ICP-MS. ICP hmotnostní spektrometrie Instrumentace a analytické vlastnosti

Podobné dokumenty
ANORGANICKÁ HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Analytické vlastnosti ICP-MS

ANORGANICKÁ HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Porovnání metod atomové spektrometrie

Hmotnostní spektrometrie

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE - kvalitativní i kvantitativní detekce v GC a LC - pyrolýzní hmotnostní spektrometrie - analýza polutantů v životním

10. Tandemová hmotnostní spektrometrie. Princip tandemové hmotnostní spektrometrie

Klinická a farmaceutická analýza. Petr Kozlík Katedra analytické chemie

Hmotnostní spektrometrie. Historie MS. Schéma MS

Elektronová mikroskopie a mikroanalýza-2

ÚSTAV ANALYTICKÉ CHEMIE

OPTICKÁ EMISNÍ SPEKTROMETRIE

INTERPRETACE HMOTNOSTNÍCH SPEKTER

Spojení hmotové spektrometrie se separačními metodami

Laserová ablace se hmotnostní spektrometrií indukčně vázaného plazmatu LA-ICP-MS

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Metody povrchové analýzy založené na detekci iontů. Pavel Matějka

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI Fakulta přírodovědecká Katedra analytické chemie MOŽNOSTI ANALÝZY KLINICKÝCH MATERIÁLŮ POMOCÍ ICP-MS DIPLOMOVÁ PRÁCE

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Chemie = přírodní věda zkoumající složení a strukturu látek a jejich přeměny v látky jiné

ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

Hmotový spektrometr s indukčně vázaným plasmatem (ICPMS) II (opakovaná)

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

Diagnostika plazmatu. Rychlé zopakování. Optická emisní spektroskopie + odvozené metody. Hmotnostní spektroskopie. Možné aplikace

ÚSTAV CHEMIE A ANALÝZY POTRAVIN

Hmotnostní spektrometrie

LABORATOŘ OBORU I ÚSTAV ORGANICKÉ TECHNOLOGIE (111) Použití GC-MS spektrometrie

Techniky prvkové povrchové analýzy elemental analysis

Geochemie endogenních procesů 1. část

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI. Přírodovědecká fakulta

4. Spektrální metody pro prvkovou analýzu léčiv optická atomová spektroskopie

Hmotnostní analyzátory a detektory iont

Hmotnostní spektrometrie - Mass Spectrometry (MS)

VYUŽITÍ TEPELNÉHO ZMLŽOVAČE V AAS

Fotonásobič. fotokatoda. typicky: - koeficient sekundární emise = počet dynod N = zisk: G = fokusační elektrononová optika

Aplikace ICP-OES (MS)

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Aplikace AAS ACH/APAS. David MILDE, Úvod

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Jednotné pracovní postupy zkoušení krmiv STANOVENÍ OBSAHU SELENU METODOU ICP-OES

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

GENEROVÁNÍ TĚKAVÝCH SLOUČENIN V AAS

Analytické metody využívané ke stanovení chemického složení kovů. Ing.Viktorie Weiss, Ph.D.

Hmotnostní spektrometrie

NITON XL3t GOLDD+ Nový analyzátor

Optický emisní spektrometr Agilent 725 ICP-OES

Jednotné pracovní postupy zkoušení krmiv STANOVENÍ OBSAHU ARSENU METODOU ICP-MS

ACH 02 VZÁCNÉPLYNY. Katedra chemie FP TUL VZÁCNÉ PLYNY

Laboratoř ze speciální analýzy potravin II. Úloha 3 - Plynová chromatografie (GC-MS)

Metodický postup stanovení kovů v půdách volných hracích ploch metodou RTG.

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

INTERAKCE IONTŮ S POVRCHY II.

Jednotné pracovní postupy zkoušení krmiv STANOVENÍ OBSAHU VÁPNÍKU, DRASLÍKU, HOŘČÍKU, SODÍKU A FOSFORU METODOU ICP-OES

Monika Fialová VAKUOVÁ FYZIKA II. ZÍSKÁVÁNÍ NÍZKÝCH TLAKŮ

Indentifikace molekul a kvantitativní analýza pomocí MS

ANALÝZA EXTRAKTU PODLE MEHLICHA 3 METODOU ICP-OES

13. Spektroskopie základní pojmy

Senzory ionizujícího záření

METODY ANALÝZY POVRCHŮ

Hmotnostní spektrometrie ve spojení se separačními metodami

Agilent 5110 ICP-OES vždy o krok napřed

Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity. Katedra analytické chemie DIPLOMOVÁ PRÁCE

Vliv zimní údržby na životní prostředí

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTROMETRŮ

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE (v UV a Vis oblasti spektra)

VY_52_INOVACE_08_II.1.23_TABULKA, PERIODICKÁ SOUSTAVA PRVKŮ TABULKA PERIODICKÁ SOUSTAVA PRVKŮ

Detektory. požadovaná informace o částici / záření. proudový puls p(t) energie. čas příletu. výstupní signál detektoru. poloha.

OPTICKÁ EMISNÍ SPEKTROMETRIE

IONTOVÉ ZDROJE. Účel. Požadavky. Elektronové zdroje. Iontové zdroje. Princip:

3. Radioaktivita. Při radioaktivní přeměně se uvolňuje energie. X Y + n částic. Základní hmotnostní podmínka radioaktivity: M(X) > M(Y) + M(ČÁSTIC)

METODY - spektrometrické

Metody analýzy povrchu

Ceník. Platný od Laboratorní standardy a chemikálie. Ceny uvedené v tomto ceníku nezahrnují 21% DPH, balné a dopravné

Hmotnostní analyzátory II

Mass Spectrometry (MS) Lenka Veverková 2012

2. Atomové jádro a jeho stabilita

VZÁCNÉ PLYNY ACH 02. Katedra chemie FP TUL

Kalibrace a testování spektrometrů

OPTICK SPEKTROMETRIE

Složení látek a chemická vazba Číslo variace: 1

Tento rámcový přehled je určen všem studentům zajímajícím se o aktivní vědeckou práci.

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Renáta Kenšová. Název: Školitel: Datum:

II. Chemické a instrumentální metody

Využití metod atomové spektrometrie v analýzách in situ

Studijní program: Analytická a forenzní chemie

Základy spektroskopických metod

Částicové složení látek atom,molekula, nuklid a izotop

Průtokové metody (Kontinuální měření v proudu kapaliny)

Metody analýzy povrchu

No. 1- určete MW, vysvětlení izotopů


Seznam otázek pro zkoušku z biofyziky oboru lékařství pro školní rok

AUTOMATICKÁ EMISNÍ SPEKTROMETRIE

Fyzika (učitelství) Zkouška - teoretická fyzika. Čas k řešení je 120 minut (6 minut na úlohu): snažte se nejprve rychle vyřešit ty nejsnazší úlohy,

Separační metody v analytické chemii. Plynová chromatografie (GC) - princip

Transkript:

ICP-MS ICP hmotnostní spektrometrie Instrumentace a analytické vlastnosti

IONTOVÉ ZDROJE PRO PRVKOVOU ANALÝZU ICP Nízkotlaké plazma HC, Grimmova výbojka Mikrovlnná plazmata VF a SS jiskra Iontový nebo elektronový paprsek Korona, Towsendův výboj Elektrospray, termospray 2

INDUKČNĚ VÁZANÉ PLAZMA 3

INSTRUMENTACE RF Generátor Zavádění vzorku ICP výboj Hmotnostní spektrometr Autosampler PC Detektor 4

ICP-MS KVADRUPÓLOVÝ SPEKTROMETR 5

INDUKČNĚ VÁZANÉ PLAZMA 6

COLLISIONAL PROCESSES Electron impact Excitation A +q + e A +q* + e Deexcitation A +q* + e A +q + e Ionization A +q + e A +q+1 + e + e, A +q + e A +q+n + e + ne 3-body recombination A +q+1 + e + e A +q + e Radiative recombination A +q+1 + e A +q + hv Dielectronic capture A +q+1 + e A +q** Ion impact Excitation A +q + B +r A +q* + B +r Ionization A +q + B +r A +q+1 + B +r + e Charge exchange (transfer) A +q + B +r A +q+1 + B +r-1 Normally ion-impact processes are less important 7

Stupeň ionizace (%) ZÁVISLOST STUPNĚ IONIZACE NA IONIZAČNÍ ENERGII 100 80 60 40 n e = 1.475x10 14 cm -3 T ion (Ar) =6680 K 50% 90% 20 Ar 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Ionizační energie (ev) 8

IONIZACE V ICP VÝBOJI Ionizace v Ar ICP je v určována E i1 (Ar)=15.76 ev Kromě F, Ne a He mají všechny prvky E i1 < 16 ev ICP produkuje ionty X + pro všechny zájmové prvky 87 prvků ze 103 má E i1 < 10 ev a tedy α > 50% 69 prvků ze 103 má E i1 < 8 ev a tedy α > 95 (90)% S výjimkou Ca, V, Sr, Y, Zr, Sn, Ba, Pb a lanthanoidů jsou ionizační energie do 2. stupně E i2 > 16 ev; tvorba X 2+ je významná pouze v případě Sr, Ba (Pb) 9

VÝHODY ICP JAKO IONIZAČNÍHO ZDROJE ICP ionizuje téměř všechny prvky pouze do 1. stupně a polovina prvků periodické soustavy je ionizována téměř na 100%, pouze As z 52%; Se z 33%; S z 14% a F z 0,001% ICP je současně účinným atomizačním zdrojem Ionty zůstávají vymezeny v centrálním kanálu výboje, což usnadňuje jejich vzorkování do MS Malá disperze kinetické energie iontů vhodné pro kvadrupólový filtr 10

ANALYTICKÉ PŘEDNOSTI ICP-MS Rychlá multielementární analýza Nízké detekční limity Rychlá semikvantitativní analýza Izotopová analýza Extrémně široký pracovní rozsah koncentrací analytu (až 9 řádů) Jednoduchá spektra 11

MEZE DETEKCE V ICP-OES/MS Technika ICP - AES ICP - MS Zmlžovaný roztok 1 g ml -1 1 g ml -1 Signál ( pulsy s -1 ) 6 10 6 fot. /s 10 6-10 7 iontů /s Pozadí ( pulsy s -1 ) 6 10 4 fot./s 10 iontů /s Šum pozadí (s -1 ) N b 6 10 2 fot. /s 1 ion/s S/N b 10 4 10 6-10 7 Meze detekce 0,1 g l -1 ng l -1 12

ANALYZÁTORY Statické nutná kombinace elektrického a magnetického pole a) Sektorové analyzátory (ICP-MS obsahů ppt ppq) b) Spektrometry s dvojí fokuzací (Mattauch- Herzog) Dynamické dostačuje elektrické pole a) Selektivní urychlovače (palletron, Bennetův sp.) b) Průletové (time-of-flight) Systémy se stabilní drahou kritické parametry: a) Rychlost (Smythe-Mattauch) b) Fáze (Farvitron) c) Specifický náboj (kvadrupólový filtr) 13

DETEKTORY Měření střední hodnoty iontového proudu Plate detector Faraday cup (do 10-15 A) Počítání iontů iontový násobič Channeltron Multichannel plate detector (MCP) Postakcelerační detekce elektronů Scintilátor + fotonásobič 14

VAKUOVÝ SYSTÉM Vývěvy transportní sorpční Vysokovakuová aparatura rotační + difúzní vývěva membránová + turbo-molekulární vývěva 15

TURBOMOLEKULÁRNÍ VÝVĚVY Gaedeho molekulární vývěva Mezní tlak 0,0001Pa Malá čerpací rychlost Turbomolekulární vývěva 16

INTERFACE ICP - MS musí splňovat tyto požadavky: Vzorkovat ionty v místě jejich vzniku, tj. v analytickém kanále ICP. Převést ionty z oblasti atmosférického tlaku do vakua. Zachovat stechiometrii analytů při transportu iontů. 17

INTERFACE sampler skimmer XO,X + X D 0 D 1 P P P 0 1 2 d X E X M 18

POLOHA SKIMMERU Při expanzi plynu/plazmatu do vakua (100 Pa) se paprsek šíří nadzvukovou rychlostí (Mach 10) a plazma se ochlazuje. Vznik Machova disku ve vzdálenosti X M : X M = 0.67 D 0 (P 0 /P 1 ) 1/2 Poloha skimmeru vzhledem k Machovu disku: XE = 2/3 X M což je 6-10 mm. 19

MACHŮV DISK P 0 D 0 Zóna ticha P 1 Machův disk X M 20

21

PE PLASMALOK INTERFACE 22

SAMPLER ICP-MS HILGER 23

INTERFACE ICP-MS HILGER 24

FUNKCE IONTOVÉ OPTIKY Extrakce iontů z neutrálních specií Fokusace iontů do úzkého kolimovaného paprsku Minimální závislost na hmotnosti iontů Musí odstranit neutrální atomy, molekuly a fotony 25

ANALYZÁTORY PRO ICP-MS Statické analyzátory jsou iontově optickou analogií světelného optického spektrometru (hranol + čočka) a označují se také jako spektrometry deflexní. Ionty zvoleného poměru m/z jsou přivedeny na centrální dráhu kombinací statických polí použití zejména pro spektrometrii vysokého rozlišení (s dvojí fokusací) měření izotopových poměrů Dynamické analyzátory: stabilní dráhy iontu m/z mezi zdrojem a detektorem je dosaženo s využitím radiofrekvenčního pole (kvadrupólový filtr) rozdělení iontů podle m/z se určí z doby jejich letu mezi zdrojem a detektorem (analyzátor z doby letu) 26

ROZLIŠOVACÍ SCHOPNOST Rozlišovací schopnost R: R = ΔM/M M se měří při 50% (FWHM, Full Width at Half Maximum) nebo 10% maximální výšky píku I e M M 27

ROZLIŠOVACÍ SCHOPNOST PRO ELIMINACI INTERFERENCÍ analyt interferent rozlišovací schopnost 56 Fe 40 Ar 16 O 2500 75 As 40 Ar 35 Cl 8000 80 Se 40 Ar 40 Ar 9700 28

LORENTZOVA SÍLA F = qe + q(v x B) kde F je Lorentzova síla působící na náboj q E je intenzita elektrického pole B indukce magnetického pole v je rychlost částice 29

½mv 2 =konst. STATICKÉ ANALYZÁTORY Odchylka dráhy iontu d e v elektrickém a d b v magnetickém poli: d e ~e/(mv 2 ) d b ~e/(mv) Ze soustavy těchto rovnic je možné stanovit m a v. Pro separaci iontů různých hmot a rychlostí je tedy nutné použít vychylování jak elektrickým, tak magnetické polem d B v m mv=konst. 30 d E

MATTAUCH-HERZOG SEKTOROVÝ SPEKTROGRAF ions magnetic sector electrostatic sector focal plane 31

NIER-JOHNSON SEKTOROVÝ ANALYZÁTOR elektrostatický sektor + + + - - Zaostření dle energie Zaostření m/z magnetický sektor ionty Dvojitá fokusace 32

FINNIGAN ELEMENT 33

HR AXIOM ICP-MS : E + B Elektrostatický analyzátor Vazební iontová optika ICP iontový zdroj Magnetický sektor Detektor 34

ROZLIŠENÍ Vstupní štěrbina Nízké rozlišení Vysoké rozlišení Iontový paprsek Štěrbina detektoru Profil píku Rozlišení 400 10 000 35

% Transmission PROPUSTNOST VS. ROZLIŠENÍ (AXIOM) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 Resolution (RP) 36

SEPARACE FE/ARO 37

MULTIKOLEKTOR Zoom electron multiplier Faraday cups 38

KVADRUPÓLOVÝ HMOTOVÝ FILTR Je to základní hmotový filtr Propouští pouze ionty o určitém poměru m/z Propouštěná hmotnost (resp. m/z) je lineárně závislá na elektrickém potenciálu elektrod 39

PRINCIP KVADRUPÓLOVÉHO FILTRU + r 0 - - U + V cos t y z + x -(U + V cos t) 40

KVADRUPÓLOVÉ POLE + 41

KVADRUPÓLOVÉ POLE - 42

KVADRUPÓL (THERMO ELEMENTAL) 43

PRŮLETOVÉ ANALYZÁTORY - TOF 44

TIME-OF-FLIGHT HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETR S ORTHOGONÁLNÍ EXTRAKCÍ repelling plate ion extraction tube (L: length) detector acceleration zone (U: acceleration voltage) slit 45

TOF S IONTOVÝM ZRCADLEM (REFLECTRON) focal plane Reflectron Detector acceleration zone Ion of mass X, slightly faster (more kinetic energy) Ion of mass X, slightly slower (less kinetic energy) 46

ICP-TOF-MS reflectron HF generator ion optics ion gate Torche detector extraction 47

ICP-TOF-MS S AXIÁLNÍ EXTRAKCÍ IONTŮ Time-of-flight tube Detector 3 pressure stages 3 2 1 2 Reflectron acceleration zone sampler skimmer ion optic Turbopump 2 1 Turbopump 1 48

Intensity ICP-TOF-MS ETV Transient by TOF-ICP-MS: 10 L 1 ppb solution Cs 39 37 35 In Na Mg Rb Na mv Mg24 mv Al mv Mn mv Co mv Cu63 mv Rb mv 33 31 Ag Cu Co Al Ag107 mv Ag109 mv In mv In115 mv 29 Cs mv 27 32 32.5 33 33.5 34 34.5 time [sec] 49

cps RENAISSANCE ICP-TOF-MS RESOLUTION IN THE HIGH MASS RANGE : 207PB + AND 208PB + 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 206.5 206.7 207.0 207.2 207.5 207.7 207.9 208.2 208.4 50 m/z

INTERFERENCE IZOBARICKÉ PŘEKRYVY I Interferent analyt korekce 48 Ca + 48 Ti + 44 Ca + 58 Fe + 58 Ni + 56 Fe + 64 Ni + 64 Zn + 60 Ni + 51

IZOBARICKÉ PŘEKRYVY II Prvky tvořící stabilní oxidy : Ca, Ti, Cr, Sr, Zr, Mo, Nb, Ba, Ce, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Tb, Er, Ho, Yb, Tm, Hf, Lu, Ta, W, Th, U. Prvky tvořící 2x nabité ionty : Ca, Sc, Ti, Sr, Y, Zr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th, U. 52

POLYATOMICKÉ INTERFERENCE Ar: monomer a dimer, kombinace mezi izotopy 36 (0,33%), 38 (0,06%) a 40 (99,6%). voda: O, OH, kombinace s Ar vzduch: N 2, N 2 H, N kyseliny, Cl, S, kombinace s Ar, O, H Stabilní oxidy, LaO, CeO,. 53

IZOBARICKÉ INTERFERENCE NA BÁZI ARGONU m/z Molekulové ionty analyt 40 Ar Ca 42 ArH 2 Ca 52 ArC Cr 54 ArN Fe, Cr 55 ArNH Mn 56 ArO Fe 57 ArOH Fe 75 ArCl As 77 ArCl Se 80 ArAr Se 91 ArOCl Zr 93 ArOCl Nb 54

ČASTÉ MOLEKULÁRNÍ PŘEKRYVY (S CL) Molekulární ion 35 Cl 16 O 75.3 35 Cl 17 O 0.03 35 Cl 18 O 0.15 Obsah (%) izotop Obsah (%) 51 V 99.76 52 Cr 83.76 53 Cr 9.55 35 Cl 16 O 1 H 75.3 35 Cl 17 O 1 H 0.03 35 Cl 18 O 1 H 0.15 37 Cl 16 O 24.4 37 Cl 17 O 0.01 52 Cr 53 Cr 54 Fe 5.82 54 Cr 2.38 53 Cr 54 Fe 54 Cr 55

POTLAČENÍ SPEKTRÁLNÍCH INTERFERENCÍ Použitím lepšího spektrálního rozlišení Použitím «cold» podmínek v ICP pro snížení tvorby iontů s argonem. Použitím reakční cely pro disociaci rušících iontů Použitím kolizní cely pro odstranění rušících iontů 56

RUŠENÍ 40 AR 16 O + VS. 56 FE + Cold plasma: Snížení tvorby Ar + a tedy i ArO + High resolution: Separace píků ArO + and Fe + Reakce v plynné fázi/kolize v cele: ArO + + NH 3 ArO + NH 3 + 57

PODMÍNKY STUDENÉHO (COLD, COOL) ICP Nízký příkon, vysoký průtok nosného plynu. Vhodné pro roztoky s malým obsahem rozpuštěných látek. Eliminuje interference Ar +, ArO +, ArH +, ArCl +, ArC +, C 2+. Zvyšuje úroveň MO + z <1% až na >20%. Významné matrix efekty (nerobustní podmínky v ICP). 58

ROZLIŠENÍ POLYATOMICKÝCH INTERFERENCÍ Analyt Interferent Požadované rozlišení 56 Fe + 40 16 + Ar O 2500 28 + Si 14 N 2 + 960 32 + S 16 O 2 + 1800 51 + V 35 16 + Cl O 52 + Cr 40 12 + Ar C 2570 2370 80 Se + 40 Ar 2 + 9640 39 K + 38 Ar 1 H + 40 Ca + 40 Ar + 75 As + 40 Ar 35 Cl + 5700 199000 8000 59

SEPARACE SIGNÁLŮ ANALYTU A INTERFERENTU Kvadrupólový ICP-MS 56 Fe/ArO ArN/ 54 Fe ArOH/ 57 Fe ICP-MS s vysokým rozlišením Fe ArO AMU 60

REAKČNÍ (KOLIZNÍ) CELY Reakce v radiofrekvenční kvadrupólové cele (DRC, dynamic reaction cell, PE 6100), Kolize v radiofrekvenční-hexapólové (oktopólové) cele (Micromass Platform, TJA ExCell). 61

PERKIN ELMER ELAN 6100DRC prefilter mass analyzer detector vent reaction cell sampler skimmer lens 62

KOLIZNÍ CELA, MICROMASS He, H 2, Xe 10-4 mbar hexapole intermediate ion lens pre-filters 10-5 mbar exit lens conversion dynode quadrupole Daly PMT 250 L/s Turbo pump 70 L/s Turbo pump 70 L/s Turbo pump 63

HEXAPÓL Iron Oxygen Argon Oxyge n Helium 64

DETEKTORY Faraday cup (lower sensitivity and long time constant) for intense ion signals Continous dynode electron multiplier (CEM), such as the channeltron. Discrete dynode electron multiplier. Scintillator + photomultiplier 65

FARADAY CUP 66

CHANNELTRON Ion preamplifier secondary electrons - 3 kv 67

MICROCHANNEL PLATE DETECTOR (MCP) Mikrokanálková deska je vyrobena z vysoce odporového materiálu obvykle 2 mm silného s pravidelnou řadou drobných trubek nebo štěrbin (microchannels) s průměrem přibližně 10µm. Každý mikrokanálek je kontinuální dynoda, tedy elektronový násobič, ve kterém probíhá násobení působením silného elektrického pole. 68

ELEKTRONOVÝ NÁSOBIČ Analog Gate +230v Pulse -2kV Deflector 69

SCINTILÁTOR + FOTONÁSOBIČ 70

SCINTILAČNÍ DETEKTOR HAMAMATSU 71

ANALYTICKÉ VLASTNOSTI Spektra Molekulární ionty Dynamický rozsah Tolerovaní koncentrace solí Přesnost určení izotopových poměrů Správnost/izotopové ředění Meze detekce 72

Intensity, cps DYNAMICKÝ ROZSAH Zvýšení dynamického rozsahu kombinací čítání pulsů a analogového měření. Použití dvoustupňového elektronového násobiče 1,E+10 1,E+09 1,E+08 1,E+07 1,E+06 1,E+05 1,E+04 1,E+03 1,E+02 1,E+01 1,E+00 0,0001 0,01 1 100 10000 Concentration, µg/l 73

POUŽITELNÉ KONCENTRACE ROZPUŠTĚNÉHO VZORKU (SOLNOST) Prakticky použitelné limitní koncentrace 0.1% AlCl 3 0.3% NaCl 20% ve vodě rozpustné organiky Postupné blokování kónusů způsobuje drift; lze jej ovlivnit: Minimalizovat vhodnou délkou proplachu zmlžovače Kompenzovat porovnávacím prvkem Eliminovat použitím flow injection 74

IZOTOPOVÉ POMĚRY QMS je sekvenční, kdežtotof-ms a multikolektor SFMS jsou simultánní. Nejlepší RSD: ICP-QMS: < 0.1% ICP-TOFMS: < 0.1% ICP-MC-SFMS: < 0.01% 75

MEZE DETEKCE PRO NI ICP-SFMS ICP-QMS ICP-TOFMS GF-AAS ICP-AES + USN + ax. ICP-AES + PN 0,0001 0,01 1 100 ng/ml 76

ZHODNOCENÍ INSTRUMENTACE ICP-QMS je workhorse : spolehlivý, relativně levný, víceúčelový, cold plasma, kolizní / reakční cela. ICP-SFMS: Při nízkém RP: bezkonkurenční LOD Při vysokém RP: řešení polyatomických interferencí Multikolektor: Nejpřesnější izotopové poměry. ICP-TOFMS:: Ideální pro transientní signály. 77

LIMITUJÍCÍ FAKTORY ICP/MS roztoky o vysoké koncentraci solí (mořská voda, krev ), které způsobují blokování vstupních kónusů a mění energetické podmínky v plazmatu (nespektrální interference) tvorba polyatomických částic, která může v neznámých vzorcích působit falešné pozitivní signály u analyzovaných prvků (spektrální interference). nespektrální interference lze obvykle redukovat nebo zcela eliminovat díky extrémní citlivosti techniky vhodným naředěním. U spektrálních interferencí polyatomických částic je jejich odhalení a eliminace závislá především na zkušenosti analytika, který by měl před analýzou zcela nového typu vzorků provést důkladný průzkum majoritních složek a posoudit eventuální příčiny vzniku nečekaných polyatomických iontů. 78

BIOLOGIE A MEDICÍNA Vzorky organických tkání nebo tělních tekutin jsou prakticky ideálními typy, neboť obsahují převážně při tlakové mineralizaci snadno odstranitelné prvky jako C, O a N, které se převedou na plyny nebo vodu. Zároveň se stále se prohlubujícími znalosti o mechanizmu působení stopových prvků v metabolismu živých organismů a sledování jejich distribuce v jednotlivých tělních tkáních nebo dokonce i buňkách vede k neustále snaze tyto znalosti rozšiřovat především hledáním jejich biologické aktivity v závislosti na fyzikálně chemické formě jejich výskytu (speciaci). Výsledky sledování specií a jejich aktivity může v řadě případů napomoci k odhalení příčin nemocí nebo různých alergií, přičemž lze často jako vzorek použít nepatrné části orgánů. Často je tak možno analyzovat archeologické vzorky. 79

ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ Obsah toxických kovů v životním prostředí je velmi důležitým parametrem pro posouzení jeho kvality, popřípadě vlivu lidské činnosti na jeho stav. Díky vysoké citlivosti lze analyzovat části rostlin (houby, mechy, lišejníky aj. tzv. hyperakumulátory) nebo těl živočichů (ulity, lastury mořských měkkýšů, tkáně korálů, drobných savců a ryb) schopné akumulovat těžké kovy z okolního prostředí a sledovat změny časové i prostorové distribuce prvků u jednoho jedince. Například sledování obsahu rtuti v jednotlivých vrstvách sedimentů může poskytnout představu u postupných změnách v období řádu desítek až stovek let. Podobně jsou v rámci kontaminace potravních řetězců nejvíce vypovídající skupinou predátoři, neboť v jejich tkáních (především játra, ledviny aj.) se bioakumulací hromadí těžké kovy více než u býložravců. 80

KONTROLA KVALITY POTRAVIN, PITNÉ VODY, LÉČIV V současné době se metodou ICP/MS kontroluje řada potravin a potravinových přípravků, jakož i zemědělských produktů, pitná voda a jiné komodity na obsah vybraných toxických prvků (Pb, Cd, As, Ni, Hg, Be aj.), jejichž povolené obsahy jsou legislativně určeny. Podobně je tomu i u výrobků farmaceutického průmyslu, léčiv nebo léčivých přípravků. 81

PRŮMYSLOVÉ APLIKACE Technika ICP/MS je nasazována pouze v případech, kdy jsou požadovány skutečně nízké detekční limity pro analyzované prvky: při výrobě polovodičů, speciálních a vysoce čistých materiálů. v jaderné energetice se často jedná o kontrolu čistoty chladících medií, kvality výroby i množství vznikajících umělých jaderných izotopů prvků. v ostatních případech je pro poměrně vysokou pořizovací cenu zařízení i relativně drahý provoz ekonomičtější nasazení klasických optických metod či specializovaných jednoúčelových analyzátorů. 82

GEOLOGIE Vysoká citlivost techniky ICP/MS hraje významnou roli při stanovení velmi málo zastoupených prvků (např. drahé kovy, lanthanoidy, uran aj.) v geologických materiálech nebo stanovení obsahu jodu v podzemních vodách. Porovnání vzájemných poměrů jednotlivých prvků vzácných zemin ve vzorcích je používáno k určení geologické historie hornin, neboť jsou přirozenou součástí prakticky všech hornin. Díky podobnosti chemických vlastností je jejich poměr zachován i po roztavení a zpětné krystalizaci nebo po tuhnutí v amorfní podobě, takže si jej hornina nese jako otisk prstu. Jejich vzájemné poměry tak mohou podat informaci o místě vzniku zkoumané horniny nebo o jejím transportu v zemské kůře či na povrchu Země. Významnou aplikací je také lokální mikroanalýza ve spojení s laserovou ablací. 83

IZOTOPOVÉ POMĚRY Většina prvků se v přírodě vyskytuje ve formě několika stabilních izotopů. V přírodě se setkáme i s izotopy nestabilními, jejichž původ je obvykle rovněž přirozený (vznikají na př. působením kosmického záření nebo jadernými reakcemi v zemské kůře). Vedle toho přibývá i počet uměle vyrobených izotopů. Při zjišťování poměru izotopů je nutno dosáhnout velké přesnosti a správnosti získaných dat, neboť koncentrační rozdíly jsou obvykle v řádu jednotek nebo desetin procenta. Pro tyto účely jsou používány sektorové spektrometry v uspořádání s multikolektorem. Jako příklad praktického použití lze uvést např. sledování izotopového zastoupení olova nebo uranu. V přírodě se běžně setkáváme pouze s přirozeným izotopem 204 Pb s průměrným zastoupením 1,4% a třemi produkty jaderného rozpadu uranu nebo thoria izotopy 206 Pb (24,1 %), 207 Pb(22,1%) a 208 Pb (52,3 %). Díky tomu se nepatrně liší vzájemné poměry zmíněných izotopů v závislosti na tom, jaké geologické složení měly dávné horniny. Nejvíce zastoupeným izotopem přírodního uranu je 238 U s výskytem přibližně 99,28 %, dále známe 235 U (asi 0,72%). Technika ICP/MS umožňuje prokázat původ zvýšeného množství uranu v určitých lokalitách (státy bývalé Jugoslávie, Kuvajt nebo Irák), kde díky dělostřeleckému ostřelování došlo v určitých lokalitách k výraznému zvýšení výskytu izotopu 238 U. 84

SPECIACE Pro stanovení fyzikálně-chemických forem existence daného prvku (specií) se nejčastěji uplatňuje kombinace nechromatografických separačních technik (mikrokolonové separace, membranové (barierové) separace, extrakční techniky (l)/(l), (l)/(s) aj., extrakce pevnou fází (SPE), (ko-)precipitace, filtrace a další. Podstatně výhodnější jsou však kombinace ICP/MS a chromatografických a elektromigračních technik (tzv.hyphenated techniques) jako např. IC- ICP/MS, LC-ICP/MS), CE-ICP/MS a další. Významnou výhodou těchto technik je především vysoká citlivost detekce, snadné propojení a možnost snímání přechodových signálů. 85