Applicazione
3-1 Analisi della concentrazione infinitesimale
Un problema con ICP-MS è l’interferenza spettrale che si verifica quando lo spettro di ioni o ioni molecolari con lo stesso numero di massa dell’elemento obiettivo si sovrappongono e interferiscono. L’interferenza spettrale può essere classificata come segue:
Soprattutto nel caso di 1., dove l’argon (Ar) contenuto nel gas plasma è una causa principale, interferisce uniformemente con qualsiasi campione. Di conseguenza, la misurazione degli elementi interferiti dagli ioni molecolari Ar è condotta in una condizione di fondo elevato, rendendo estremamente difficile la misurazione di concentrazioni infinitesimali.
Cartina 1: Principali ioni molecolari di Ar
Il grafico 1 mostra i principali elementi colpiti dagli ioni molecolari di origine Argon. K, Ca e Fe sono particolarmente colpiti, poiché i livelli di ioni molecolari Ar per questi elementi vanno da decine a centinaia di ppb quando vengono convertiti in concentrazione per ogni elemento, e le analisi di ordine ppt in queste condizioni sono quasi impossibili. Cool Plasma Measurement affronta il problema dell’analisi della concentrazione infinitesimale per gli elementi colpiti dagli ioni molecolari Ar. Come suggerisce il nome, Cool Plasma si riferisce alla temperatura più bassa del normale del plasma. Gli ioni molecolari Ar sono difficili da produrre in uno stato di plasma freddo e il fondo diventa il più basso possibile. Di conseguenza, il limite di rilevamento inferiore migliora. Il grafico 2 mostra il limite di rilevamento (DL) e la concentrazione di fondo equivalente (BEC) in condizioni di plasma freddo. Il livello di fondo è ridotto a 1ppt o inferiore, rendendo possibile l’analisi di ordine ppt.
| Elemento | Numero di massa | 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. Il plasma freddo può ridurre gli ioni molecolari di origine Argon, ma allo stesso tempo aumenta gli ioni molecolari degli elementi contenuti nel campione. Inoltre, poiché c’è un forte effetto di desensibilizzazione dovuto alla matrice, non può essere praticamente utilizzato per campioni ambientali. Pertanto, l’interferenza spettrale deve essere ridotta utilizzando altri approcci. Ci sono diverse forme di ioni molecolari e gli ioni molecolari di ossidi hanno un effetto particolarmente grande. Una grande percentuale di ioni ossido sono prodotti dall’ossigeno dell’acqua (H2O) contenuta nel campione. Pertanto, ridurre il contenuto di acqua di un campione può abbassare significativamente la produzione di ossidi. Inoltre, le condizioni del plasma e la forma dell’interfaccia di campionamento nell’unità di vuoto possono cambiare drasticamente il tasso di produzione degli ossidi, quindi l’ottimizzazione di queste condizioni può abbassare la produzione di ossidi.
SPQ9000 impiega un nebulizzatore di tracce (abbassa il contenuto di acqua), una camera di raffreddamento a spruzzo (drena l’acqua), una torcia al plasma per i campioni ambientali (imposta le condizioni del plasma per rendere difficile la produzione di ioni) e coni per campioni ambientali (riduce la produzione di ioni molecolari) per rendere possibili misure con poca interferenza spettrale.
Grafico 3: Analisi dell’acqua di ruscello
Il grafico 3 mostra una misurazione standard dell’acqua di ruscello in vendita dalla Japan Society for Analytical Chemistry
3-3 Combinazione con la cromatografia
Elementi pericolosi come arsenico, cromo e bromo hanno una tossicità variabile basata sulla loro forma chimica. La misurazione con ICP-MS può essere utilizzata solo per acquisire informazioni sulla concentrazione totale, non sulla tossicità. Recentemente, le tecniche che combinano l’ICP-MS con attrezzature di cromatografia come la cromatografia ionica (IC) e la cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) hanno ricevuto attenzione. In questi casi, l’ICP-MS viene utilizzato come rivelatore per l’attrezzatura cromatografica, consentendo una maggiore sensibilità rispetto all’utilizzo della sola attrezzatura cromatografica. Qui presenteremo un esempio di analisi simultanea degli ioni bromato e degli ioni bromici nell’acqua di rubinetto utilizzando una combinazione con IC.
Gli ioni bromici di per sé non sono pericolosi, ma se il trattamento con ozono viene utilizzato per disinfettare l’acqua di rubinetto, viene prodotto un sottoprodotto, lo ione bromato. Gli ioni bromo sono pericolosi, quindi è importante determinare quanto bromo è contenuto come ioni bromo. DX-500 di Dionex Corporation è stato usato come IC.
La figura 2 mostra i risultati della misurazione degli ioni bromo e bromo quando ICP-MS è combinato con IC.
Figura 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.