Zastosowanie
3-1 Analiza nieskończenie małych stężeń
Jednym z problemów ICP-MS jest interferencja spektralna, która występuje, gdy widmo jonów lub jonów molekularnych o tej samej liczbie masowej, co element docelowy, nakłada się i zakłóca. Zakłócenia spektralne mogą być sklasyfikowane w następujący sposób:
Szczególnie w przypadku 1. gdzie Argon (Ar) zawarty w gazie plazmowym jest główną przyczyną, zakłóca równomiernie każdą próbkę. W związku z tym, pomiar pierwiastków zakłócanych przez jony molekularne Ar jest prowadzony w warunkach wysokiego tła, co sprawia, że pomiary nieskończenie małych stężeń są niezwykle trudne.
Wykres 1: Główne jony molekularne Ar
Wykres 1 przedstawia główne pierwiastki, na które oddziałują jony molekularne pochodzenia argonowego. K, Ca i Fe są szczególnie dotknięte, ponieważ poziom jonów molekularnych Ar dla tych pierwiastków waha się od dziesiątek do setek ppb po przeliczeniu na stężenie dla każdego pierwiastka, a analiza ppt-order w tych warunkach jest prawie niemożliwa. Cool Plasma Measurement rozwiązuje problem analizy nieskończenie małych stężeń dla pierwiastków, na które wpływ mają jony molekularne Ar. Jak sama nazwa wskazuje, Cool Plasma odnosi się do niższej niż normalna temperatury plazmy. Jony molekularne Ar są trudne do wytworzenia w chłodnym stanie plazmy i tło staje się tak niskie, jak to tylko możliwe. W rezultacie, dolna granica wykrywalności ulega poprawie. Wykres 2 przedstawia granicę wykrywalności (DL) i równoważne stężenie tła (BEC) w warunkach chłodnej plazmy. Poziom tła jest zredukowany do 1ppt lub niżej, dzięki czemu możliwa jest analiza rzędu ppt.
| Element | Liczba masowa | 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. Chłodna plazma może zmniejszyć ilość jonów molekularnych pochodzenia argonowego, ale jednocześnie zwiększa ilość jonów molekularnych pierwiastków zawartych w próbce. Ponadto, ze względu na silny efekt desensytyzacji spowodowany matrycą, nie może być ona praktycznie stosowana do próbek środowiskowych. Dlatego też interferencje spektralne muszą być redukowane przy użyciu innych metod. Istnieje kilka form jonów molekularnych, a jony molekularne tlenków mają szczególnie duży wpływ. Duży procent jonów tlenkowych jest produkowany z tlenu wody (H2O) zawartej w próbce. Dlatego też, zmniejszenie zawartości wody w próbce może znacząco obniżyć produkcję tlenków. Również warunki plazmy i kształt interfejsu próbkowania w jednostce próżniowej mogą dramatycznie zmienić szybkość produkcji tlenków, więc optymalizacja tych warunków może obniżyć produkcję tlenków.
SPQ9000 wykorzystuje nebulizator śladowych ilości (obniża zawartość wody), chłodzenie komory natryskowej (odprowadza wodę), palnik plazmowy do próbek środowiskowych (ustawia warunki plazmy, aby utrudnić produkcję jonów) i stożki do próbek środowiskowych (zmniejszają produkcję jonów molekularnych), aby umożliwić pomiary z niewielkimi zakłóceniami spektralnymi.
Wykres 3: Analiza wody w strumieniu
Wykres 3 przedstawia standardowy pomiar wody w strumieniu, dostępny w sprzedaży od Japan Society for Analytical Chemistry
3-3 Połączenie z chromatografią
Niebezpieczne pierwiastki takie jak arsen, chrom i brom mają różną toksyczność w zależności od ich formy chemicznej. Pomiar za pomocą ICP-MS może być wykorzystany jedynie do uzyskania informacji o całkowitym stężeniu, a nie o toksyczności. Ostatnio zwrócono uwagę na techniki, które łączą ICP-MS z urządzeniami chromatograficznymi, takimi jak chromatografia jonowa (IC) i wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC). W tych przypadkach, ICP-MS jest używana jako detektor dla urządzeń chromatograficznych, umożliwiając wyższą czułość niż przy użyciu samych urządzeń chromatograficznych. Tutaj, przedstawimy przykład jednoczesnej analizy jonów bromianowych i bromowych w wodzie wodociągowej przy użyciu kombinacji z IC.
Jony bromowe same w sobie nie są niebezpieczne, ale jeśli do dezynfekcji wody wodociągowej stosuje się ozonowanie, powstaje produkt uboczny, jon bromianowy. Jony bromianowe są niebezpieczne, dlatego ważne jest określenie jak dużo bromu jest zawarte w postaci jonów bromianowych. Jako IC zastosowano DX-500 firmy Dionex Corporation.
Rysunek 2 przedstawia wyniki pomiarów jonów bromowych i bromianowych, gdy ICP-MS jest połączona z IC.
Rysunek 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.