応用
3-1 極微量濃度分析
ICP-MSで問題となるのは、目的元素と同じ質量数を持つイオンや分子イオンのスペクトルが重なって干渉するスペクトル干渉が起こることである。 スペクトル干渉は以下のように分類されます。
特に1.の場合、プラズマガスに含まれるアルゴン（Ar）が主な原因となり、どんな試料でも均一に干渉してしまいます。
図1.アルゴン分子イオンの干渉を受けた元素の測定は、バックグラウンドが高く、微量な濃度測定は極めて困難である。 主なアルゴン分子イオン
アルゴン由来の分子イオンの影響を受ける主な元素を図1に示す。 特にK、Ca、Feは、各元素の濃度に換算すると数十～数百ppbとなり、この条件下ではpptオーダーの分析はほぼ不可能であることから、アルゴン分子イオンの影響を受けている。 Cool Plasma Measurementは、Ar分子イオンの影響を受ける元素の無限小の濃度分析の問題を解決します。 Cool Plasmaとは、その名の通り、プラズマの温度が通常より低いことを意味します。 冷却されたプラズマ状態ではAr分子イオンが発生しにくく、バックグラウンドが極限まで低くなります。 その結果、検出下限が向上する。 図2は、冷却プラズマ状態での検出限界（DL）とバックグラウンド相当濃度（BEC）を示しています。
| 元素 | 質量数 | DL(ppt) | BEC(ppt) |
|---|---|---|---|
| Na | 23 | 0.05 | 0.05 |
| 23 | 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. クールプラズマはアルゴン起源の分子イオンを減らすことができるが、同時に試料に含まれる元素の分子イオンを増やしてしまう。 また、マトリックスによる減感作用が強いため、環境試料には実用化できない。 そのため、他のアプローチで分光干渉を低減する必要がある。 分子イオンにはいくつかの形態があり、特に酸化物の分子イオンは大きな影響を与える。 酸化物イオンは、試料に含まれる水（H2O）の酸素から生成される割合が大きい。 そのため、試料中の水分量を減らすことで、酸化物の生成量を大幅に減らすことができます。
SPQ9000では、微量ネブライザー（水分量低減）、スプレーチャンバー冷却（水分排出）、環境試料用プラズマトーチ（イオンが発生しにくいプラズマ条件設定）、環境試料用コーン（分子イオン発生低減）を採用し、スペクトル干渉の少ない測定が可能になっています。
図表3：渓流水の分析
図表3は日本分析化学会から販売中の標準渓流水測定
3-3 クロマトグラフィーとの組み合わせ
ヒ素、クロム、臭素等の危険元素は化学形態により毒性が異なるので、クロマトグラフィーと組み合わせることで、有害な元素を除去することができる。 ICP-MSによる測定では、毒性ではなく総濃度の情報しか得られない。 近年、ICP-MSとイオンクロマトグラフ（IC）、高速液体クロマトグラフ（HPLC）などのクロマトグラフ装置を組み合わせた手法が注目されている。 この場合、ICP-MSをクロマトグラフィー装置の検出器として使用するため、クロマトグラフィー装置単独で使用するよりも高感度化が可能となる。 ここでは、ICとの組み合わせにより、水道水中の臭素酸イオンと臭素イオンを同時に分析した例を紹介する。
臭素イオン自体は有害ではないが、水道水の殺菌にオゾン処理を行うと、副産物として臭素酸イオンが生成される。 臭素酸イオンは有害であるため、臭素が臭素酸イオンとしてどの程度含まれているかを把握することが重要である。 ICにはDionex社のDX-500を用いた。
図2は、ICP-MSとICを組み合わせた場合の臭素イオンと臭素酸イオンの測定結果である。
図2.ICP-MSとICの組み合わせによる臭素イオンと臭素酸イオンの測定結果。 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.