | 200 | 200 | 500 |
| Bromic Ions | 0.8 | 0.09 | 0.02 |
| Bromate Ions | 0.5 | 0.11 | 0.02 |
unit: µg/L
* Detection in IC technique using conductivity detection.
Chart 4: Detection Limit When IC and ICP-MS Are Connected
When the injection rate was increased to 500uL, the detection limit was over 20 times better when compared to using IC alone.