Induktiivselt ühendatud plasma massispektromeetria (ICP-MS) mõiste ja rakendused

Induktiivselt ühendatud plasma massispektromeetria (ICP-MS) on väga tundlik massispektromeetria tüüp, mis võimaldab tuvastada ja kvantifitseerida nii mitmeid metalle kui ka mitmeid mittemetalle kontsentratsioonidel alla ühe osa 10-st¹² (osa triljonis, sageli väljendatuna pg/mL või ppt). Meetod ühendab kõrgsagedusliku, kuuma plasma ioonitootmise (induktiivselt ühendatud plasma) ja ioonide massi järgi eraldamise ning tuvastamise massispektromeetri abil. Plasma tekitamiseks kasutatakse tavaliselt kandegaasina argooni. Proov sissepritsitakse nebulaatoriga, tekkinud aerosool läbib tavaliselt pihustus- ja desolvatatsioonikambri ning seejärel juhitakse ioonid läbi vaakumi sisse viivate koonuste (nt sampler ja skimmer), mis suunavad ioonid massianalüsaatorisse.

Põhimõte ja seadme põhiosad

ICP-MS põhineb järgmistel sammudel:

• Proovi ettevalmistus ja sisseviimine: vedelad proovid (lahused) nebuliseeritakse ja aerosol atomiseeritakse/desolvatiseeritakse.
• Ioonide teke: plasma (tavaliselt Ar) ioniseerib aatomid ja molekulid, muutes need positiivseteks ioonideks.
• Vaakuumliides: koonused (sampler & skimmer) ja ionlensid võimaldavad ioonide sissetungi massianalüsaatorisse, säilitades kõrge vaakumi.
• Massianalüsaatorid: kõige levinum on kvadrupool (kiire ja odav), aga kasutatakse ka sektori-kiire (HR-ICP-MS) ja aeg-lennu (TOF) lahendusi, mis annavad kõrgemat massiresolutsiooni või samaaegset masside registreerimist.
• Tuvastaja: elektronkordaja (electron multiplier) või Faraday-cup id kasutatavad sõltuvalt kontsentratsioonivahemikust.

Tugevused

• Suur tundlikkus ja madalad detekteerimispiirid (tihti pg/mL tingimustes).
• Kiirus — mitme elemendi samaaegne määramine ühe analüüsi jooksul.
• Võime määrata isotoopide suhtarve ja isotopilist koostist (kasutatav geokeemias, radiomeetrilises vanandamises, jälgimisuuringutes).
• Võrdlemisi lai dünaamiline ulatus (suurte ja väikeste kontsentratsioonide korraga analüüs).

Piinad ja piirangud

• Spektraalsed häired: polüaatomilised ühisioonid (nt ArO+, ArCl+) ja isobarilised kattumised võivad häirida teatud massioma. Nende leevendamiseks kasutatakse collision/reaction-celle (He, H2, O2 jt) või kõrget massiresolutsiooni ning matemaatilisi korrigeerimismeetodeid.
• Matriitsiefektid: tugevad soolalahused või orgaanilised lisandid muudavad ioonide ionisatsiooni efektiivsust ja transporti; sageli nõutakse dilutsiooni, puhastamist või sisestandardi kasutamist.
• Saaste ja blankid: väga madalatel kontsentratsioonidel võivad laboritarvikud, puhastusvahendid ja reaktiivid anda märkimisväärseid taustsignaale — nõuab ranget puhtust ja kontrolli (õhulised, reaktiivide blankid, re-protsesside blankid).
• Mäluefektid: teatud elemendid (nt Hg, Pb) kipuvad kinnituma süsteemi osadele ja põhjustama jääke, mis mõjutavad järgnevate proovide tulemusi.
• Mõned spetsiifilised analüüsid ei sobi ICP-MS-iga või nõuavad keerukat ettevalmistust (nt tugevate mineraalsete tahkiste puhul hüdrolüüsi/leviabiliseerimist nõudvad materjalid).

Häirete vähendamine ja kvantifitseerimine

Analüüsi täpsuse parandamiseks kasutatakse tavaliselt:

• Sisestandardeid (nt Rh, In, Re) instrumentaalse erinevuse kompenseerimiseks.
• Kalibreerimist mitmepunktiliste standardlahustega ja sertifitseeritud referentsmaterjalidega.
• Collision/reaction-celle polüaatomiliste interferentside vähendamiseks.
• Matrix-matching ehk standardite ja proovide koostise ühtlustamine või standard addition meetodi kasutamine keerukate proovide puhul.
• Puhas töökoht (klass 100/1000), happeline digestsioon (nt HNO3, vajadusel HF silikaatide jaoks) ja spetsiaalselt puhastatud reaktiivid, et vältida kontaminatsiooni.

Rakendused

ICP-MS leiab laialdast kasutust mitmetes valdkondades:

• Keskkonnakeemia: veekvaliteedi, pinnase ja õhu saasteanalüüs; jälgedelementide ja toksiinide määramine.
• Toiduohutus ja farmaatsia: raskmetallide (Pb, Cd, As, Hg) määramine toiduainetes ja ravimites.
• Meditsiin ja biokeemia: mikroelementide määramine veres, seerumis ja kudedes; metallide toksikoloogia.
• Geokeemia ja metallurgia: trace element analüüs, isotoopide kasutamine päritolu ja geneesi uurimisel.
• Forensika ja arheoloogia: isotoopide suhtarvude abil päritolu ja vanuse uurimine.
• Tööstuslikud rakendused: puhtusanalüüsid, materjalide kontroll, kvaliteedihaldus.

Isotoopiline määramine

Lisaks elementide kvantifitseerimisele võimaldab ICP-MS väga täpset isotoopilist analüüsi (nt Pb-, Sr-, U-isotoopide suhted), mida kasutatakse vanuse määramiseks, päritolu määramiseks ja tracer-uuringuteks. Selleks on tihti vaja kõrgemat massiresolutsiooni või spetsiaalseid kalibreerimistehnikaid, et vähendada massivahemike kattumisi ja fraktsioneerimist.

Regulatsioonid ja turvanõuded

Kuna ICP-MS ja sellega seotud tehnoloogiad võivad olla kasutatavad ka tuummaterjalide ja -protsesside analüüsiks või muu tundliku info saamiseks, kehtivad nende riistvara ja mõnikord ka tarvikute ekspordile erieeskirjad. Seetõttu rakendatakse teatud seadmete ja komponentide puhul ekspordipiiranguid ning nende käsitlemine võib nõuda vastavat litsentsi või teavitust – seda eelkõige rahvusvaheliste julgeolekupoliitikate ja riiklike õigusaktide raames.

Järeldus

ICP-MS on võimas ja paindlik instrument, mis pakub erakordselt madalaid detekteerimispiire ja võimalust isotoopide määramiseks. Selle kasutamine nõuab tähelepanu proovi ettevalmistusele, võimalike häirete mõistmist ja sobivate kompensatsioonimeetodite rakendamist. Nende tingimuste täitmisel annab meetod kiireid ja usaldusväärseid tulemusi paljudes teadus- ja tööstusharudes, samas tuleb arvestada nii tehniliste kui ka regulatiivsete piirangutega.

Küsimused ja vastused

K: Mis on ICP-MS?

K: Mida saab ICP-MS tuvastada?

K: Kuidas ICP-MS töötab?

K: Millist gaasi kasutatakse tavaliselt ICP-MS-is plasma kandegaasina?

K: Millised on ICP-MS-i eelised aatomabsorptsioonimeetodite ees mikroelementide analüüsimisel?

K: Millised on ICP-MS-i piirangud?

K: Millised regulatiivsed meetmed kehtivad ICP-MS riistvara suhtes?

Otsing