în ceea ce privește intrarea și ieșirea, instrumentul ICP-MS consumă materialul de probă pregătit și îl traduce în date spectrale de masă. Procedura analitică reală durează ceva timp; după acest timp, instrumentul poate fi comutat pentru a lucra la următoarea probă. O serie de astfel de măsurători ale eșantioanelor necesită ca instrumentul să aibă plasmă aprinsă, în timp ce o serie de parametri tehnici trebuie să fie stabili pentru ca rezultatele obținute să aibă o interpretare fezabilă și precisă. Menținerea plasmei necesită o alimentare constantă cu gaz purtător (de obicei, argon pur) și un consum crescut de energie al instrumentului. Atunci când aceste costuri suplimentare de funcționare nu sunt considerate justificate, plasma și majoritatea sistemelor auxiliare pot fi oprite. În acest mod de așteptare, numai pompele funcționează pentru a menține un vid adecvat în spectrometrul de masă.componentele instrumentului ICP-MS sunt proiectate pentru a permite o funcționare reproductibilă și/sau stabilă.
introducerea Eșantionuluiedit
primul pas în analiză este introducerea eșantionului. Acest lucru a fost realizat în ICP-MS printr-o varietate de mijloace.
metoda cea mai comună este utilizarea nebulizatoarelor analitice. Nebulizatorul transformă lichidele într-un aerosol și acel aerosol poate fi apoi măturat în plasmă pentru a crea ionii. Nebulizatoarele funcționează cel mai bine cu probe lichide simple (adică soluții). Cu toate acestea, au existat cazuri de utilizare a acestora cu materiale mai complexe, cum ar fi o suspensie. Multe varietăți de nebulizatoare au fost cuplate la ICP-MS, inclusiv tipuri pneumatice, cu flux încrucișat, Babington, ultrasonice și desolvante. Aerosolul generat este adesea tratat pentru a-l limita doar la cele mai mici picături, de obicei prin intermediul unei camere de pulverizare dublă răcită Peltier sau ciclonic. Utilizarea autosamplerelor face acest lucru mai ușor și mai rapid, în special pentru munca de rutină și un număr mare de probe. De asemenea, poate fi utilizat un nebulizator Desolvant (DSN); acesta utilizează un capilar încălzit lung, acoperit cu o membrană fluoropolimerică, pentru a îndepărta cea mai mare parte a solventului și a reduce sarcina plasmei. Sistemele de introducere a îndepărtării matricei sunt uneori utilizate pentru probe, cum ar fi apa de mare, unde speciile de interes sunt la niveluri de urme și sunt înconjurate de contaminanți mult mai abundenți.
ablația Laser este o altă metodă. Deși este mai puțin obișnuit în trecut, devine rapid popular a fost folosit ca mijloc de introducere a eșantionului, datorită vitezei crescute de scanare ICP-MS. În această metodă, un laser UV pulsat este focalizat pe probă și creează un nor de material ablat care poate fi măturat în plasmă. Acest lucru permite geochimiștilor să mapeze spațial compoziția izotopilor în secțiuni transversale ale probelor de rocă, un instrument care se pierde dacă roca este digerată și introdusă ca probă lichidă. Laserele pentru această sarcină sunt construite pentru a avea ieșiri de putere extrem de controlabile și distribuții uniforme de putere radială, pentru a produce cratere cu fund plat și cu diametrul și adâncimea alese.
atât pentru ablația Laser, cât și pentru nebulizatoarele Desolvante, un flux mic de azot poate fi, de asemenea, introdus în fluxul de Argon. Azotul există ca dimer, deci are mai multe moduri vibraționale și este mai eficient la primirea energiei de la bobina RF din jurul torței.
sunt utilizate și alte metode de introducere a eșantionului. Vaporizarea electrotermică (ETV) și în vaporizarea torței (ITV) utilizează suprafețe fierbinți (grafit sau metal, în general) pentru a vaporiza probele pentru introducere. Acestea pot utiliza cantități foarte mici de lichide, solide sau nămoluri. Sunt cunoscute și alte metode precum generarea de vapori.
Plasma torchEdit
plasma utilizată într-un ICP−MS este realizată prin gaz argon parțial ionizant (Ar ar+ + e -). Energia necesară pentru această reacție este obținută prin pulsarea unui curent electric alternativ în bobina de sarcină care înconjoară torța de plasmă cu un flux de gaz argon.
după injectarea probei, temperatura extremă a plasmei determină separarea probei în atomi individuali (atomizare). În continuare, plasma ionizează acești atomi (m Inqq M+ + e−), astfel încât să poată fi detectați de spectrometrul de masă.o plasmă cuplată inductiv (ICP) pentru spectrometrie este susținută într-o torță care constă din trei tuburi concentrice, de obicei din cuarț. Cele două modele majore sunt Fassel și Greenfield torches. Capătul acestei lanterne este plasat în interiorul unei bobine de inducție furnizate cu un curent electric de frecvență radio. Un flux de gaz argon (de obicei 14 până la 18 litri pe minut) este introdus între cele două tuburi exterioare ale torței și se aplică o scânteie electrică pentru o perioadă scurtă de timp pentru a introduce electroni liberi în fluxul de gaz. Acești electroni interacționează cu câmpul magnetic de frecvență radio al bobinei de inducție și sunt accelerați mai întâi într-o direcție, apoi în cealaltă, deoarece câmpul se schimbă la frecvență înaltă (de obicei 27,12 MHz sau 40 MHz). Electronii accelerați se ciocnesc cu atomii de argon și, uneori, o coliziune determină un atom de argon să se despartă de unul dintre electronii săi. Electronul eliberat este la rândul său accelerat de câmpul magnetic în schimbare rapidă. Procesul continuă până când rata de eliberare a electronilor noi în coliziuni este echilibrată de rata de recombinare a electronilor cu ioni de argon (atomi care au pierdut un electron). Aceasta produce o ‘minge de foc’ care constă în cea mai mare parte din atomi de argon cu o fracțiune destul de mică de electroni liberi și ioni de argon.
avantajul argonEdit
fabricarea plasmei din argon, în loc de alte gaze, are mai multe avantaje. În primul rând, argonul este abundent (în atmosferă, ca urmare a degradării radioactive a potasiului) și, prin urmare, mai ieftin decât alte gaze nobile. Argonul are, de asemenea, un potențial de ionizare mai mare decât toate celelalte elemente, cu excepția lui He, F și Ne. Din cauza acestei energii de ionizare ridicate, reacția (ar + + e− hectar) este mai favorabilă din punct de vedere energetic decât reacția (m+ + e− hectar). Acest lucru asigură că proba rămâne ionizată (ca M+), astfel încât spectrometrul de masă să o poată detecta.
argonul poate fi achiziționat pentru a fi utilizat cu ICP-MS fie sub formă de lichid refrigerat, fie sub formă de gaz. Cu toate acestea, este important să rețineți că, indiferent de forma de argon achiziționată, ar trebui să aibă o puritate garantată de 99,9% Argon la minimum. Este important să determinați ce tip de argon va fi cel mai potrivit pentru situația specifică. Argonul lichid este de obicei mai ieftin și poate fi depozitat într-o cantitate mai mare, spre deosebire de forma de gaz, care este mai scumpă și ocupă mai mult spațiu în rezervor. Dacă instrumentul se află într-un mediu în care se utilizează rar, atunci cumpărarea argonului în stare de gaz va fi cea mai potrivită, deoarece va fi mai mult decât suficient pentru a se potrivi timpilor de rulare mai mici, iar gazul din cilindru va rămâne stabil pentru perioade mai lungi de timp, în timp ce argonul lichid va suferi pierderi pentru mediu din cauza ventilării rezervorului atunci când este depozitat pe perioade de timp extinse. Cu toate acestea, dacă ICP-MS trebuie utilizat în mod obișnuit și funcționează timp de opt sau mai multe ore în fiecare zi timp de câteva zile pe săptămână, atunci utilizarea argonului lichid va fi cea mai potrivită. Dacă vor exista mai multe instrumente ICP-MS care funcționează pentru perioade lungi de timp, atunci cel mai probabil va fi benefic pentru laborator să instaleze un rezervor de argon în vrac sau micro-vrac, care va fi întreținut de o companie de furnizare a gazului, eliminând astfel necesitatea de a schimba rezervoarele frecvent, precum și de a minimiza pierderea de argon care rămâne în fiecare rezervor folosit, precum și timpul de oprire pentru schimbarea rezervorului.
heliul poate fi utilizat fie în locul, fie în amestec cu argonul pentru generarea plasmei. Prima energie de ionizare mai mare a heliului permite o ionizare mai mare și, prin urmare, o sensibilitate mai mare pentru elementele greu de ionizat. Utilizarea heliului pur evită, de asemenea, intereferențele pe bază de argon, cum ar fi aro. Cu toate acestea, multe dintre interferențe pot fi atenuate prin utilizarea unei celule de coliziune, iar costul mai mare al heliului a împiedicat utilizarea sa în ICP-MS comercial.
transferul ionilor în videdit
gazul purtător este trimis prin canalul central și în plasma foarte fierbinte. Eșantionul este apoi expus la frecvența radio care transformă gazul într-o plasmă. Temperatura ridicată a plasmei este suficientă pentru a determina o porțiune foarte mare a probei să formeze ioni. Această fracțiune de ionizare se poate apropia de 100% pentru unele elemente (de exemplu, sodiu), dar acest lucru depinde de potențialul de ionizare. O fracțiune din ionii formați trece printr-o gaură de ~1 mm (conul de prelevare) și apoi o gaură de ~0,4 mm (conul skimmer). Scopul este de a permite un vid care este cerut de spectrometrul de masă.
vidul este creat și întreținut de o serie de pompe. Prima etapă se bazează de obicei pe o pompă de degroșare, cel mai frecvent o pompă rotativă standard cu palete. Aceasta elimină cea mai mare parte a gazului și atinge de obicei o presiune de aproximativ 133 Pa. Etapele ulterioare au vidul generat de sisteme de vid mai puternice, cel mai adesea pompe turbomoleculare. Este posibil ca instrumentele mai vechi să fi folosit pompe de difuzie a uleiului pentru regiunile cu vid ridicat.
Ion opticsEdit
înainte de separarea masei, un fascicul de ioni pozitivi trebuie extras din plasmă și focalizat în analizorul de masă. Este important să se separe ionii de fotonii UV, neutrii energetici și de orice particule solide care ar fi putut fi transportate în instrument de la ICP. În mod tradițional, instrumentele ICP-MS au folosit aranjamente de lentile ionice de transmisie în acest scop. Exemplele includ obiectivul Einzel, obiectivul baril, obiectivul Omega al lui Agilent și oprirea umbrei lui Perkin-Elmer. O altă abordare este utilizarea ghidajelor ionice (quadrupoli, hexapoli sau octopoluri) pentru a ghida ionii în analizorul de masă de-a lungul unei căi departe de traiectoria fotonilor sau a particulelor neutre. Cu toate acestea, o altă abordare este brevetată Varian utilizată de Analytik jena ICP-MS 90 grade reflectând optica parabolică „oglindă Ionică”, despre care se pretinde că asigură un transport mai eficient al ionilor în analizorul de masă, rezultând o sensibilitate mai bună și un fundal redus. Analytik jena ICP-MS PQMS este cel mai sensibil instrument de pe piață.
un sector ICP-MS va avea în mod obișnuit patru secțiuni: o regiune de accelerare a extracției, lentile de direcție, un sector electrostatic și un sector magnetic. Prima regiune ia ioni din plasmă și le accelerează folosind o tensiune înaltă. A doua utilizare poate utiliza o combinație de plăci paralele, inele, patrupole, hexapole și octopoluri pentru a direcționa, forma și focaliza fasciculul astfel încât vârfurile rezultate să fie simetrice, cu vârf plat și să aibă o transmisie ridicată. Sectorul electrostatic poate fi înainte sau după sectorul magnetic în funcție de instrumentul particular și reduce răspândirea energiei cinetice cauzată de plasmă. Această răspândire este deosebit de mare pentru ICP-MS, fiind mai mare decât descărcarea strălucitoare și mult mai mare decât Tim-urile. Geometria instrumentului este aleasă astfel încât instrumentul punctul focal combinat al sectoarelor electrostatice și magnetice să fie la colector, cunoscut sub numele de focalizare dublă (sau focalizare dublă).
dacă masa de interes are o sensibilitate scăzută și este chiar sub un vârf mult mai mare, coada de masă mică din acest vârf mai mare poate pătrunde în masa de interes. Un filtru de întârziere ar putea fi utilizat pentru a reduce această coadă. Aceasta se află lângă colector și aplică o tensiune egală, dar opusă tensiunii de accelerare; orice ioni care au pierdut energie în timp ce zboară în jurul instrumentului vor fi decelerați pentru a se odihni de filtru.
celula de reacție de coliziune și iCRCEdit
celula de coliziune/reacție este utilizată pentru a îndepărta ionii interferenți prin reacții ionice / neutre. Celulele de coliziune / reacție sunt cunoscute sub mai multe nume. Celula de reacție dinamică este localizată înaintea patrupolului din dispozitivul ICP-MS. Camera are un quadrupol și poate fi umplută cu gaze de reacție (sau coliziune) (amoniac, metan, oxigen sau hidrogen), cu un tip de gaz la un moment dat sau un amestec de două dintre ele, care reacționează cu proba introdusă, eliminând o parte din interferențe.
celula de reacție Colizională integrată (CICR) utilizată de Analytik jena ICP-MS este o celulă de mini-coliziune instalată în fața oglinzii optice cu ioni parabolici care elimină ionii interferenți prin injectarea unui gaz colizional (He) sau a unui gaz reactiv (H2) sau a unui amestec al celor două, direct în plasmă în timp ce curge prin conul skimmer și / sau conul sampler. CICR a eliminat ionii interferenți folosind un fenomen de discriminare a energiei cinetice colizionale (KED) și reacții chimice cu ioni interferenți în mod similar cu celulele de coliziune mai mari utilizate în mod tradițional.