pod względem wejścia i wyjścia, ICP-MS instrument zużywa przygotowany materiał próbki i przekłada go na dane spektralne. Właściwa procedura analityczna zajmuje trochę czasu; po tym czasie instrument można przełączyć do pracy nad kolejną próbką. Seria takich pomiarów próbek wymaga, aby przyrząd miał zapaloną plazmę, tymczasem szereg parametrów technicznych musi być stabilnych, aby uzyskane wyniki miały możliwie dokładną i precyzyjną interpretację. Utrzymanie plazmy wymaga stałego dostarczania gazu nośnego (Zwykle czystego argonu) i zwiększonego zużycia energii przez urządzenie. Gdy te dodatkowe koszty eksploatacji nie zostaną uznane za uzasadnione, Plazma i większość systemów pomocniczych mogą zostać wyłączone. W takim trybie czuwania tylko pompy pracują, aby utrzymać właściwą próżnię w spektrometrze mas.
składniki instrumentu ICP-MS są zaprojektowane tak, aby umożliwić powtarzalną i/lub stabilną pracę.
wprowadzenie Próbkiedytuj
pierwszym krokiem w analizie jest wprowadzenie próbki. Osiągnięto to w ICP-MS za pomocą różnych środków.
najczęstszą metodą jest stosowanie analitycznych nebulizatorów. Nebulizator przekształca ciecze w aerozol, a aerozol może być następnie zmieciony do plazmy, aby wytworzyć jony. Nebulizatory najlepiej sprawdzają się w przypadku prostych próbek cieczy (np. roztworów). Jednak zdarzały się przypadki ich stosowania z bardziej złożonymi materiałami, takimi jak gnojowica. Wiele odmian nebulizatorów zostało sprzężonych z ICP-MS, w tym pneumatyczne, przepływ krzyżowy, Babington, ultradźwiękowe i desolvating. Wytworzony aerozol jest często poddawany obróbce w celu ograniczenia go tylko do najmniejszych kropelek, zwykle za pomocą chłodzonej Peltiera podwójnej Komory natryskowej lub cyklonowej. Zastosowanie autosamplerów sprawia, że jest to łatwiejsze i szybsze, szczególnie w przypadku rutynowej pracy i dużej liczby próbek. Można również użyć rozpylającego nebulizatora (DSN), który wykorzystuje długo podgrzaną kapilarę, pokrytą membraną fluoropolimerową, w celu usunięcia większości rozpuszczalnika i zmniejszenia obciążenia osocza. Systemy wprowadzania usuwania matrycy są czasami używane do próbek, takich jak woda morska, gdzie interesujące gatunki są na poziomie śladowym i są otoczone znacznie obfitszymi zanieczyszczeniami.
ablacja laserowa to inna metoda. Choć jest mniej powszechne w przeszłości, szybko staje się popularny został użyty jako środek wprowadzania próbki, dzięki zwiększonej prędkości skanowania ICP-MS. W tej metodzie impulsowy laser UV koncentruje się na próbce i tworzy pióropusz ablowanego materiału, który może zostać zmieciony do plazmy. Pozwala to geochemikom na przestrzenne mapowanie składu izotopowego w przekrojach próbek skał, narzędzie, które traci się, jeśli skała jest trawiona i wprowadzana jako płynna próbka. Lasery do tego zadania są skonstruowane tak, aby dysponowały wysoce sterowalnymi wyjściami mocy i równomiernymi promieniowymi rozkładami mocy, w celu wytworzenia kraterów o płaskim dnie i o wybranej średnicy i głębokości.
zarówno w przypadku ablacji laserowej, jak i rozpylania nebulizatorów, niewielki przepływ azotu może być również wprowadzony do przepływu argonu. Azot istnieje jako dimer, więc ma więcej trybów wibracji i jest bardziej wydajny w odbiorze energii z cewki RF wokół palnika.
Inne metody wprowadzania próbek są również wykorzystywane. Parowanie elektrotermiczne (ETV) i parowanie palnika (ITV) wykorzystują gorące powierzchnie (grafit lub metal, ogólnie) do odparowania próbek do wprowadzenia. Mogą one wykorzystywać bardzo małe ilości cieczy, ciał stałych lub zawiesin. Znane są również inne metody, takie jak wytwarzanie pary.
plasma torchEdit
Plazma stosowana w ICP-MS jest wytwarzana przez częściowo jonizujący Gaz argonowy (Ar → ar + + e -). Energia potrzebna do tej reakcji jest uzyskiwana przez pulsowanie zmiennego prądu elektrycznego w cewce ładunkowej, która otacza palnik plazmowy przepływem gazu argonowego.
po wstrzyknięciu próbki ekstremalna temperatura plazmy powoduje rozdzielenie próbki na pojedyncze atomy (Atomizacja). Następnie Plazma jonizuje te atomy (M → M+ + e -), dzięki czemu można je wykryć za pomocą spektrometru masowego.
Plazma sprzężona indukcyjnie (ICP) do spektrometrii jest utrzymywana w palniku, który składa się z trzech koncentrycznych rur, Zwykle wykonanych z kwarcu. Dwa główne projekty to Fassel i Greenfield torches. Koniec palnika umieszczony jest wewnątrz cewki indukcyjnej zasilanej prądem elektrycznym o częstotliwości radiowej. Przepływ gazu argonowego (Zwykle 14 do 18 litrów na minutę) jest wprowadzany między dwoma zewnętrznymi rurami palnika i iskra elektryczna jest nakładana na krótki czas w celu wprowadzenia wolnych elektronów do strumienia gazu. Elektrony te oddziałują z polem magnetycznym o częstotliwości radiowej cewki indukcyjnej i są przyspieszane najpierw w jednym kierunku, a następnie w drugim, gdy pole zmienia się przy wysokiej częstotliwości (Zwykle 27,12 MHz lub 40 MHz). Przyspieszone elektrony zderzają się z atomami argonu, a czasami zderzenie powoduje, że atom argonu rozstaje się z jednym z jego elektronów. Uwolniony elektron jest z kolei przyspieszany przez szybko zmieniające się pole magnetyczne. Proces trwa do momentu, gdy tempo uwalniania nowych elektronów w zderzeniach jest zrównoważone szybkością rekombinacji elektronów z jonami argonu (atomami, które utraciły elektron). W ten sposób powstaje „kula ognia”, która składa się głównie z atomów argonu z niewielką ilością wolnych elektronów i jonów argonu.
zaleta argonEdit
wytwarzanie plazmy z argonu zamiast innych gazów ma kilka zalet. Po pierwsze, argon jest obfity (w atmosferze, w wyniku radioaktywnego rozpadu potasu), a zatem tańszy niż inne gazy szlachetne. Argon ma również wyższy potencjał pierwszej jonizacji niż wszystkie inne pierwiastki z wyjątkiem He, F i Ne. Ze względu na wysoką energię jonizacji reakcja (Ar + + e− → Ar) jest bardziej korzystna energetycznie niż reakcja (m+ + e− → m). Zapewnia to, że próbka pozostaje zjonizowana (jako M+), dzięki czemu spektrometr MAS może ją wykryć.
Argon można kupić do użytku z ICP-MS w postaci chłodniczej cieczy lub gazu. Należy jednak pamiętać, że niezależnie od tego, jaką formę argonu zakupiono, powinna ona mieć gwarantowaną czystość wynoszącą minimum 99,9% argonu. Ważne jest, aby określić, który rodzaj argonu będzie najlepiej dopasowany do konkretnej sytuacji. Ciekły argon jest zazwyczaj tańszy i może być przechowywany w większej ilości niż gaz, który jest droższy i zajmuje więcej miejsca w zbiorniku. Jeśli przyrząd znajduje się w środowisku, w którym jest rzadko używany, zakup argonu w stanie gazowym będzie najbardziej odpowiedni, ponieważ będzie on więcej niż wystarczający, aby dopasować go do krótszych czasów pracy, a gaz w cylindrze pozostanie stabilny przez dłuższy czas, podczas gdy ciekły argon ucierpi na środowisku z powodu odpowietrzenia zbiornika, gdy będzie przechowywany w dłuższych ramach czasowych. Jeśli jednak ICP-MS ma być stosowany rutynowo i jest włączony i działa przez osiem lub więcej godzin każdego dnia przez kilka dni w tygodniu, najbardziej odpowiedni będzie płynny argon. Jeśli ma istnieć wiele instrumentów ICP-MS pracujących przez długi czas, najprawdopodobniej korzystne dla laboratorium będzie zainstalowanie zbiornika argonowego luzem lub mikro luzem, który będzie utrzymywany przez firmę dostarczającą Gaz, eliminując w ten sposób potrzebę częstej wymiany zbiorników, a także minimalizując straty argonu, które pozostały w każdym zużytym zbiorniku, a także czas przestoju na zmianę zbiornika.
Hel może być używany zamiast argonu lub zmieszany z nim do wytwarzania plazmy. Wyższa pierwsza energia jonizacji helu pozwala na większą jonizację, a tym samym większą czułość dla pierwiastków trudno jonizujących. Zastosowanie czystego helu pozwala również uniknąć interferencji opartych na argonie, takich jak ArO. Jednak wiele zakłóceń można złagodzić za pomocą ogniwa zderzeniowego, a większy koszt helu uniemożliwił jego użycie w komercyjnym ICP-MS.
przenoszenie jonów pod próżnięedit
gaz nośny jest przesyłany przez kanał centralny i do bardzo gorącej plazmy. Próbka jest następnie poddawana działaniu częstotliwości radiowej, która przekształca gaz w plazmę. Wysoka temperatura plazmy jest wystarczająca, aby spowodować, że bardzo duża część próbki utworzy jony. Ta frakcja jonizacji może zbliżyć się do 100% dla niektórych pierwiastków (np. sodu), ale jest to zależne od potencjału jonizacji. Ułamek uformowanych jonów przechodzi przez otwór ~1 mm (Stożek próbnika), a następnie otwór ~0,4 mm (Stożek odpieniacza). Których celem jest umożliwienie próżni wymaganej przez spektrometr masowy.
próżnia jest wytwarzana i utrzymywana przez szereg pomp. Pierwszy etap jest zwykle oparty na pompie zgrubnej, najczęściej standardowej rotacyjnej pompie łopatkowej. Usuwa to większość gazu i zwykle osiąga ciśnienie około 133 Pa. Późniejsze etapy mają swoją próżnię generowaną przez mocniejsze systemy próżniowe, najczęściej pompy turbomolekularne. Starsze Instrumenty mogły wykorzystywać pompy dyfuzyjne oleju w regionach o wysokiej próżni.
ion opticsEdit
przed separacją masy wiązka jonów dodatnich musi zostać wyekstrahowana z plazmy i skupiona w analizatorze masy. Ważne jest, aby oddzielić jony od fotonów UV, neutronów energetycznych i od wszelkich cząstek stałych, które mogły zostać przeniesione do instrumentu z ICP. Tradycyjnie w instrumentach ICP-MS stosowano do tego celu transmisyjne układy soczewek jonowych. Przykłady obejmują soczewkę Einzela, soczewkę lufy, soczewkę Omega Agilent i Stop cienia Perkina-Elmera. Innym podejściem jest użycie prowadnic jonów (kwadrupoli, heksapoli lub oktopolów) do kierowania jonów do analizatora masy wzdłuż ścieżki z dala od trajektorii fotonów lub cząstek neutralnych. Innym podejściem jest opatentowany przez Analytik Jena ICP-MS system optyczny 90 stopni odbijający paraboliczne „Zwierciadło jonowe”, który, jak się twierdzi, zapewnia bardziej wydajny transport jonów do analizatora masy, co skutkuje lepszą czułością i zmniejszonym tłem. Analytik Jena ICP-MS PQMS to najbardziej wrażliwy instrument na rynku.
Sektor ICP-MS będzie miał zwykle cztery sekcje: obszar przyspieszania ekstrakcji, soczewki sterujące, Sektor elektrostatyczny i sektor magnetyczny. Pierwszy obszar pobiera jony z plazmy i przyspiesza je przy użyciu wysokiego napięcia. Drugie zastosowania mogą wykorzystywać kombinację równoległych płytek, pierścieni, czworoboków, heksapoli i oktopoli do kierowania, kształtowania i skupiania wiązki tak, aby uzyskane szczyty były symetryczne, płaskie i miały wysoką transmisję. Sektor elektrostatyczny może znajdować się przed lub po sektorze magnetycznym w zależności od konkretnego instrumentu i zmniejsza rozprzestrzenianie się energii kinetycznej spowodowane przez plazmę. Rozprzestrzenianie to jest szczególnie duże dla ICP-MS, jest większe niż wyładowanie Jarzeniowe i znacznie większe niż TIMS. Geometria instrumentu jest tak dobrana, że przyrząd jest połączonym punktem ogniskowym sektorów elektrostatycznego i magnetycznego na kolektorze, znanym jako podwójne ogniskowanie (lub podwójne ogniskowanie).
jeśli masa zainteresowania ma niską czułość i znajduje się tuż poniżej znacznie większego szczytu, niska masa ogona z tego większego szczytu może ingerować w masę zainteresowania. Filtr opóźniający może być użyty do zmniejszenia tego ogona. Znajduje się w pobliżu kolektora i stosuje napięcie równe, ale przeciwne do napięcia przyspieszającego; wszelkie jony, które straciły energię podczas lotu wokół instrumentu, zostaną spowolnione, aby odpocząć przez filtr.
collision reaction cell i iCRCEdit
collision/reaction cell służy do usuwania jonów zakłócających poprzez reakcje jonowe / neutralne. Komórki kolizyjne / reakcyjne są znane pod kilkoma nazwami. Dynamiczna komórka reakcyjna znajduje się przed kwadrupolem w urządzeniu ICP-MS. Komora ma kwadrupol i może być wypełniona gazami reakcyjnymi (lub zderzeniowymi) (amoniak, Metan, tlen lub wodór), z jednym rodzajem gazu na raz lub mieszaniną dwóch z nich, która reaguje z wprowadzoną próbką, eliminując część zakłóceń.
zintegrowane ogniwo reakcji kolizyjnej (iCRC) używane przez Analytik Jena ICP-MS jest mini-ogniwem kolizyjnym zainstalowanym przed paraboliczną optyką lustrzaną jonów, które usuwa zakłócające jony poprzez wstrzyknięcie gazu kolizyjnego (He) lub gazu reaktywnego (H2) lub mieszaniny tych dwóch, bezpośrednio do plazmy, gdy przepływa przez stożek skimmera i / lub stożek próbnika. ICRC usunęło jony zakłócające za pomocą zjawiska kolizyjnej dyskryminacji energii kinetycznej (KED) i reakcji chemicznych z jonami zakłócającymi, podobnie jak tradycyjnie stosowane większe komórki zderzeniowe.