Analytické vlastnosti ICP-MS
Viktor Kanický
Laboratoř atomové spektrochemie
Ústav chemie Přírodovědecké fakulty
Masarykovy univerzity
2. kurz laserové ablace
3. – 6. května 2010
Komáří Louka – Nová Olešná
Princip ICP-MS
• Technika ICP-MS je založena na měření toku
atomárních iontů z ionizačního zdroje ICP.
• Ionty jsou separovány v MS podle (m/z)
působením elektrického nebo magnetického
pole, případně působením obou polí s vhodným
vzájemným uspořádáním, obvykle z = +1.
• Hmotnostní spektrum – závislost počtu
detekovaných iontů na poměru m/z
• Simultánní a sekvenční spektrometry
Zdroj ICP
• Představuje účinné atomizační prostředí; v
důsledku minimálního podílu molekulárních
iontů jsou pozorovány jen malé a eliminovatelné
spektrální / nespektrální interference.
• Ionizuje téměř všechny prvky pouze do 1.
stupně a polovina prvků periodické soustavy je
ionizována více než z 90%.
• Ionty jsou soustředěny v analytickém kanálu
ICP, což usnadňuje jejich kolekci do MS.
0
20
40
60
80
100
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Ionizační energie (eV)
Stupeňionizace(%)
ne = 1.475x1014cm-3
Tion (Ar) =6680 K
90%
50%
Ar
Obr. 1 Závislost stupně ionizace na ionizační energii
Srovnání ICP–MS a ICP-OES
• Stanovení prvků a izotopů:
– ICP-MS: obojí
– ICP-OES: pouze prvky, při vysoké rozlišovací
schopnosti monochromátoru jen izotopy Li
• Pozadí – jeden z faktorů určujících mez detekce:
– ICP-MS: jen šum detektoru (ideálně pozadí = 0)
– ICP-OES: rekombinační kontinuum argonu
Technika ICP - OES ICP - MS
Zmlžovaný roztok 1 g ml-1 1 g ml-1
Signál S ( pulsy s-1) 6106 fotonů /s 106-107 iontů /s
Pozadí ( pulsy s-1) 6104 fotonů /s 10 iontů /s
Šum pozadí (s-1) Nb 6102 fotonů /s 1 ion/s
S/Nb 104 106-107
Meze detekce 0,1 g l-1  ng l-1
Srovnání ICP–MS a ICP-OES
• Spektrální interference – rušení signálem atomu
/ atomárního iontu:
– ICP-OES: četné spektrální interference, zejména
vlivem přechodných prvků (U, W, Fe, Co, Ni a REE),
103-104 spektrálních čar
– ICP-MS: hmotnostní spektra jsou jednoduchá –
pouze signály izotopů prvků (100-101)
• Spektrální interference – rušení signálem
molekuly / molekulárního iontu
– ICP-OES: eliminace molekulárních spekter má
omezené možnosti: optimalizace podmínek v ICP
– ICP-MS: dtto ICP-OES a dále kolizní/reakční cela
Srovnání ICP–MS a ICP-OES
• Spektrální interference:
– ICP-OES: relativně velký výběr analytických
spektrálních čar
– ICP-MS: omezené varianty jen několika izotopů,
monoizotopické prvky
• Maximální množství vzorku, které lze vnést do
analyzátoru:
– ICP-MS: 0,1 až 0,3 % m/m do spektrometru vstupuje
vzorek ⇒ koroze a kontaminace vstupní clony
(sampling cone), kontaminace detektoru
– ICP-OES: 20% m/m; do spektrometru vstupují pouze
fotony
4800 K
6800 K
5800 K
Prvek s 1. IE = 7 eV
6800 K ~ 98 % ionizace
5800 K ~ 72 % ionizace
4800 K ~ 8 % ionizace
Zvýšení teploty plazmatu
•zvýšením výkonu
•snížením průtoku
nosného plynu
•snížením množství
zaváděného vzorku
Obr. 2
Obr. 3
m
m
R


Δm =m1 –m2
m1m2
Δm =m1 –m2
M
M
M se měří při 50%, 10% nebo 5% z maximální výšky píku
M= FWHM
M
M
R =
50
100
SignálMS
0
Obr. 4
Ion beam image
Collector Slit
R = 400 R = 10 000
Source Slit
Peak Profile
Nízká rozlišovací schopnost Vysoká rozlišovací schopnost
Obr. 5
0
20
40
60
80
100
0 2000 4000 6000 8000 10000
Rozlišovací schopnost (R)
Transmitance(%)
Obr. 6
Obr. 7
Zmlžování a transport aerosolu do ICP
ICP- odpaření, atomizace a ionizace
Plazmová hlavice
Vnášení vzorku – aerosol:
•Vlhký: zmlžování roztoků
•Suchý:
•Laserová ablace
•Elektrotermická vaporizace
Přestup iontů z ICP do MS:
Sampling cone (sampler)
Obr. 8
Přestup iontů z ICP do rozhraní ICP/MS
Obr. 9
Přestup iontů z ICP do rozhraní ICP/MS
Sampling cone
Sampling cone
Skimmer cone
Obr. 10
P0 = atm. P1 =
P2 = 10-2 Pa
d XE
XM
D0 D1XO,X X+
Sampling cone Skimmer cone
Rozhraní ICP / MS
NAZ
IRZPHZ
102 Pa
Machův disk
D – průměry
otvorů
Sampling depth
(hloubka vzorkování)
Vznik Machova disku (M.D.) ve vzdálenosti: XM = 0.67 D0 (P0/P1)1/2
Poloha skimmeru vůči M.D.: XE = 2/3 XM což je 6 - 10 mm.
Obr. 11
Intermediate chamber, iontová optika
Obr. 12
Space charge effect
Obr. 13
Eliminace fotonů
Ionty + fotony Ionty
fotony
Obr. 14