Toepassing
3-1 Analyse van oneindig kleine concentraties
Eén probleem met ICP-MS is de spectrale interferentie die optreedt wanneer het spectrum van ionen of moleculaire ionen met hetzelfde massagetal als het objectieve element elkaar overlappen en interfereren. Spectrale interferentie kan als volgt worden gecategoriseerd:
Vooral in het geval van 1., waar Argon (Ar) in plasmagas een hoofdoorzaak is, interfereert het gelijkmatig met elk monster. De meting van elementen die door Ar-moleculaire ionen worden gestoord, wordt dan ook in een hoge achtergrondconditie uitgevoerd, waardoor metingen van infinitesimale concentraties uiterst moeilijk zijn.
Kaart 1: Belangrijke Ar-moleculaire ionen
Kaart 1 toont de belangrijkste elementen die worden beïnvloed door moleculaire ionen van Argon-oorsprong. Vooral K, Ca en Fe worden beïnvloed, aangezien de Ar-moleculaire ionenniveaus voor deze elementen variëren van tientallen tot honderden ppb wanneer ze worden omgerekend naar de concentratie voor elk element, en ppt-orde-analyse onder deze omstandigheden vrijwel onmogelijk is. Cool Plasma Measurement pakt het probleem aan van de infinitesimale concentratieanalyse voor elementen die door Ar-moleculaire ionen worden beïnvloed. Zoals de naam al aangeeft, verwijst Cool Plasma naar de lagere dan normale temperatuur van het plasma. Ar-moleculaire ionen zijn moeilijk te produceren in een koele plasmatoestand en de achtergrond wordt zo laag mogelijk. Als gevolg daarvan verbetert de lagere detectielimiet. Grafiek 2 toont de aantoonbaarheidsgrens (DL) en de achtergrondconcentratie-equivalent (BEC) onder koele plasmaomstandigheden. Het achtergrondniveau wordt gereduceerd tot 1ppt of lager, waardoor ppt-orde-analyse mogelijk wordt.
| Element | Massa Aantal | DL(ppt) | BEC(ppt) |
|---|---|---|---|
| 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. Koel plasma kan moleculaire ionen van Argon oorsprong verminderen, maar verhoogt tegelijkertijd de moleculaire ionen van elementen in het monster. Omdat er een sterk desensibilisatie-effect optreedt als gevolg van de matrix, kan het ook niet praktisch worden gebruikt voor milieumonsters. Daarom moet de spectrale interferentie met behulp van andere benaderingen worden gereduceerd. Er zijn verschillende vormen van moleculaire ionen en de moleculaire ionen van oxiden hebben een bijzonder groot effect. Een groot percentage oxide-ionen wordt geproduceerd uit de zuurstof van water (H2O) in het monster. Daarom kan het verminderen van het watergehalte van een monster de productie van oxiden aanzienlijk verminderen. Ook de plasmacondities en de vorm van de bemonsteringsinterface in de vacuümunit kunnen de productiesnelheid van oxiden drastisch veranderen, dus het optimaliseren van deze condities kan de productie van oxiden verlagen.
SPQ9000 maakt gebruik van een vernevelaar voor sporen (verlaagt het watergehalte), een sproeikamer met koeling (voert water af), een plasmatoorts voor milieumonsters (stelt plasmacondities in om de productie van ionen te bemoeilijken) en kegels voor milieumonsters (vermindert de productie van moleculaire ionen) om metingen met weinig spectrale interferentie mogelijk te maken.
Chart 3: Stroomwateranalyse
Chart 3 toont een standaardstroomwatermeting die te koop is bij de Japan Society for Analytical Chemistry
3-3 Combinatie met chromatografie
Gevaarlijke elementen zoals arseen, chroom en broom hebben een verschillende toxiciteit, afhankelijk van hun chemische vorm. Metingen met ICP-MS kunnen alleen worden gebruikt om informatie te verkrijgen over de totale concentratie, niet over de toxiciteit. Recentelijk hebben technieken waarbij ICP-MS wordt gecombineerd met chromatografieapparatuur zoals ionchromatografie (IC) en hogedrukvloeistofchromatografie (HPLC) de aandacht getrokken. In deze gevallen wordt ICP-MS gebruikt als detector voor de chromatografieapparatuur, waardoor een hogere gevoeligheid mogelijk wordt dan wanneer alleen chromatografieapparatuur wordt gebruikt. Hier wordt een voorbeeld gegeven van een gelijktijdige analyse van bromaationen en broomionen in leidingwater met behulp van een combinatie met IC.
Broomionen zelf zijn niet gevaarlijk, maar als ozonbehandeling wordt gebruikt om leidingwater te desinfecteren, ontstaat een bijproduct, broomaation. Bromaationen zijn gevaarlijk, dus het is belangrijk om te bepalen hoeveel broom er in de vorm van bromaationen aanwezig is. Als IC is de DX-500 van Dionex Corporation gebruikt.
Figuur 2 toont de meetresultaten van broom- en bromaationen wanneer ICP-MS wordt gecombineerd met IC.
Figuur 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.