icp - icp仪器、icp分析的优点和局限性

icp是什么?

电感耦合等离子体质谱法(icp)是一个灵活的化学分析方法,可以定制来满足各种行业的需求包括:

• 自然资源勘探
• 石油化工产品
• 环境(包括土壤分析)
• 食品和饮料(包括酒和饮用水分析和农药筛选)
• 监管
• 医疗
• 制药
• 材料和冶金
• 核
• 纳米技术

在其最简单的形式下,icp需要事先准备好包含分析物的液体,泵通过创建一个气溶胶喷雾器是引入一个氩气等离子体。等离子体的高温(~ 5500 - 6500 K)足以分裂和电离几乎所有元素,包括那些拥有最高的电离势。分析物离子可以操纵从而产生的静电离子光学元素到一个质谱计可以分为质量的离子电荷(m / z)比例和检测。自电离效率接近100%对于大多数元素,元素的计数检测离子具有代表性的分析物的浓度。

诞生于1983年,从乐器用单一方法已经成熟检测器和四极质谱计到今天,仪器可与飞行时间质谱仪(TOF)允许并行测量整个质谱,单,双聚焦磁领域仪器配备单或multicollector探测系统允许高精度同位素比值测量。¹

样品并发pre-preparation已经成熟的方法从最初的一步简单的酸消化今天激光消融(LA)通常结合icp空间分析和解决固体样品的元素的映射。此外,分离技术耦合的icp许可证测量分子,特别是生物分子。电离过程通常会摧毁所有分子信息的样本,但这个问题已经很大程度上征服了通过引入一个元素通过配对样本选择性的分离技术(如。液相色谱(LC),气相色谱法(GC)毛细管电泳(CE),凝胶电泳(GE)用icp)。^2,3分离技术分离出所有包含元素的种类和顺序向前icp系统检测。

icp是如何工作的呢?

原理图显示的各种组件icp系统如图1所示。液体样品引入喷雾器由蠕动泵或志气,它们形成的气溶胶细水滴。不是所有喷雾器是相同的,和类型选择是基于因素如粘度、体积和清洁的样品进行分析。

图1:示意图显示主要组件的icp系统更详细地描述文本。

好滴所创建的喷雾器,通过喷雾室之前进入等离子体。不同类型再次可用,但功能是一样的:允许大量的小水滴进入等离子体而歧视更大的水滴可以创建分析问题如果允许进入等离子体。

氩等离子体生成的ICP达到温度在5500 - 6500 K,是由氩气通过同心石英管(通常称为ICP火炬)一端被包含在一个无线电频率(RF)线圈。能源供应的线圈的射频发生器夫妇氩气产生等离子体。随着液体液滴进入高温等离子体,它们转化为气态。当他们吸收更多的能量,他们最终将释放一个电子来形成一个,带正电的离子。

产生的离子的界面区域的介绍了等离子体质谱仪是一个工程挑战。在第一种情况下,火炬区达到的温度~ 6000 k,另一边的接口仍然是在室温下。其次,火炬将被一定回填与所需的基于“增大化现实”技术的气体产生等离子体,而质谱计在高真空条件下将。每个厂家都有不同的解决方案,但两个或两个以上的锥形结构(镜头)是用来防止广泛分歧的离子当他们进入一个高真空的区域,和碰撞集中到细胞或直接进入质谱仪。

看这个视频教我的10系列介绍从安倍古铁雷斯和埃德·麦柯迪icp。

离子不会退出等离子唯一物种——中性原子和光子将出席。光子会产生虚假的离子数是很重要的,从离子的道路。一个主题上有差异,不同的制造商如何处理这个问题,但一个共同的解决方案是将某种形式的镜头元素只会选择性地弯曲离子进入四极质谱计。

大多数现代仪器将有一个“通用的”或“反应/碰撞”细胞位于质谱仪离子之间的视觉元素,以减少质量问题的干扰。这发生在两个离子,一个元素离子(如。⁵⁶菲⁺)和分子离子,可因样本矩阵和之间的交互的基于“增大化现实”技术的气体等离子体(如。⁴⁰基于“增大化现实”技术¹⁶O⁺)表面上相同的m / z值- 56阿姆河(相对原子质量)。许多这些干扰很难单独只基于质量质谱仪的分辨能力。除非这个质量干扰消除,测量结果会有一个高背景和较低的检出限直接归因于⁴⁰基于“增大化现实”技术¹⁶O⁺或其他干扰离子。

在碰撞模式中,细胞与惰性气体的分压,回填和元素和分子离子将失去他们的一些动能通过与惰性气体原子碰撞,因为它们通过细胞。这种碰撞的可能性将会更大更大⁴⁰基于“增大化现实”技术¹⁶O⁺结束的,所以当它到达细胞,它将失去更多的动能。通过将动能带通滤波器在这一点上,这两种类型的离子可以有效地分离不同的动能,而且只有⁵⁶菲⁺将继续旅程进入四极质谱计。然而,⁵⁶菲⁺强度也会略微降低的能量过滤器,尽管在一个小得多的比例。尽管如此,检出限将不利影响。

反应细胞,惰性气体原子取代活性气态物种。基本原理是,引入气体反应的干扰物种产生一个中立的物种可以不再受到静电四极离子光学或字段。它将有效地过滤掉。分析物离子不受影响,因此碰撞细胞相比它是一个更强大的方法来消除干扰。然而,需要注意,以确保没有“新”质量干扰是在这个过程中生成的。

四极质谱仪在icp仪器最常见,尽管其他人基于磁性行业和飞行时间是可用的。四极质谱仪测量一个质量,与射频电压和直流(DC)补偿电压设置为只允许一个特定的离子m / z值振荡之间的地区通过四个波兰人的光谱仪。其他群众将碰撞的离子棒和被淘汰。射频和直流电压可连续扫描,以便检测通过所需的m / z范围的分析。根据配置,磁性行业质谱仪在类似的方式工作,除了磁场扫描弯曲的轨迹所需的m / z范围内离子探测器。

质谱仪可以有显著的长度通过离子必须去实现质量分离,是绝对必要的,这个地区是在高真空下。否则,被分析物离子能与气体分子碰撞可能导致电荷交换反应和降低总体敏感性和增加不必要的干扰。

你如何分析icp数据和它告诉你什么?

icp数据通常是分析定量或作用,作为同位素比值测量或同位素稀释分析。

图2: icp光谱质量的例子。

与这方面的知识,完整的定量分析可以用适当的标准,计划和仪器操作协议时调整识别潜在的大规模干扰问题。定量分析校正曲线,将派生出来的收益转换测量分析物浓度计算。创建曲线,一组参考标准,验证分析物的浓度是相同的仪器条件下测量未知样本。这些类型的分析了四极射频和直流电压设置或磁部门磁场只需要设置感兴趣的m / z值。不需要扫描整个质量范围。最后,同位素稀释法是实现定量精度最高的一种手段。例如,如果分析物⁵⁶菲⁺,样品可以通过添加一个已知数量的被稀释⁵⁷铁、稳定同位素的自然丰度的0.29%,同样的化学和物理性质⁵⁶菲。因此作为内部标准。通过测量同位素比率⁵⁷Fe /⁵⁶菲,因为增加的数量⁵⁷铁是已知的,的浓度⁵⁶铁可以计算。分析该方法的美妙之处在于,标准化和量化都是在一个实验中,和最终的结果是到达率,所以任何仪器效果将被排除。

的优点和局限性

icp的优势包括能力分析几乎所有元素周期表中的元素在低浓度ng / L范围具有高动态范围。高样品处理量是另一个的强项在工业应用尤为重要。样本容量较低,经常用相当简单的制备方法,通常足以产生所需的结果。的方法也能区分同位素,稳定和放射性同位素比值的高精度测量。最后,正如前面所讨论的那样,icp非常适合作为选择性检测器在用连字符连接的方法使用某种形式的分离方法允许测定分析物的物种。

限制包括成本相对较高的设备需要高水平的员工熟练程度。质量干扰也是一个问题,但有多种方法可以最小化或消除这些影响,如前所述。

摘要利用常见问题

一些最常见的问题与icp通常在他们的起源问题喷雾器或锥离子光学元素。矛盾在离子计数率和精度多次测量同一样品可能会观察到这些元素是否脏或损坏。蠕动泵的问题也可能会导致类似的问题。

技术是如此的敏感,也容易记忆或延滞效应,分析物的检测限制可能会人为地增加了它的残余在前面分析所带来的仪器与高浓度的样品或校准标准相同的元素。

质量干扰总是一个问题,和解决方案来帮助减轻描述了它们的影响。尽管碰撞和反应细胞单四极系统有效地消除元素和分子离子质干扰,他们更有效消除等压质量干扰(两个元素同位素质量如相同的离子。⁵⁸倪,⁵⁸铁)或干扰双离子造成的m / z (z = 2;如。⁵⁶菲^{+ +}和²⁸如果⁺)。分离这些类型的干扰通常需要三重四极系统。

最后,实验室组件,从试剂水到玻璃器皿,必须是高纯度的无可挑剔干净,为了防止意外或标准样品污染。

扩大分析能力——MC-ICP-MS和介绍

进步扩大icp的功能包括引入multicollector (MC) icp系统和使用激光烧蚀固体样品(LA)是将样品引入icp系统无追索权的某种形式的消化液和删除所有空间信息。

MC-ICP-MS系统上发现磁领域仪器,即质量分离离子的色散引起的磁场可以聚焦到不同探测器在multicollector数组。这允许的稳态分析和样品同时同位素测量,因此仪器的影响成为时不变。他们最大的应用是在地质年代学和天体化学高精度同位素比值是必需的。

介绍被广泛用于确定元素在固体样品直接用最小的样品制备和分析物的空间分布样本(或在特定领域)是必需的。它使成像。样品表面与高能激光辐照(如深紫外、213 nm波长)与Ar消融室或细胞清除。光束直径可以调整以下5µm 300µm和是第一个近似空间分辨率的方法。与激光的相互作用产生的气溶胶样品进行ICP的基于“增大化现实”技术,随后电离和分析。梁可用于点模式分析样本上的特定功能,或者扫描的样品提供图像映射的样品中微量元素的分布。量化有点棘手的基体效应更丰富,不同的材料与激光相互作用在不同的礼仪。结果,最好的量化结果,矩阵匹配标准者优先。一个引人注目的例子应用的介绍能显示在图3中,金属的积累在老鼠大脑。⁴

图3: 的例子介绍成像在老鼠大脑的金属。信贷: (4)。

icp vs ICP-QQQ

尽管进步在减少大规模碰撞干扰反应和细胞在icp,仍有场合所需的检测极限低于与这些细胞可以实现的。分析物的组合和样本矩阵将产生大规模干扰存在无法解决或碰撞反应细胞。等压干扰问题的双离子第五节中提到的例子。具体来说,双重带电离子的稀土元素钕,Sm和Gd造成干扰^75年,^78年Se、微量元素的食品行业重要性的毒性(在高水平,和Se)和营养重要性(Se,硒蛋白的生产是至关重要的)。在ICP-QQQ(“三重四重”)前,一个额外的四极细胞反应。因此,所有离子有效质量过滤在1阿姆河在进入细胞的反应。换句话说,只有离子如m / z = 75(和它的质量干扰)进入细胞。这允许特定的设计有针对性的化学反应发生。在这种情况下,O₂可用于反应细胞来生产^75年作为¹⁶O⁺(称为质量转移)的技术,可以检测到m / z = 91是免费的任何潜在的干扰^91年Zr这些离子会已经被第一个四极。⁵

看这个视频的教我学习更多关于ICP-QQQ 10系列。

icp vs ICP-OES之间的区别是什么?

icp和ICP-OES(电感耦合等离子体发射光谱)是相似的,这两种技术引入样本液体通过愿望或泵进喷雾器,气溶胶注入一个氩等离子体的产生。顾名思义,光学发射光谱学不分析m / z电离原子,而是措施特征能量发出的波长作为他们的电子从一个原子高激发态回到基态。

ICP-OES是一个更方便的方法使用。仪表是便宜和icp相比,它不需要相同级别的员工专业知识,和化学试剂级通常是足够的进行分析。还好处的能力看溶解固体含量较高的解决方案,否则icp仪器存在的问题。然而,检测范围为icp不会低。

引用

1。Meermann B, Nischwitz诉icp分析在纳米尺度上——一个教程。J肛门范围。2018年9月,33 (9)。https://doi.org/10.1039/C8JA00037A

2。布斯托斯的手臂。icp在分离科学的作用。色谱学。2020年2月17日,83 (2):145 - 7。https://doi.org/10.1007/s10337 - 019 - 03846 - 2

3所示。太阳王许X, H, H, H . Metalloproteomic方法匹配的金属蛋白质:力量的电感耦合等离子质谱(icp)。化学博士论文,2020年6月,49 (6):697 - 704。https://doi.org/10.1246/cl.200155

4所示。Weiskirchen年代,金正日P, Weiskirchen r .激光烧蚀电感耦合等离子体光谱法:威尔逊金属成像实验和临床疾病。无机物。2019年4月19日,7 (4):54。https://doi.org/10.3390/inorganics7040054

5。杰克逊BP,仙女镇李坝社区,纳尔逊·j·优势反应细胞icp的双重干扰对食品中砷和硒的分析。J肛门范围。2015;30 (5):1179 - 83。DOI:10.1039 / c4ja00310a