2020 – 05-21 T06 : 30 : 20-04 : 00
https://mindovermetal.orghttps://mindovermetal.org/vi/tai-lieu/lt/nguyen-ly-he-thong-phan-tich-vet-kim-loai-icp-ms-5.htmlhttps://mindovermetal.org/uploads/tai-lieu/2020_04/1587296700.jpg
https://mindovermetal.org/uploads/logo.gif
Inductively coupled plasma mass spectroscopy ( viết tắt là : ICP-MS ) là một kỹ thuật nghiên cứu và phân tích để xác lập dấu vết nồng độ đa nguyên tố và đồng vị trong những mẫu chất lỏng, rắn hoặc khí. Nó tích hợp nguồn plasma argon tạo ion với số lượng giới hạn phát hiện nhạy cảm của phát hiện khối phổ. Mặc dù ICP-MS được sử dụng cho nhiều loại nghiên cứu và phân tích nguyên tố khác nhau, gồm có thử nghiệm dược phẩm và sản xuất thuốc thử, mô-đun này sẽ tập trung chuyên sâu vào những ứng dụng của nó trong nghiên cứu và điều tra tài nguyên và nước. Mặc dù gần giống với ICP-AES ( quang phổ phát xạ nguyên tử plasma tích hợp tự cảm ), ICP-MS có những độc lạ đáng kể, cũng sẽ được đề cập .Inductively coupled plasma mass spectroscopy ( viết tắt là : ICP-MS ) là một kỹ thuật nghiên cứu và phân tích để xác lập dấu vết nồng độ đa nguyên tố và đồng vị trong những mẫu chất lỏng, rắn hoặc khí. Nó tích hợp nguồn plasma argon tạo ion với số lượng giới hạn phát hiện nhạy cảm của phát hiện khối phổ. Mặc dù ICP-MS được sử dụng cho nhiều loại nghiên cứu và phân tích nguyên tố khác nhau, gồm có thử nghiệm dược phẩm và sản xuất thuốc thử, mô-đun này sẽ tập trung chuyên sâu vào những ứng dụng của nó trong điều tra và nghiên cứu tài nguyên và nước. Mặc dù gần giống với ICP-AES ( quang phổ phát xạ nguyên tử plasma tích hợp tự cảm ), ICP-MS có những độc lạ đáng kể, cũng sẽ được đề cập .Inductively coupled plasma mass spectroscopy ( viết tắt là : ICP-MS ) là một kỹ thuật nghiên cứu và phân tích để xác lập dấu vết nồng độ đa nguyên tố và đồng vị trong những mẫu chất lỏng, rắn hoặc khí. Nó tích hợp nguồn plasma argon tạo ion với số lượng giới hạn phát hiện nhạy cảm của phát hiện khối phổ. Mặc dù ICP-MS được sử dụng cho nhiều loại nghiên cứu và phân tích nguyên tố khác nhau, gồm có thử nghiệm dược phẩm và sản xuất thuốc thử, mô-đun này sẽ tập trung chuyên sâu vào những ứng dụng của nó trong điều tra và nghiên cứu tài nguyên và nước. Mặc dù gần giống với ICP-AES ( quang phổ phát xạ nguyên tử plasma phối hợp tự cảm ), ICP-MS có những độc lạ đáng kể, cũng sẽ được đề cập .Hệ thống nghiên cứu và phân tích vết sắt kẽm kim loại ICP-MS ICP-MS là gì ? Nguyên lý, cấu trúc Inductively coupled plasma mass spectroscopy ( viết tắt là : ICP-MS ) là một kỹ thuật nghiên cứu và phân tích để xác lập dấu vết nồng độ đa nguyên tố và đồng vị trong những mẫu chất lỏng, rắn hoặc khí. Nó tích hợp nguồn plasma argon tạo ion với số lượng giới hạn phát hiện nhạy cảm của phát hiện khối phổ. Mặc dù ICP-MS được sử dụng cho nhiều loại nghiên cứu và phân tích nguyên tố khác nhau, gồm có thử nghiệm dược phẩm và sản xuất thuốc thử, mô-đun này sẽ tập trung chuyên sâu vào những ứng dụng của nó trong điều tra và nghiên cứu tài nguyên và nước. Mặc dù gần giống với ICP-AES ( quang phổ phát xạ nguyên tử plasma tích hợp tự cảm ), ICP-MS có những độc lạ đáng kể, cũng sẽ được đề cập .
Thiết bị và quản lý và vận hành cơ bản
Như trong Hình 1.6.1, có một số ít thành phần cơ bản của thiết bị ICP-MS, gồm có giao diện lấy mẫu, bơm nhu động dẫn đến máy phun sương, buồng phun, đèn khò plasma, máy dò, giao diện và ion – mạng lưới hệ thống lấy nét, thiết bị tách khối và buồng chân không, được duy trì bằng bơm phân tử turbo. Hoạt động cơ bản hoạt động giải trí như sau : một mẫu chất lỏng được bơm vào máy phun sương để chuyển mẫu thành dạng phun. Một tiêu chuẩn nội bộ, ví dụ điển hình như gecmani, được bơm vào một máy trộn cùng với mẫu trước khi phun sương để bù cho những hiệu ứng ma trận. Các giọt lớn được lọc ra và những giọt nhỏ liên tục vào mỏ hàn plasma, chuyển thành những ion. Thiết bị phân tách khối lượng tách những ion này dựa trên tỷ suất khối lượng-tính phí của chúng. Sau đó, một máy dò ion quy đổi những ion này thành tín hiệu điện, được nhân và đọc bằng ứng dụng máy tính
Hình 1.6.1 : Sơ đồ diễn đạt những thành phần cơ bản của mạng lưới hệ thống ICP-MS. Chuyển thể từ R. Thomas, Hướng dẫn thực hành thực tế về ICP-MS : Hướng dẫn cho người mới khởi đầu, CRC Press, Boca Raton, 2 nd edn. ( 2008 ) .
Sự độc lạ giữa ICP-MS và ICP-AES
Sự độc lạ chính giữa ICP-MS và ICP-AES là phương pháp mà những ion được tạo và phát hiện. Trong ICP-AES, những ion bị kích thích bởi plasma thẳng đứng, phát ra những photon được tách ra trên cơ sở bước sóng phát xạ của chúng. Như ý niệm của tên, ICP-MS tách những ion, được tạo ra bởi plasma ngang, trên cơ sở tỷ suất khối lượng-tính phí của chúng ( m / z ). Trong thực tiễn, cần thận trọng để ngăn những photon tiếp cận máy dò và tạo ra nhiễu nền. Sự độc lạ trong giải pháp hình thành và phát hiện ion có tác động ảnh hưởng đáng kể đến độ nhạy tương đối của hai kỹ thuật. Mặc dù cả hai giải pháp đều có năng lực nghiên cứu và phân tích đa yếu tố rất nhanh, thông lượng cao ( ~ 10 – 40 yếu tố mỗi phút mỗi mẫu ), ICP-MS có số lượng giới hạn phát hiện từ vài ppt đến vài trăm ppm, so với ppb-ppm khoanh vùng phạm vi ( ~ 1 ppb – 100 ppm ) của ICP-AES. ICP-MS cũng hoạt động giải trí trên tám bậc độ phát hiện cường độ so với ICP-AES Sáu sáu. Do độ nhạy thấp hơn, ICP-MS là một mạng lưới hệ thống đắt tiền hơn. Một sự độc lạ quan trọng khác là chỉ ICP-MS hoàn toàn có thể phân biệt giữa những đồng vị khác nhau của một nguyên tố, vì nó phân tách những ion dựa trên khối lượng. Một so sánh của hai kỹ thuật được tóm tắt trong bảng này .
Bảng
: So sánh ICP-MS và ICP-AES .
ICP-MS
ICP-AES
Plasma
Ngang : tạo cation
Dọc : kích thích những nguyên tử, phát ra photon
Phát hiện ion
Tỷ lệ khối lượng tính phí
Bước sóng của ánh sáng phát ra
Giới hạn phát hiện
1-10 ppt
1-10 ppb
Phạm vi thao tác
8 bậc độ lớn
6 bậc độ lớn
Thông lượng
20-30 nguyên tố mỗi phút
10-40 nguyên tố mỗi phút
Phát hiện đồng vị
Đúng
Không
Giá cả
~ 150.000 đô la
~ 50.000 đô la
Phát hiện đa yếu tố
Đúng
Đúng
Quang phổ
Có thể Dự kiến, ít hơn 300
Số lượng lớn hơn nhiều và phức tạp hơn để sửa
Phụ kiện liên tục
Hóa hơi điện, cắt laser, sắc ký lỏng hiệu năng cao, v.v.
Hiếm
Chuẩn bị mẫu
Với kích cỡ mẫu nhỏ như vậy, phải cẩn trọng để bảo vệ rằng những mẫu được tích lũy là đại diện thay mặt cho vật tư khối. Điều này đặc biệt quan trọng có tương quan trong đá và tài nguyên, hoàn toàn có thể đổi khác lớn về hàm lượng nguyên tố từ vùng này sang vùng khác. Lấy mẫu ngẫu nhiên, tổng hợp và tích hợp là mỗi cách tiếp cận khác nhau để lấy mẫu đại diện thay mặt .
Do ICP-MS hoàn toàn có thể phát hiện những yếu tố ở nồng độ dưới dạng vài nanogram mỗi lít ( phần nghìn tỷ ), ô nhiễm là yếu tố rất nghiêm trọng tương quan đến việc tích lũy và tàng trữ mẫu trước khi đo. Nói chung, việc sử dụng những dụng cụ thủy tinh nên được giảm thiểu, do những tạp chất bị rò rỉ từ thủy tinh hoặc sự hấp thụ chất nghiên cứu và phân tích bằng thủy tinh. Nếu sử dụng thủy tinh, nó cần được rửa định kỳ bằng chất oxy hóa mạnh, ví dụ điển hình như axit cromic ( H2Cr2O7 ) hoặc chất tẩy thủy tinh thương mại. Về mặt vật chứa mẫu, nhựa thường tốt hơn thủy tinh, polytetrafluoroetylen ( PTFE ) và Teflon ® được coi là loại nhựa sạch nhất. Tuy nhiên, ngay cả những vật tư này hoàn toàn có thể chứa những chất gây ô nhiễm hoàn toàn có thể lọc được, ví dụ điển hình như những hợp chất phốt pho hoặc bari. Tất cả những vật chứa, pipet, đầu pipet và những loại tựa như nên được ngâm trong 1 – 2 % HNO3. Axit nitric được ưu tiên hơn HCl HCl, hoàn toàn có thể ion hóa trong huyết tương để tạo thành Cl1635O + và Ar3540Cl +, có tỷ suất khối lượng tựa như như V + 51 và As + 75, tương ứng. Nếu hoàn toàn có thể, những mẫu phải được chuẩn bị sẵn sàng càng gần càng tốt với dụng cụ ICP-MS mà không ở trong cùng một phòng .
Ngoại trừ những mẫu rắn được nghiên cứu và phân tích bằng giải pháp cắt bỏ bằng laser ICP-MS, những mẫu phải ở dạng lỏng hoặc dung dịch. Chất rắn được nghiền thành bột mịn với cối và chày và cho qua rây lưới. Thường thì mẫu tiên phong được vô hiệu để tránh nhiễm bẩn từ vữa hoặc rây. Bột sau đó được tiêu hóa bằng axit đậm đặc siêu tinh khiết hoặc những tác nhân oxy hóa, như axit chloric ( HClO3 ), và pha loãng theo đúng thứ tự cường độ với axit nitric loại 1 – 2 % .
Khi ở dạng lỏng hoặc dung dịch, những mẫu phải được pha loãng với HClO3 siêu tinh khiết 1 – 2 % đến nồng độ thấp để tạo ra cường độ tín hiệu thấp hơn khoảng chừng 106 đếm. Không phải toàn bộ những yếu tố có cùng nồng độ với đối sánh tương quan cường độ ; do đó, sẽ bảo đảm an toàn hơn khi kiểm tra những mẫu lạ trên ICP-AES thứ nhất. Sau khi pha loãng đúng cách, mẫu phải được lọc qua màng 0,25 – 0,45 μm để vô hiệu những hạt
Các mẫu khí cũng hoàn toàn có thể được nghiên cứu và phân tích bằng cách tiêm trực tiếp vào dụng cụ. Ngoài ra, thiết bị sắc ký khí hoàn toàn có thể được ghép nối với máy ICP-MS để tách nhiều khí trước khi đưa vào mẫu .
Tiêu chuẩn
Các tiêu chuẩn đa yếu tố và đơn nguyên tố hoàn toàn có thể được mua thương mại và phải được pha loãng thêm với axit nitric 1 – 2 % để sẵn sàng chuẩn bị những nồng độ khác nhau cho thiết bị để tạo đường cong hiệu chuẩn, sẽ được ứng dụng máy tính đọc để xác lập nồng độ chưa biết của mẫu. Cần có một số ít tiêu chuẩn, gồm có nồng độ dự kiến của mẫu. Các mẫu trọn vẹn không xác lập phải được thử nghiệm trên những dụng cụ ít nhạy cảm hơn, ví dụ điển hình như ICP-AES hoặc EDXRF ( huỳnh quang tia X phân tán nguồn năng lượng ), trước ICP-MS .
Hạn chế của ICP-MS
Mặc dù ICP-MS là một kỹ thuật can đảm và mạnh mẽ, người dùng nên nhận thức được những hạn chế của nó. Thứ nhất, cường độ tín hiệu đổi khác theo từng đồng vị và có một nhóm lớn những yếu tố không hề được phát hiện bởi ICP-MS. Điều này gồm có H, He và hầu hết những nguyên tố khí, C và những nguyên tố không có đồng vị Open tự nhiên, gồm có hầu hết những loại thuốc tím .
Có nhiều loại nhiễu khác nhau hoàn toàn có thể xảy ra với ICP-MS, khi những loài hình thành plasma có cùng khối lượng với những loại nghiên cứu và phân tích ion hóa. Những can nhiễu này hoàn toàn có thể Dự kiến được và hoàn toàn có thể được sửa chữa thay thế bằng những phương trình hiệu chỉnh thành phần hoặc bằng cách nhìn nhận những đồng vị có độ nhiều mẫu mã tự nhiên thấp hơn. Sử dụng khí hỗn hợp với nguồn argon cũng hoàn toàn có thể làm giảm nhiễu .
Độ đúng mực của ICP-MS nhờ vào rất nhiều vào kỹ năng và kiến thức và kỹ thuật của người dùng. Các chế phẩm chuẩn và mẫu yên cầu sự chăm nom tối đa để ngăn ngừa những đường cong hiệu chuẩn và nhiễm bẩn không đúng mực. Như được minh họa dưới đây, một sự hiểu biết thấu đáo về hóa học là thiết yếu để Dự kiến những loài xung đột hoàn toàn có thể được hình thành trong huyết tương và tạo ra dương thế giả. Mặc dù người dùng thiếu kinh nghiệm tay nghề hoàn toàn có thể có được hiệu quả khá thuận tiện, những tác dụng đó hoàn toàn có thể không đáng đáng tin cậy. Giao thoa quang phổ và hiệu ứng ma trận là những yếu tố mà người dùng phải thao tác chịu khó để khắc phục .
Ứng dụng : Phân tích mẫu khoáng và nước
Để minh họa những năng lực của ICP-MS, những ứng dụng địa hóa khác nhau như được diễn đạt. Các ví dụ được chọn là đại diện thay mặt cho những loại điều tra và nghiên cứu phụ thuộc vào nhiều vào ICP-MS, nêu bật những năng lực độc lạ của nó .
Phân tích nguyên tố vi lượng
Với thông lượng cao, ICP-MS đã nghiên cứu và phân tích nhạy cảm về phát hiện đa yếu tố trong những mẫu đá và tài nguyên khả thi. Các điều tra và nghiên cứu về những thành phần vi lượng trong đá hoàn toàn có thể bật mý thông tin về sự tiến hóa hóa học của lớp phủ và lớp vỏ. Ví dụ, những xenolit spinel peridotit ( Hình 1.6.2 ), là những mảnh đá lửa có nguồn gốc từ lớp phủ, đã được nghiên cứu và phân tích cho 27 nguyên tố, gồm có lithium, scandium và titan ở những phần trên một triệu cấp và yttri, lutetium, tantalum và hafnium tính theo phần tỷ. Huỳnh quang tia X được sử dụng để bổ trợ cho ICP-MS, phát hiện sắt kẽm kim loại ở nồng độ lớn. Cả hai mẫu chất lỏng và rắn đều được nghiên cứu và phân tích, mẫu thứ hai được thực thi bằng chiêu thức cắt đốt bằng laser ICP-MS, trong đó chỉ ra tính linh động của kỹ thuật được sử dụng song song với những loại khác. Để sẵn sàng chuẩn bị những mẫu dung dịch, những khoáng chất tinh khiết quang học được sonicated trong 3 M HCl, sau đó 5 % HF, sau đó 3 M HCl một lần nữa và hòa tan trong nước cất. Các mẫu rắn được chuyển thành huyết tương bằng giải pháp cắt đốt bằng laser trước khi tiêm vào máy phun sương của thiết bị LA-ICP-MS. Kết quả cho thấy sự thỏa thuận hợp tác tốt giữa giải pháp cắt đốt bằng laser và chiêu thức giải pháp. Hơn nữa, nghiên cứu và điều tra tổng lực này làm sáng tỏ hành vi phân vùng của những yếu tố không thích hợp, do kích cỡ và điện tích của chúng, gặp khó khăn vất vả khi vào những vị trí cation trong tài nguyên. Ở lớp phủ trên, những nguyên tố vi lượng không thích hợp, đặc biệt quan trọng là bari, niobi và tantalum, được tìm thấy nằm trong những túi thủy tinh trong những mẫu peridotite .
Hình 1.6.2 : Cấu trúc tinh thể của một spinel nổi bật, công thức chung
Phân tích nguyên tố nước
Một nghành quan trọng khác của địa chất yên cầu kiến thức về những thành phần nguyên tố vi lượng là nghiên cứu và phân tích nước. Để chứng tỏ năng lực khá đầy đủ của ICP-MS như một kỹ thuật nghiên cứu và phân tích trong nghành nghề dịch vụ này, những nhà nghiên cứu nhằm mục đích mục tiêu sử dụng nhận dạng những sắt kẽm kim loại vi lượng có trong nước ngầm để xác lập dấu vân tay cho một nguồn nước đơn cử. Trong một điều tra và nghiên cứu, nghiên cứu và phân tích của bốn lò xo Nevada khác nhau đã xác lập nghiên cứu và phân tích sắt kẽm kim loại vi lượng theo phần tỷ và thậm chí còn phần nghìn tỷ ( ng / L ). Bởi vì chúng xuất hiện ở nồng độ thấp như vậy, những mẫu chứa những nguyên tố đất hiếm lutetium, thulium và terbium đã được kết tủa bằng cột trao đổi cation để cho phép phát hiện ở 0,05 ppt. Đối với một số ít đồng vị, những hiệu chỉnh đặc biệt quan trọng thiết yếu để lý giải cho những dương thế giả, được tạo ra bởi những phân tử hình thành plasma có cùng tỷ suất khối lượng-điện tích như những ion đồng vị. Chẳng hạn, dương thế giả cho Sc ( m / z = 45 ) hoặc Ti ( m / z = 47 ) hoàn toàn có thể là tác dụng của CO2H + ( m / z = 45 ) hoặc PO + ( m / z = 47 ) ; và BaO + ( m / z = 151, 153 ) xung đột với Eu-151 và Eu-153. Trong trường hợp sau, bari có nhiều đồng vị ( 134, 135, 136, 137, 138 ) với nhiều mức độ khác nhau, Ba-138 gồm có 71,7 % lượng bari dồi dào. ICP-MS phát hiện những đỉnh tương ứng với BaO + cho toàn bộ những đồng vị. Do đó, những nhà nghiên cứu đã hoàn toàn có thể ước tính nồng độ europium đúng mực hơn bằng cách theo dõi đỉnh bari không can thiệp và ngoại suy trở lại nồng độ barium trong mạng lưới hệ thống. Nồng độ này đã được loại trừ để phân phối một nồng độ europium thực tiễn hơn. Bằng cách sử dụng những kế hoạch như vậy, những tác dụng dương thế giả hoàn toàn có thể được tính đến và sửa chữa thay thế. Ngoài ra, tiêu chuẩn nội bộ 10 ppb đã được thêm vào toàn bộ những mẫu để kiểm soát và điều chỉnh những biến hóa trong ma trận mẫu, độ nhớt và tích tụ muối trong suốt quy trình tích lũy. Tổng cộng, 54 yếu tố đã được phát hiện ở những Lever lê dài bảy bậc độ lớn. Nghiên cứu này cho thấy độ nhạy và khoanh vùng phạm vi hoạt động giải trí đáng kinh ngạc của ICP-MS
Xác định hàm lượng thạch tín
Phân tích nguyên tố trong nước cũng rất quan trọng so với sức khỏe thể chất của những loài thủy hải sản, ở đầu cuối hoàn toàn có thể ảnh hưởng tác động đến hàng loạt chuỗi thức ăn, gồm có cả con người. Với tâm lý này, hàm lượng asen được xác lập trong nước ngọt và những sinh vật dưới nước ở sông Hayakawa ở Kanagawa, Nhật Bản, nơi có nồng độ asen rất cao do nguồn suối nước nóng ở Thung lũng Owakudani. Trong khi những mẫu nước được lọc đơn thuần và trước khi nghiên cứu và phân tích, những sinh vật cần chuẩn bị sẵn sàng đặc biệt quan trọng, để thích hợp với bộ lấy mẫu. Các sinh vật được tích lũy cho điều tra và nghiên cứu này gồm có bọ nước, macroalga xanh, cá và động vật hoang dã giáp xác. Để xác lập tổng hàm lượng, những mẫu được làm đông khô để vô hiệu toàn bộ nước khỏi mẫu để biết thể tích đúng mực sau cuối khi bán lại. Tiếp theo, những mẫu được nghiền thành bột, sau đó ngâm trong axit nitric, làm nóng ở 110 ° C. Mẫu sau đó được gia nhiệt bằng hydro peroxide, pha loãng và lọc qua màng 0,45 μm. Giao thức này Giao hàng để oxy hóa hàng loạt mẫu và vô hiệu những hạt lớn trước khi đưa vào thiết bị ICP-MS. Các mẫu không được tiêu hóa đúng cách hoàn toàn có thể tích tụ trên mỏ hàn plasma và gây ra thiệt hại đắt tiền cho dụng cụ. Vì plasma quy đổi mẫu thành những thành phần ion khác nhau, không thiết yếu phải biết đúng mực những mẫu sản phẩm oxy hóa trước khi trình làng mẫu. Ngoài tổng hàm lượng As, nồng độ As của những hợp chất chứa asen hữu cơ khác nhau ( arsenicals ) được tạo ra trong những sinh vật được đo bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao phối hợp với ICP-MS ( HPLC / ICP-MS ). Các arsenical được phân tách bằng HPLC trước khi đi vào thiết bị ICP-MS để xác lập nồng độ As. Trong thí nghiệm này, những hợp chất hữu cơ được chiết xuất từ những mẫu sinh học bằng cách hòa tan những mẫu đông khô trong dung dịch metanol / nước, sonicating và ly tâm. Dịch chiết được sấy khô trong chân không, hòa tan trong nước và được lọc trước khi nạp. Tuy nhiên, điều này không lý giải cho toàn bộ những hợp chất, vì hơn 50 % arsenical không tan trong dung dịch nước. Một loại sản phẩm phụ plasma quan trọng cần tính đến là ArCl +, có cùng tỷ suất khối lượng-tính phí ( m / z = 75 ) như As. Điều này đã được khắc phục bằng cách oxy hóa những ion arsenic trong thiết bị tách khối trong buồng chân không ICP-MS để tạo ra AsO +, với m / z 91. Tổng nồng độ arsen của những mẫu xê dịch trong khoảng chừng 17 – 18 ppm .
Source: https://mindovermetal.org
Category: Wiki là gì
