Espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS)
Descripción general
La espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) es una nueva tecnología analítica desarrollada en la década de 1980. Es una nueva tecnología de análisis de elementos/isótopos que combina las características de ionización de alta temperatura (7000 K) del ICP con las ventajas de escaneo rápido y sensible de un espectrómetro de masas cuadrupolo a través de una tecnología de interfaz única. En comparación con varias tecnologías actuales de análisis de instrumentos inorgánicos de elementos múltiples, ICP-MS tiene el límite de detección más bajo, el rango lineal dinámico más amplio, alta precisión y exactitud de análisis, velocidad rápida y un rango dinámico lineal de concentración de hasta 9 órdenes de magnitud. que se puede lograr Determinación directa de los grados 10-12 a 10-6. Por lo tanto, ICP-MS está reconocida actualmente como la tecnología de análisis de elementos inorgánicos de trazas y ultratrazas más poderosa y ha sido ampliamente utilizada en geología, medio ambiente, metalurgia, semiconductores, industria química, agricultura, alimentos, biomedicina, industria nuclear, ciencias de la vida y ciencia de materiales y otros campos. Especialmente para la determinación de algunos elementos traza y ultratraza desafiantes, como elementos de tierras raras y elementos del grupo del platino en muestras geológicas, y Ti, Th y U en muestras ambientales, el método ICP-MS tiene las ventajas de otros métodos de análisis tradicionales. Una ventaja inalcanzable. Las características principales de ICP-MS son: primero, alta sensibilidad y fondo bajo. El límite de detección de la mayoría de los elementos está en el rango de 0,000x-0,00xng/mL, que es mucho más bajo que el límite de detección de ICP-MS. El rango de ml de la mayoría de los elementos es generalmente de 2 a 3 órdenes de magnitud menor que el de ICP-AES, lo que permite la determinación de elementos traza y ultratraza. En segundo lugar, el espectro de masas de los elementos es relativamente simple, con menos interferencias y puede determinar casi todos los elementos de la tabla periódica. Además, ICP-MS tiene la capacidad de determinar rápidamente proporciones de isótopos. Debido a que la tecnología ICP-MS no requiere que la muestra se incluya en el sistema de detección y luego se evacue como otras tecnologías de espectrometría de masas, sino que la muestra se introduce convenientemente en el ICP bajo presión atmosférica, tiene las características de una introducción y reemplazo convenientes de la muestra. y es fácil de integrar con otros procesos. Utilice una combinación de tecnologías. Por ejemplo, se puede utilizar junto con ablación láser, evaporación electrotérmica, inyección de flujo, cromatografía líquida y otras tecnologías. Estas características de ICP-MS lo hacen muy adecuado para el análisis de elementos traza y ultratraza, así como para el análisis rápido de ciertas proporciones de isótopos, y por lo tanto se ha desarrollado rápidamente.
El desarrollo de los instrumentos ICP-MS es muy rápido. Los primeros ICP-MS eran principalmente un espectrómetro de masas cuadrupolo común (ICP-QMS). Posteriormente, han surgido otros tipos de tecnologías de espectrometría de masas de plasma, como el espectrómetro de masas de plasma de campo sectorial de alta resolución (ICP-SFMS), el espectrómetro de masas de plasma de múltiples receptores (ICP-MCMS), el espectrómetro de masas de plasma de tiempo de vuelo ( ICP-TOFMS) y espectrómetro de masas de plasma cuadrupolo tridimensional (DQMS) con trampa de iones. Sector ICP MS puede eliminar algunas interferencias de iones poliatómicos en modo de alta resolución y tiene la mayor resolución y sensibilidad en modo de baja resolución, con límites de detección típicamente 10 veces o más inferiores que los sistemas cuadrupolos. MC-ICPMS es un instrumento especial para el análisis de proporciones de isótopos y su precisión de análisis de proporciones de isótopos puede alcanzar el 0,002 % de RSD. MC-ICPMS no solo tiene la misma precisión en la determinación de la relación de isótopos que la espectrometría de masas de ionización térmica (TIMS), sino que su característica más importante es que puede analizar isótopos de múltiples elementos de la tabla periódica, especialmente elementos que son difíciles de analizar con TIMS.
ICP puede analizar isótopos de muchos elementos de la tabla periódica, especialmente aquellos elementos que son difíciles de analizar con TIMS.
Los últimos avances en la estructura del instrumento ICP-MS se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:
(1) Reforma del sistema de lentes iónicos
ICP-MS anterior Los sistemas de enfoque de iones utilizan básicamente deflectores de fotones o diseños fuera de eje para enfocar eficazmente los iones del analito transmitidos y excluir fotones y partículas neutras. A pesar del diseño parcialmente fuera del eje, la trayectoria del haz de iones desde el plasma hasta la interfaz, el sistema de lentes y el espectrómetro de masas cuadrupolo está en la misma dirección, horizontalmente. Desde la introducción del nuevo sistema de lentes de iones reflectantes de 90° de Varian en 2005, el diseño ha hecho que la transmisión enfocada de iones analíticos y la eliminación de varios componentes que interfieren sean más efectivas, lo que resulta en un fondo más bajo y una sensibilidad mejorada.
Por lo tanto, en los últimos años varios fabricantes de instrumentos han adoptado diseños similares de lentes de iones reflectantes en ángulo recto en sus nuevos instrumentos. Por ejemplo, el último iCAPQ ICP-MS de Thermo Scientific utiliza tecnología de lente RAPID (deflexión de iones positiva en ángulo recto): trayectoria óptica de iones desviada de 90°: los iones extraídos de la interfaz se aceleran hacia la lente RAPID a través de la lente de iones principal, de modo que el análisis Los iones entran en la lente RAPID. El QCell ya ha sido atravesado con una desviación efectiva de 90°, excluyendo así otros componentes que interfieran en el sistema. El NexIONTM 300 de PerkinElmer presenta una interfaz tricónica y un deflector de iones cuadrupolo que desvía los iones que se van a analizar 90°. La interfaz de tres conos agrega un cono súper desnatador después del cono de inyección y el cono desnatador. El resultado es una caída más suave de la presión de vacío; una menor divergencia del haz de iones; lo que evita que grandes cantidades de matriz entren en el espectrómetro de masas y una mejor sensibilidad a los elementos de baja masa;
(2) Estructura MS/MS
El ICP-MS de triple cuadrupolo 8800 de Agilent (ICP-QQQ) presenta una combinación de celda de reacción de colisión tradicional y filtración de masa cuadrupolo Un filtro de masa cuadrupolo ( Q1) se agrega delante del detector (Q2), convirtiéndolo en una configuración MS/MS (también llamada MS en tándem). En ICP-QQQ, Q1 actúa como un filtro de masas, permitiendo que solo la masa del analito objetivo ingrese a la celda de reacción, mientras excluye todas las demás masas. Esto significa que los iones del plasma y la matriz de la muestra se bloquean en la celda de la muestra, por lo que las condiciones en la celda de la muestra permanecen consistentes incluso si la matriz de la muestra cambia. Este enfoque mejora la eficiencia de la eliminación de interferencias en modo de colisión (utilizando gas de celda de helio) en comparación con el ICP-MS de cuadrupolo convencional (ICP-QMS).
(3) ICP-MS de medición síncrona de espectro completo
La empresa alemana Spike Analytical Instruments Company lanzó Spectro MS, que se caracteriza por el uso de 6Li-238 U en el rango de masas. Espectrómetro de masas ICP-MS de "medición sincrónica" de espectro de masas completo, la tecnología central de este instrumento es Mattauch-QMS. La tecnología central del instrumento es un analizador de masas de campo sectorial Mattauch-Herzog y un detector único que captura todo el espectro de masas simultáneamente. El espectrómetro de masas de campo sectorial de enfoque dual Mattauch-Herzog enfoca todos los iones simultáneamente en el mismo plano focal, lo que permite capturar todo el espectro de masas utilizando un detector plano sin necesidad de escaneo o mediciones de salto de pico. El nuevo detector DCD es un conjunto lineal de 12 centímetros de largo con 4.800 canales, cada uno de los cuales funciona en modos de alta y baja ganancia, para un promedio de 20 canales por isótopo. Por lo tanto, el tiempo de medición no tiene nada que ver con la cantidad de elementos medidos y la velocidad de análisis es rápida; el estándar interno en tiempo real mejora la exactitud y precisión del análisis; es más adecuado utilizar señales de pulso para el espectro de masas completo; Medición, que mejora la precisión de la medición de la relación isotópica.
II. Ámbito de aplicación y ejemplos de aplicación
ICP-MS ya es una tecnología madura de análisis de elementos e isótopos y se utiliza ampliamente en el análisis de muestras geológicas. También involucra diversas industrias como la del medio ambiente, la geología, la metalurgia, la medicina clínica, la biología, la alimentación, los semiconductores, los materiales, etc.
(1) Determinación de elementos de tierras raras en materiales que contienen uranio mediante espectrometría de masas de campo en ventilador de plasma acoplado inductivamente (ICP-SFMS)
Zsolt Varga et al (2010) utilizaron de forma inductiva. plasma acoplado Se determinaron trazas de lantánidos en materiales que contienen uranio mediante espectrometría de masas de campo en abanico (ICP-SFMS). El método es simple y novedoso y utiliza resina TRUTM para la extracción selectiva y la separación cromatográfica de lantánidos, seguida del análisis mediante ICP-SFMS. El límite de determinación de este método es