ICP-MS: definicija in uporaba za analizo elementov v sledovih

Induktivno sklopljena plazemska masna spektrometrija (ICP-MS) je vrsta masne spektrometrije, ki je zelo občutljiva in primerna za kvantitativno določanje elementov v sledovih. Z njo je mogoče zaznati številne kovine in nekovine v koncentracijah pod enim delom na 10¹² (del na trilijon, tj. ppt). Metoda temelji na kombinaciji induktivno sklopljene plazme kot vira za ustvarjanje ionov (ionizacija) in masnega spektrometra kot naprave za ločevanje in zaznavanje ionov. Kot nosilni plin za proizvodnjo plazme se najpogosteje uporablja argon. Ioni vzorca prehajajo skozi vrsto majhnih stožcev, ki omogočajo prehod iz atmosferskega tlaka plazme v vakuumsko komoro masnega spektrometra.

Princip delovanja in glavne komponente

Na kratko: vzorec (v tekoči, plinasti ali trdni obliki po ustrezni pripravi) vstopi v plazmo, kjer se atomi ionizirajo. Nastali ioni se nato usmerijo v masni analizator in razporedijo po razmerju masa/električni naboj (m/z), kjer se zaznajo. Glavne komponente naprave so:

• vnosni sistem (nebulizator in spray chamber za tekoče vzorce),
• torč (plazma), pogosto tri-elektrodni sistem z argonom kot plinom,
• sampler in skimmer (stožca) za prehod v vakuum,
• masni analizator (kvadrupolni, sektor polja (SF), čas leta (TOF) ali kombinacije kot triple-quadrupole, QqQ),
• detektor (elektronski multiplicator ali faradayev lov),
• sistemi za odstranjevanje motenj (collision/reaction cell) z reaktivnimi ali inertnimi plini).

Vzorčenje in priprava vzorca

Uspeh analize je močno odvisen od priprave vzorca. Tekoče vzorce običajno pripravimo z raztapljanjem in razredčitvijo, včasih z dodajanjem notranjih standardov. Trdni vzorci se lahko raztopijo z anorganskimi kislinami (npr. HNO3, HCl) ali obdelajo z mikrovalovno prebavo; alternativno se uporabljajo neposredne metode (laser ablation ICP-MS) za analizo trdnih površin brez raztapljanja. Pri pripravi je treba strogo preprečiti kontaminacijo iz steklenice, reagentov ali laboratorijske opreme.

Motnje in strategije njihovega obvladovanja

ICP-MS je zelo občutljiv, a ranljiv za različne vrste motenj:

• Izobarične motnje: dva različna elementa ali izotopa z enakim m/z;
• polatomske motnje: nastale iz kombinacij plazemskih komponent, matrike ali reagentov (npr. ArO+);
• matrične učinke: spremembe ionizacije zaradi visoke koncentracije soli ali organskih snovi v vzorcu.

Za zmanjšanje motenj se uporabljajo collision/reaction celice (plini kot He, H2, O2), izbor optimalnih isotopov, uporaba notranjih standardov, metoda standardne dodaje ali izotope dilution za najbolj natančne rezultate. Kalibracija z ustreznimi standardi in redno preverjanje s kontrolnimi vzorci sta nujna.

Prednosti in omejitve v primerjavi z drugimi tehnikami

• Prednosti: izjemna občutljivost (ppt območje ali boljše za nekatere elemente), širok dinamični razpon, hitrost merjenja, sposobnost večelementne analize in možnost določanja izotopskih razmerij.
• Omejitve: visoki stroški nakupa in vzdrževanja, potreba po visokočistih reagentih in skrbni pripravi vzorcev, izpostavljenost motnjam ter v nekaterih primerih potreba po dodatnih postopkih za potrditev rezultatov. Nekateri analiti ne morejo delovati brez posebnih konfiguracij ali dodatnih postopkov za odstranjevanje motenj.

Izotopska speciacija in napredne aplikacije

ICP-MS omogoča natančno merjenje izotopskih razmerij, kar je ključnega pomena v geokemiji, okoljskih študijah, forenziki, arheometriji in pri sledljivosti izvora. V kombinaciji s kromatografskimi tehnikami (npr. HPLC-ICP-MS) je možna tudi speciacijska analiza — ločevanje kemičnih oblik (npr. organske in anorganske oblike arsena, živega srebra itd.).

Aplikacije

• okoljske analize (voda, tla, sedimenti) za sledenje težkih kovin,
• analize živil in hrane (sledi kovin, kontaminanti),
• klinične in biomedicinske raziskave (sledovi elementov v bioloških tekočinah, farmacevtske kontrole),
• geološke in rudarske raziskave (izotopske študije, eksploracija),
• forenzika in arheologija (izotopske sledi),
• industrijska kontrola kakovosti in varovanja okolja,
• nuklearne aplikacije in določanje izotopov radioaktivnih elementov (posebna regulacija in sigurnost).

Kakovost podatkov in zagotavljanje sledljivosti

Za zanesljive rezultate so potrebni:

• uporaba certifikovanih standardov in kontrolnih materialov,
• notranji standardi za korekcijo drsenja in matričnih razlik,
• redno vzdrževanje, čiščenje in kalibracija instrumenta,
• uporaba čistih delavnic in plastike/stekla nizke kontaminacije pri odločilno občutljivih merilih.

Varnost, predpisi in etični premisleki

Ker lahko ICP-MS in sorodna oprema prispevata k napredku v jedrskih ali vojaških aplikacijah, so za določene vrste strojne opreme in reagente veljali in še veljajo posebni izvozni predpisi. Poleg tega je treba pri delu upoštevati varnostne ukrepe pri delu z argonom, kislinami, reaktivnimi plini in pri visokih temperaturah plazme. Zaradi občutljivosti metode je pomembna tudi odgovorna uporaba in transparentnost pri poročanju rezultatov.

ICP-MS je torej izjemno močno orodje za analizo elementov v sledovih z širokim spektrom aplikacij, vendar zahteva ustrezno opremo, usposobljeno osebje, stroge postopke priprave vzorcev in nadzor nad motnjami, da so rezultati zanesljivi in v skladu z normami kakovosti.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je ICP-MS?

V: Kaj lahko zazna ICP-MS?

V: Kako deluje ICP-MS?

V: Kateri plin se običajno uporablja kot nosilni plin za plazmo pri ICP-MS?

V: Katere so prednosti ICP-MS v primerjavi s tehnikami atomske absorpcije pri analizi elementov v sledovih?

V: Katere so nekatere omejitve ICP-MS?

V: Kateri regulativni ukrepi veljajo za strojno opremo ICP-MS?

Išči po črki