syötön ja tuotoksen osalta ICP-MS-laite kuluttaa valmista näytemateriaalia ja muuntaa sen massaspektrisiksi tiedoiksi. Varsinainen analyyttinen menettely kestää jonkin aikaa; sen jälkeen laite voidaan vaihtaa seuraavaan näytteeseen. Tällaisten näytteiden mittausten sarja edellyttää, että laitteella on plasma syttynyt, mutta useiden teknisten parametrien on oltava stabiileja, jotta saadut tulokset voidaan tulkita järkevästi tarkasti ja täsmällisesti. Plasman ylläpitäminen vaatii kantokaasun (yleensä puhdasta argonia) jatkuvaa syöttöä ja instrumentin suurempaa virrankulutusta. Kun näitä ylimääräisiä käyttökustannuksia ei pidetä perusteltuina, plasma ja useimmat apujärjestelmät voidaan kytkeä pois päältä. Tällaisessa valmiustilassa vain pumput pyrkivät pitämään kunnollisen tyhjiön massaspektrometrissä.
ICP-MS-laitteen rakenneosat on suunniteltu mahdollistamaan toistettavissa oleva ja / tai vakaa toiminta.
näytteen introductionEdit
analyysin ensimmäinen vaihe on otoksen esittely. Tämä on saavutettu ICP-MS: ssä monin eri keinoin.
yleisin menetelmä on analyyttisten sumuttimien käyttö. Nebulizer muuntaa nesteet aerosoliksi, ja aerosoli voidaan sitten pyyhkäistä plasmaan ionien muodostamiseksi. Sumuttimet toimivat parhaiten yksinkertaisten nestenäytteiden (eli liuosten) kanssa. On kuitenkin ollut tapauksia, joissa niitä on käytetty monimutkaisempien materiaalien, kuten lietelannan kanssa. ICP-MS: ään on liitetty monia erilaisia sumuttimia, kuten pneumaattinen, ristivirtaus, Babington, ultraääni ja desolvating-tyypit. Syntyvä aerosoli käsitellään usein siten, että se rajoittuu vain pienimpiin pisaroihin, yleensä Peltier-jäähdytetyn kaksoispäästön tai syklonisuihkukammion avulla. Automaattinäytteiden käyttö helpottaa ja nopeuttaa tätä erityisesti rutiinityössä ja suurissa näytteiden määrissä. Desolvating Nebuliser (DSN) voidaan myös käyttää; Tämä käyttää pitkä Lämmitetty kapillaari, päällystetty fluoropolymeerikalvolla, poistaa suurimman osan liuottimesta ja vähentää kuormitusta plasmassa. Matriisinpoistojärjestelmiä käytetään joskus näytteissä, kuten merivedessä, jossa kiinnostavat lajit ovat jäämätasoilla ja niiden ympärillä on paljon runsaampia epäpuhtauksia.
Laser ablaatio on toinen menetelmä. Vaikka on harvinaisempaa aiemmin, on nopeasti tulossa suosittu on käytetty keinona näytteen käyttöönoton ansiosta lisääntynyt ICP-MS skannausnopeudet. Tässä menetelmässä pulssi UV-laser keskittyy näytteeseen ja luo plume ablated materiaalia, joka voidaan pyyhkäistä plasmaan. Näin geokemistit voivat avaruudellisesti kartoittaa isotooppikoostumuksen kivinäytteiden poikkileikkauksissa, mikä on työkalu, joka menetetään, jos kivi pilkotaan ja otetaan käyttöön nestemäisenä näytteenä. Tätä tehtävää varten laserit on rakennettu siten, että niillä on erittäin hallittavissa olevat teholähdöt ja yhtenäiset säteittäiset tehojakaumat, jotta voidaan tuottaa tasapohjaisia ja halkaisijaltaan ja syvyydeltään valittuja kraattereita.
sekä Laser-ablaatio-että Desolvaatiosumuttimissa Argonvirtaukseen voi tulla myös pieni typpivirtaus. Typpi on olemassa dimeeri, joten on enemmän värähtelytiloja ja on tehokkaampi vastaanottamaan energiaa RF kela ympäri taskulamppu.
myös muita otantamenetelmiä hyödynnetään. Sähkötermiset höyrystys (ETV) ja soihtu höyrystys (ITV) käyttää kuumia pintoja (grafiitti tai metalli, yleensä) höyrystää näytteitä käyttöön. Nämä voivat käyttää hyvin pieniä määriä nesteitä, kiinteitä aineita tai lietteitä. Myös muita menetelmiä, kuten höyryn tuottamista, tunnetaan.
Plasmasoihtu
ICP-MS: ssä käytetty plasma on valmistettu osittain ionisoivasta argonkaasusta (Ar → ar+ + e−). Tähän reaktioon tarvittava energia saadaan pulssaamalla plasmapolttimen ympärillä oleva vaihtosähkövirta argonkaasuvirralla.
kun näyte on ruiskutettu, plasman äärilämpötila saa näytteen jakautumaan yksittäisiksi atomeiksi (atomisaatio). Seuraavaksi plasma ionisoi nämä atomit (M → M + + e -) niin, että ne voidaan havaita massaspektrometrillä.
induktiivisesti kytkettyä plasmaa (ICP) spektrometriaa varten pidetään yllä soihdussa, joka koostuu kolmesta samankeskisestä putkesta, jotka on yleensä valmistettu kvartsista. Kaksi suurta mallia ovat fassel-ja Greenfield-soihdut. Tämän soihdun pää on sijoitettu induktiokelan sisään, jossa on radiotaajuinen sähkövirta. Soihdun kahden uloimman putken välille johdetaan argonkaasuvirtaus (yleensä 14-18 litraa minuutissa) ja lyhytaikaisesti kaasuvirtaan johdetaan sähkökipinää, jolla saadaan vapaita elektroneja. Nämä elektronit vuorovaikuttavat induktiokelan radiotaajuisen magneettikentän kanssa ja kiihtyvät ensin yhteen suuntaan, sitten toiseen, kentän vaihtuessa korkealla taajuudella (yleensä 27,12 MHz tai 40 MHz). Kiihdytetyt elektronit törmäävät argonatomeihin, ja joskus törmäys saa argonatomin osumaan yhteen elektroneistaan. Vapautuva elektroni puolestaan kiihtyy nopeasti muuttuvan magneettikentän vaikutuksesta. Prosessi jatkuu, kunnes uusien elektronien vapautumisnopeutta törmäyksissä tasapainottaa elektronien rekombinaationopeus argon-ionien kanssa (atomit, jotka ovat menettäneet elektronin). Tällöin syntyy ”tulipallo”, joka koostuu enimmäkseen argonatomeista, joissa on melko pieni murto-osa vapaita elektroneja ja argon-ioneja.
Argoneditin edulla
argonin valmistamisella plasmasta muiden kaasujen sijaan on useita etuja. Ensinnäkin argonia on runsaasti (ilmakehässä kaliumin radioaktiivisen hajoamisen seurauksena) ja siksi halvempaa kuin muut jalokaasut. Argonilla on myös korkeampi ensimmäinen ionisaatiopotentiaali kuin kaikilla muilla alkuaineilla paitsi He: llä, F: llä ja Ne: llä. Tämän suuren ionisoitumisenergian vuoksi reaktio (Ar+ + e− → Ar) on energeettisesti suotuisampi kuin reaktio (M+ + E− → M). Näin varmistetaan, että näyte pysyy ionisoituneena (m+: na), jotta massaspektrometri voi havaita sen.
argonia voi ostaa käytettäväksi ICP-MS: n kanssa joko jäähdytettynä nesteenä tai kaasuna. On kuitenkin tärkeää huomata, että ostettiinpa argonia missä muodossa tahansa, sen puhtauden tulisi olla vähintään 99,9% argonia. On tärkeää määrittää, minkä tyyppinen argon sopii parhaiten tiettyyn tilanteeseen. Nestemäinen argon on tyypillisesti halvempaa ja sitä voidaan varastoida suurempi määrä verrattuna kaasumuotoon, joka on kalliimpaa ja vie enemmän säiliötilaa. Jos laite on ympäristössä, jossa se saa harvoin käyttää, sitten ostaa argon kaasun tilassa on sopivin, koska se on enemmän kuin tarpeeksi sopivaksi pienempiä ajoaikoja ja kaasu sylinterissä pysyy vakaana pidempiä aikoja, kun taas neste argon kärsii menetys ympäristölle, koska tuuletus säiliön, kun se varastoidaan pidemmällä aikavälillä. Jos ICP-MS: ää kuitenkin käytetään rutiininomaisesti ja se on käytössä kahdeksan tai useamman tunnin ajan joka päivä useita päiviä viikossa, nestemäisen argonin käyttö on sopivin. Jos ICP-MS-laitteita on useita, jotka ovat käytössä pitkiä aikoja, laboratoriolle on todennäköisesti hyödyllistä asentaa irtotavarana tai mikro-irtotavarana oleva argon-säiliö, jota ylläpitää kaasuntoimitusyhtiö, jolloin vältetään tarve vaihtaa säiliöitä usein sekä minimoidaan argon-häviö, joka jää yli kussakin käytetyssä säiliössä, sekä seisonta-aika säiliön vaihdolle.
heliumia voidaan käyttää joko argonin sijasta tai sen kanssa sekoitettuna plasman tuottamiseen. Heliumin korkeampi ensimmäinen ionisaatioenergia mahdollistaa suuremman ionisaation ja siten suuremman herkkyyden vaikeasti ionisoituville alkuaineille. Puhtaan heliumin käytössä vältetään myös argon-pohjaisia intereferenssejä, kuten Aroa. Monia häiriöitä voidaan kuitenkin lieventää törmäyskennon avulla, ja heliumin kalliimpi hinta on estänyt sen käytön kaupallisessa ICP-MS: ssä
ionien siirtyminen tyhjiöön
kantokaasu lähetetään keskuskanavan kautta erittäin kuumaan plasmaan. Tämän jälkeen näyte altistetaan radiotaajuudelle, joka muuttaa kaasun plasmaksi. Plasman korkea lämpötila riittää siihen, että hyvin suuri osa näytteestä muodostaa ioneja. Tämä osa ionisaatio voi lähestyä 100% joidenkin alkuaineiden (esim natrium), mutta tämä on riippuvainen ionisaatiopotentiaalista. Muodostuneista ioneista murto-osa kulkee ~1 mm: n reiän (näytteenottokartio) ja sitten ~0,4 mm: n reiän (skimmauskartio) läpi. Jonka tarkoituksena on mahdollistaa massaspektrometrin vaatima tyhjiö.
tyhjiö syntyy ja sitä ylläpitää sarja pumppuja. Ensimmäinen vaihe perustuu yleensä rouhintapumppuun, tavallisimmin tavalliseen pyörivään siipipumppuun. Tämä poistaa suurimman osan kaasusta ja saavuttaa tyypillisesti noin 133 Pa: n paineen. Myöhemmissä vaiheissa niiden tyhjiössä syntyy tehokkaampia tyhjiöjärjestelmiä, useimmiten turbomolekyylipumppuja. Vanhemmissa instrumenteissa on saatettu käyttää öljydiffuusiopumppuja suurtyhjiöalueilla.
Ioniopticsedit
ennen massan erottamista plasmasta on erotettava positiivisten ionien säde ja kohdistettava se massa-analysaattoriin. On tärkeää erottaa ionit UV-fotoneista, energeettisistä neutraaleista ja ICP: stä laitteeseen mahdollisesti kulkeutuneista kiinteistä hiukkasista. ICP-MS-instrumenteissa on perinteisesti käytetty tähän tarkoitukseen lähettäviä ionilinssijärjestelyjä. Esimerkkejä ovat Einzel-Objektiivi, Tynnyrilinssi, Agilentin Omega-Objektiivi ja Perkin-Elmerin Shadow Stop. Toinen lähestymistapa on käyttää ioniohjaimia (kvadrupoleja, heksapoleja tai mustekaloja) ohjaamaan ionit massa-analysaattoriin polkua pitkin poispäin fotonien tai neutraalien hiukkasten lentoradasta. Vielä toinen lähestymistapa on Varian patentoitu käyttää Analytik Jena ICP-MS 90 astetta heijastava parabolinen ”Ion Mirror” optiikka, jonka väitetään tarjota tehokkaampi ionin kuljetus massa-analysaattori, mikä parantaa herkkyyttä ja vähentää Tausta. Analytik Jena ICP-MS PQMS on markkinoiden herkin väline.
sektorissa ICP-MS on yleensä neljä osaa: uuttokiihdytysalue, ohjauslinssit, sähköstaattinen sektori ja magneettinen sektori. Ensimmäinen alue ottaa ioneja plasmasta ja kiihdyttää niitä korkean jännitteen avulla. Toisessa käyttötarkoituksessa voidaan käyttää rinnakkaislevyjen, renkaiden, quadrupolien, heksapolien ja octopolien yhdistelmää ohjaamaan, muotoilemaan ja keskittämään palkkia niin, että tuloksena olevat huiput ovat symmetrisiä, tasaisia ja niillä on korkea läpäisykyky. Sähköstaattinen sektori voi olla ennen magneettista sektoria tai sen jälkeen riippuen tietystä instrumentista, ja vähentää plasman aiheuttamaa liike-energian leviämistä. Tämä leviäminen on erityisen suuri ICP-MS, on suurempi kuin Glow vastuuvapauden ja paljon suurempi kuin TIMS. Instrumentin geometria valitaan siten, että instrumentin sähköstaattisen ja magneettisen sektorin yhdistetty polttopiste on kerääjässä, jota kutsutaan Kaksoisfokusoinniksi (tai Kaksoisfokusoinniksi).
Jos kiinnostavan massan herkkyys on alhainen ja se on hieman paljon suuremman huipun alapuolella, tämän suuremman huipun matalamassainen häntä voi tunkeutua kiinnostavan massan päälle. Hidastumissuodatinta voidaan käyttää tämän hännän pienentämiseen. Tämä istuu lähellä keräilijä, ja soveltaa jännite yhtä suuri mutta päinvastainen kiihtyvä jännite; kaikki ionit, jotka ovat menettäneet energiaa lentäessään soittimen ympärillä, hidastuvat lepäämään suodattimen avulla.
Törmäysreaktiokenno ja iCRCEdit
törmäys/reaktiokennoa käytetään häiritsevien ionien poistamiseen ioni / neutraalien reaktioiden kautta. Törmäys – / reaktiosolut tunnetaan useilla nimillä. Dynaaminen reaktiokenno sijaitsee ennen KVADRUPOLIA ICP-MS-laitteessa. Kammiossa on kvadrupoli ja se voidaan täyttää reaktio – (tai törmäyskaasuilla) (ammoniakki, metaani, happi tai vety) yhdellä kaasutyypillä kerrallaan tai näiden kahden seoksella, joka reagoi käyttöön otetun näytteen kanssa poistaen osan interferenssistä.
Analytik Jena ICP-MS: n käyttämä integroitu Kollisionaalinen Reaktiokenno (iCRC) on parabolisen ionipeilioptiikan eteen asennettu minitörmäyskenno, joka poistaa häiritseviä ioneja ruiskuttamalla kollisionaalista kaasua (He) tai reaktiivista kaasua (H2) tai näiden kahden seosta suoraan plasmaan sen virratessa skimmauskartion ja / tai näytteenottokartion läpi. ICRC poisti häiritseviä ioneja käyttäen collisional kinetic energy discrimination (KED) – ilmiötä ja kemiallisia reaktioita häiritsevien ionien kanssa samaan tapaan kuin perinteisesti käytetyt suuremmat törmäyssolut.