Alkalmazás
3-1 Infinitesimal Concentration Analysis
Az ICP-MS egyik problémája a spektrális interferencia, amely akkor jelentkezik, amikor a célelemmel azonos tömegszámú ionok vagy molekulaionok spektruma átfedésben van és interferál. A spektrális interferencia a következőképpen kategorizálható:
Különösen az 1. esetben, ahol a plazmagázban található Argon (Ar) a fő ok, egyenletesen interferál bármely mintával. Ennek megfelelően az Ar molekulaionok által interferált elemek mérése magas háttérállapotban történik, ami rendkívül megnehezíti az infinitesimális koncentráció mérését.
1. ábra: Főbb Ar molekulaionok
Az 1. ábra az argon eredetű molekulaionok által befolyásolt főbb elemeket mutatja. A K, a Ca és a Fe különösen érintett, mivel az Ar molekulaionok szintje ezen elemek esetében az egyes elemek koncentrációjára átszámítva több tíz és több száz ppb között mozog, és a ppt-rendű analízisek ilyen körülmények között szinte lehetetlenek. A Cool Plasma Measurement megoldja az Ar-molekulaionok által befolyásolt elemek végtelen koncentrációelemzésének problémáját. Ahogy a neve is mutatja, a hűvös plazma a plazma normálnál alacsonyabb hőmérsékletére utal. Ar molekulaionok nehezen keletkeznek hűvös plazmaállapotban, és a háttér a lehető legalacsonyabb lesz. Ennek eredményeként javul az alsó kimutatási határ. A 2. ábra a kimutatási határértéket (DL) és a háttérrel egyenértékű koncentrációt (BEC) mutatja hűvös plazmakörülmények között. A háttérszint 1 ppm-re vagy az alá csökken, ami lehetővé teszi a ppt-rendű elemzést.
| Elem | tömegszám | 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. A hűvös plazma képes csökkenteni az argon eredetű molekuláris ionokat, ugyanakkor növeli a mintában található elemek molekuláris ionjait. Továbbá, mivel a mátrix miatt erős deszenzibilizációs hatás lép fel, gyakorlatilag nem használható környezeti mintákhoz. Ezért a spektrális interferenciát más megközelítésekkel kell csökkenteni. A molekulaionoknak számos formája van, és az oxidok molekulaionjainak különösen nagy hatása van. Az oxidionok nagy százaléka a mintában lévő víz (H2O) oxigénjéből keletkezik. Ezért a minta víztartalmának csökkentése jelentősen csökkentheti az oxidok termelődését. Emellett a plazmafeltételek és a mintavételi felület alakja a vákuumegységben drámaian megváltoztathatja az oxidok termelődésének mértékét, ezért ezen feltételek optimalizálásával csökkenthető az oxidok termelődése.
AzSPQ9000 nyomelem-ködképzőt (csökkenti a víztartalmat), permetkamrás hűtést (elvezeti a vizet), a környezeti mintákhoz plazmafáklyát (beállítja a plazmafeltételeket az ionok termelődésének megnehezítésére) és a környezeti mintákhoz kúpot (csökkenti a molekuláris ionok termelődését) alkalmaz, hogy lehetővé tegye a kevés spektrális interferenciával járó méréseket.
3. ábra: Patakvízelemzés
A 3. ábra a Japan Society for Analytical Chemistry által forgalmazott szabványos patakvízmérést mutatja
3-3. kombináció kromatográfiával
A veszélyes elemek, például az arzén, a króm és a bróm kémiai formájuk alapján különböző toxicitással rendelkeznek. Az ICP-MS-sel történő mérés csak az összkoncentrációra vonatkozó információk megszerzésére használható, a toxicitásra nem. A közelmúltban figyelmet kaptak azok a technikák, amelyek az ICP-MS-t olyan kromatográfiás berendezésekkel kombinálják, mint az ionkromatográfia (IC) és a nagy teljesítményű folyadékkromatográfia (HPLC). Ezekben az esetekben az ICP-MS-t a kromatográfiás berendezés detektoraként használják, ami nagyobb érzékenységet tesz lehetővé, mint a kromatográfiás berendezés önmagában történő használata. A következőkben egy példát mutatunk be a csapvízben lévő brómionok és brómionok egyidejű analízisére az IC-vel való kombináció alkalmazásával.
A brómionok önmagukban nem veszélyesek, de ha a csapvíz fertőtlenítésére ózonkezelést alkalmazunk, melléktermék, brómion keletkezik. A brómát-ionok veszélyesek, ezért fontos meghatározni, hogy mennyi brómot tartalmaz brómát-ionként. IC-ként a Dionex Corporation DX-500-as készülékét használtuk.
A 2. ábra a bróm- és brómátionok mérési eredményeit mutatja, amikor az ICP-MS-t IC-vel kombináljuk.
2. ábra: 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.