ICP-OES, ICP-MS и AAS

| 550 Время чтения:

Сравнение методов анализа спектрометров на индуктивно-связанной плазме, масс-спектрометров и атомно-абсорбционных спектрометров

1. Введение

Оптическая спектрометрия на индуктивно-связанной плазме (ICP-OES) представляет собой привлекательную технологию, заставившую многих исследователей задуматься, будет ли разумнее приобрести ICP-OES или же продолжать придерживаться привычной технологии атомной абсорбции (AAS) (1). В последнее время в качестве стандартного средства анализа представляется новая и более дорогая технология, масс-спектрометрия на индуктивно-связанной плазме (ICP-MS) (2).

Технология ICP-MS изначально предлагает, хоть и по более высокой цене, преимущества ICP-OES и пределы детектирования атомно-абсорбционной спектрометрии на графитовом стержне (GF-AAS). Не смотря на знаменитое предсказание Фассела, "…что атомно-абсорбционная спектроскопия отомрет к 2000 году…", недорогие пламенные атомно-абсорбционные спектрометры всегда найдут применение в маленьких лабораториях с простыми запросами.

В данной статье вкратце описаны все три технологии и подчеркиваются важные критерии, по которым оценивается их применимость к Вашим аналитическим задачам. В Таблице 1 дан контрольный перечень типичных аналитических требований, который может помочь в оценке данных методов анализа.

Таблица 1. Контрольный перечень аналитических требований

1.

Сколько образцов в неделю?

2.

Типы образцов? (Металлы, горные породы, жидкие промышленные отходы, почвы, и т.д.)

3.

Какой метод растворения можно применять?

4.

Сколько и какие элементы должны быть определены?

5.

Имеет ли значение наличие хлора (опция анализа дальнего УФ диапазона в некоторых ICP-OES спектрометрах?

6.

Каковы диапазоны концентрации?

7.

Какого объема образцы могут быть исследованы?

8.

Какие еще опции/вспомогательные устройства принимаются во внимание? Почему?

9.

Насколько для Вас важна изотопная информация?

10.

Какую сумму Вы можете потратить на приобретение или лизинг прибора?

11.

Какова стоимость владения и текущие затраты на методы, необходимые для покрытия предъявляемых требований?

12.

Какой уровень подготовки Вашего оператора?

Многие люди с опытом использования ICP-OES считают ICP-MS плазмой с масс-спектрометром в качестве детектора. Масс-спектроскописты предпочитают описывать ICP-MS как масс спектрометрию с плазменным источником. В любом случае, этот метод способен предоставлять изотопную информацию. Данная информация может помочь в преодолении многих проблем "спектральной" интерференции, имеющих место в масс спектрометре.

В общих чертах, система ввода образцов и плазма в спектрометрах ICP-OES и ICP-MS выглядят схоже. В технологии ICP-OES оптический спектр с типичным диапазоном 165-800 нм просматривается и измеряется, последовательно либо синхронно. Синхронный ICP-OES спектрометр может быстрее определять большое количество элементов, но является более дорогим, чем последовательный ICP-OES спектрометр. Это сильно зависит от количества элементов и необходимых концентраций. С недавнего времени некоторые ICP-OES спектрометры могут достигать до 120 нм (3), тем самым позволяя детектировать Cl на первичной длине волны 134,664 нм с sub-ppm пределами детектирования.

Спектрометр ICP-MS извлекает ионы, произведенные в плазме, в интерфейс, состоящий из конуса образца и конуса skimmer (отборника). Эта конфигурация позволяет дифференциально снизить давление от атмосферного давления до окончательного давления между 10-5 и 10-7 торр. Ионы, прошедшие через интерфейс, направляются через ионную оптику, которая оптимизирует траектории ионов, устраняя нейтральные образцы и свет, обычно с помощью фотонных ловушек. Затем ионы проходят сквозь масс фильтр, как правило, квадрупольную линзу, прежде чем отобранные ионы достигнут детектора.

Спектрометр ICP-MS предоставляет информацию для каждой атомной единицы массы (amu), или в дальтонах. Отношение массы иона к его заряду отображается и помечается m/z, в диапазоне массы 3-250 дальтон. Изотопную информацию можно использовать несколькими способами, включая измерения изотопных соотношений, часто используемые для Pb и U, которые не имеют постоянно присущего относительного содержания, и анализ образцов с неприсущими изотопными содержаниями.

Изотопное разбавление представляет собой метод ввода образцов с известной концентрацией чистого изотопа для очень точного определения концентрации элемента. Предварительным условием этой технологии является то, что анализируемый элемент должен иметь больше чем один изотоп.

Рисунок 1. Типичный квадрупольный ICP-MS спектрометр



Рисунок 2. Типичный последовательный ICP-OES (монохроматор) спектрометр

Рисунок 3. Типичный двухлучевой AAS спектрометр

 

2. Пределы детектирования

Пределы детектирования ICP-MS спектрометров очень впечатляют (Таблица 3, стр. 10). Большинство пределов детектирования растворов находятся в диапазоне 1-10 частей на триллион (ppt). Этот показатель так же хорош, или лучше, чем у спектрометров GF-AAS, для большинства элементов в чистой воде, а также он покрывает намного большее количество элементов. ICP-OES спектрометры обычно характеризуются на два-три порядка величины худшими пределами детектирования по сравнению с ICP-MS, с большинством элементов в диапазоне 1-10 частей на биллион (ppb).

В последнее время появился ICP-OES спектрометр (11) с впечатляющими пределами детектирования в sub-ppb диапазоне для некоторых элементов, при использовании высокоразрешающего монохроматора с радиально наблюдаемой плазмой. Другие спектрометры смогли несколько улучшить свои показатели при использовании аксиально отображаемой индуцированной плазмы, хотя такому отображению свойственны проблематичные матричные эффекты.

Следует, однако, заметить, что выше приведенный комментарий о пределах детектирования ICP-MS спектрометров относится к простым растворам с низкими уровнями содержания других растворенных веществ. По пределам детектирования, относящимся к концентрациям в сухих веществах, преимущество ICP-MS может существенно снизиться до 50 раз по причине худшей способности анализа растворенных в воде веществ. Некоторые распространенные более легкие элементы (напр., S, Ca, Fe, K и Se) имеют сильные интерференции в спектрометрах ICP-MS, что существенно ухудшает пределы детектирования.

Способность осуществления анализа в дальнем УФ диапазоне, присущая некоторым ICP-OES спектрометрам, открыла возможность для некоторых новых применений, в особенности анализа присутствия Cl в маслах. В современных ICP-MS спектрометрах сейчас часто ликвидируют возможность работы с отрицательными ионами с целью снижения стоимости производства. Это привело к тому, что ICP-OES спектрометры остались единственным средством атомной спектроскопии, способным определять Cl, Br, и I.

Пламенный атомно-абсорбционный спектрометр обычно характеризуется худшими пределами детектирования, чем ICP-OES, за исключением анализа щелочных металлов, напр., Na, K.

3. Типы интерференций

Три метода анализа демонстрируют различные типы и сложность интерференционных проблем. По этой причине мы рассмотрим каждый метод в отдельности.

3.1. Интерференции в ICP-MS
3.1.1. Спектральные интерференции

Спектральные интерференции в ICP-MS спектрометрах предсказуемы и их число меньше 300. Полиатомные и изобарные интерференции имеют место, когда изотоп имеет схожую массу с аналитом, вследствие чего разрешение спектрометра (обычно около 0,8 дальтон) не позволяет разрешить его, напр., 58Ni на 58Fe, 40Ar на 40Ca, 40Ar16O на 56Fe, или 40Ar-40Ar на 80Se.

Можно использовать элементные уравнения (схожие по принципу с внутри-элементной коррекцией в ICP-OES спектрометрах). Во многих случаях можно применять альтернативные изотопы с меньшим присущим относительным содержанием. Использование смешанных газов (небольшой процент других газов, таких как азот или аммиак, добавленный к основному газу аргону) иногда может быть эффективен в снижении интерференций.

В недавнее время метод соударения клеток предоставил ICP-MS спектроскопистам возможность измерения малых концентраций с использованием таких оптимальных масс. Однако критические комментарии в промышленности пока еще предостерегают от применения данного метода в проведении рутинных исследований. Оптимальный выбор газа все еще составляет проблему, особенно для лабораторий, осуществляющих повседневные повторяющиеся исследования.

Фон в ICP-MS спектрометре так низок, обычно <10 счет/сек., что не представляет проблемы. Это и является основной причиной превосходных пределов детектирования ICP-MS систем. 

3.1.2. Матричные кислоты

Следует особенно отметить, что HCl, HClO4, H3PO4 и H2SO4 могут создавать существенные спектральные проблемы. Полиатомные интерференции вызываются ионами Cl+, P+, S+ в сочетании с другими матричными элементами, такими как Ar+, O+, H+. Примеры: 35Cl40Ar на 75As и 35Cl16O на 51V.

Избежание наличия HCl, HClO4, H3PO4 и H2SO4 в ICP-MS спектрометре является первостепенным (Таблица 5, стр. 11) в большинстве исследований. Если это не представляется возможным, можно использовать разделяющую хроматографию (микро-столбцы) до ввода образца в плазму. Многие предпочитают этот метод, так как он позволяет избавиться от нежелательных изотопов, а также дает возможность в то же время увеличить концентрацию. Другими методами, используемыми для преодоления этих проблем, являются: электро-термическое выпаривание (ETV) и использование смешанных газов. Еще одной очень дорогой альтернативой является высокоразрешающий ICP-MS спектрометр с магнитным сектором, который может разрешать массы меньше 0,1 дальтона. Это позволяет устранить многие спектральные интерференции. Опять же, метод соударения клеток может в будущем предложить преимущества в устранении таких интерференций на рутинной основе.

Растворы для ICP-MS анализа обычно готовятся в азотной кислоте, однако, иногда следует проявить осторожность (Таблица 4, стр. 10). 

3.1.3. Ионы с двойным зарядом

Любые ионы с двойным зарядом могут создавать спектральную интерференцию на половину m/z однозарядных ионов, напр., 138Ba++ на 69Ga+ или 208Pb++ на 104Ru+. Эти интерференции немногочисленны и могут быть существенно снижены или устранены путем оптимизации системы до начала анализа. 

3.1.4. Матричные эффекты

Эффекты переноса включают эффекты распылительной камеры (эффект "адаптации") и различия в вязкости между пробными растворами и калибровочными стандартами. Это приводит к изменению эффективности производства аэрозоля от раствора к раствору. Как правило, требуется подбор матрицы, хотя в качестве альтернативного метода может использоваться внутренняя стандартизация. Высокая скорость сканирования ICP-MS спектрометра действительно дает превосходные результаты при использовании внутреннего стандарта.

3.1.5. Ионизация

Эффекты ионизации могут создаваться образцами, содержащими высокие концентрации элементов Группы I и II. Могут понадобиться подбор матрицы, разбавление образца, стандартная примесь, разбавление изотопов, извлечение или отделение с помощью хроматографии. Подавители ионизации не могут использоваться из-за растворенных в воде веществ.

3.1.6. Эффекты пространственного заряда

Эффекты пространственного заряда главным образом происходят позади skimmer конуса, где чистая плотность заряда становится сильно отличной от нуля. Высокая плотность ионов ведет к взаимодействию между ионами, присутствующими в ионном луче, создавая предпочтительную потерю световых ионов в присутствии тяжелых ионов, напр., Pb+ на Li+. Эти эффекты могут компенсироваться подбором матрицы или тщательным выбором внутренних стандартов вдоль диапазона массы аналитов, хотя это может быть затруднительно осуществить на практике. Разбавление изотопов будет эффективно, но дорого, а самым простым и наиболее эффективным методом является разбавление образца.

 

3.2. Интерференции в ICP-OES

3.2.1. Спектральные интерференции

Спектральные интерференции в ICP-OES более многочисленны, и их сложнее устранить. В ICP-OES документировано более 50 000 спектральных линий, и матрица может создавать значительные проблемы, что вынуждает использовать высокоразрешающие спектрометры при анализе таких образцов, как металлы, химические вещества, горные породы. Межэлементная коррекция и спектральная очистка, широко применяемые в синхронной ICP-OES спектрометрии, дают лишь ограниченный положительный эффект по причине возрастания неопределенности.

Фон в ICP-OES может быть повышен или структурирован, что требует автономной коррекции фона. Сложная динамическая коррекция фона, если таковая имеется, очень полезна в улучшении точности анализа. Различные молекулярные соединения, такие как OH, дают пики или полосы, которые могут создавать аналитические проблемы при низких концентрациях аналитов, ухудшая пределы детектирования для реальных образцов.

3.2.2. Эффекты матрицы

Как и в ICP-MS, ICP-OES может использовать внутренние стандарты для преодоления эффектов матрицы, таких как эффекты "адаптации" распылительной камеры и разницы в вязкости между образцами и калибровочными стандартами.

3.2.3. Ионизация

Интерференцию от легко ионизируемых элементов можно минимизировать путем тщательного выбора условий каждого элемента или путем добавления подавителя ионизации, т.е. добавив избыток элемента Группы I.

 

3.3. Интерференции в GF-AAS (AAS с графитовым нагревательным стержнем)

3.3.1. Спектральные интерференции

В GF-AAS присутствует лишь незначительное количество спектральных интерференций, если применяется дейтериевая фоновая коррекция, напр., влияние Fe на Se, на 196,0 нм, но эти редкие интерференции можно исключить при использовании спектрометра GF-AAS Зеемана.

3.3.2. Фоновый шум

Для многих матриц требуется внимательное планирование этапа золообразования, чтобы минимизировать фоновый сигнал во время распыления.

Использование химических модификаторов может оказаться полезным в увеличении допустимой температуры золы. Например, химический модификатор Ni для определения Se позволяет поднять температуру золы до 1000 ºC до потери Se. Применение фоновой коррекции Зеемана может улучшить точность анализа по сравнению с фоновой коррекцией дугой D2, используемой во многих GF-AAS применениях.

3.3.3. Интерференции фазы испарения

Они могут вызываться распылением аналита в среду охлаждающего газа. Эти интерференции в последнее время были снижены с помощью конструкции изотермической трубки и использования платформ, задерживающих распыление аналита, вследствие чего образец распыляется в среду горячего инертного газа.

3.3.4. Эффекты матрицы

Эффекты матрицы проявляются изменяющимся удержанием аналита на графитовой трубке в зависимости от типа образца. Сухие и зольные стадии могут оказывать сильное влияние на форму переходного пика. Использование матричных модификаторов (напр., PdCl2) и горячее впрыскивание могут быть достаточно эффективными в снижении этих эффектов, а в некоторых случаях полезно использовать измерение пиковой зоны. 

3.4. Интерференции в пламенных AAS

3.4.1. Химические интерференции

Из-за низкой температуры пламени воздух/ацетилен (2,200 ºC), присутствует много химических интерференций, например, PO4 на Ca и влияние драгоценных металлов на другие драгоценные металлы. Использование "освобождающих агентов" может устранить эти эффекты, напр., хлорид лантана для Ca в фосфатных растворах и оксид урана или оксид лантана для драгоценных металлов. Список очень длинный, поэтому методология включает много трудозатрат по улучшению точности до того, как рутинный анализ может быть принят. Во многих случаях эти интерференции хорошо документированы, но работа с опорными материалами может зачастую быть полезна для улучшения точности анализа.

3.4.2. Эффекты матрицы

Пламенная атомно-абсорбционная спектроскопия, как и ICP-MS и ICP-OES, использует распылитель и разбрызгиватель, таким образом, ей характерны похожие интерференции, такие как разницы в вязкости между образцами и калибровочными стандартами. Подбор матрицы зачастую является обязательным (из-за прямого всасывания образца), и часто используется метод стандартных добавок, особенно потому, что внутренний стандарт на современных атомно-абсорбционных спектрофотометрах невозможен. Эффектов "адаптации" распылительной камеры в пламенной AAS меньше из-за большого размера капли и объема аэрозоля в распылительной камере.

3.4.3. Фоновые эффекты

В большинстве применений пламя создает различный спектральный фон для различных образцов по сравнению с контрольными пробами и стандартами. По этой причине многие элементы определяются с использованием фоновой коррекции, что включает применение непрерывного источника D2

4. Простота использования

В проведении рутинных исследований технология ICP-OES достигла такого уровня автоматизации, что относительно необученный персонал может использовать методы, созданные специалистом по ICP-OES, схожие по простоте применения с пламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрией. До недавнего времени технология ICP-MS оставалась приоритетом профессионального химика, осуществляющего тонкую юстировку прибора перед проведением рутинного анализа. Тенденция к упрощению стала очевидна с 1993 года, и будет продолжаться в дальнейшем. Одной из причин является полностью компьютеризированное управление параметрами, сохраненными для определенного метода. Еще одной причиной является использование многозадачного графического пользовательского интерфейса, показывающего оператору несколько индикаторов достоверности данных на одном экране. Такое программное обеспечение также уменьшает время разработки методов анализа для по-прежнему сложного метода ICP-MS. Технология GF-AAS, хотя и относительно проста для рутинных исследований, требует значительных навыков в разработке методов анализа. 

5. Общее количество растворённых в воде твёрдых веществ (TDS)

Современные ICP-OES спектрометры способны анализировать на рутинной основе до 10% TDS и даже до 30% для простых соляных растворов.

Хотя анализ 0,5% TDS в ICP-MS возможен в течение ограниченного времени, большинство химиков довольствуются 0,2% TDS максимум. Об этом следует помнить, если оригинальный образец является твердым веществом. Максимальный предел детектирования некоторых элементов в ICP-MS может быть не столь впечатляющим, когда выражается в твердом веществе, в сравнении с методом анализа ICP-OES.

Пламенная AAS обычно может обеспечить до 5% TDS, хотя эта цифра снижается до 1% для пламени N2O/C2H2.

GF-AAS спектрометры справляются с очень высокими уровнями растворенных в воде веществ. 

6. Линейный динамический диапазон (LDR)

Спектрометры ICP-MS могут иметь линейный динамический диапазон, превышающий 105. Различные методы для расширения линейного диапазона до 107 включают десенсибилизацию одной из ионных линз, использование аналогового режима детектора, или использование отдельной чаши Фарадея в качестве второго детектора. Однако эти методы должны использоваться с осторожностью, так как высокие концентрации элементов матрицы могут создавать проблемы, лучшим решением которых является разбавление, и/или иметь различные характеристики кривой расширенного диапазона.

По этой причине, и из-за проблем с высокими уровнями растворенных в воде веществ, метод ICP-MS должен главным образом применяться для проведения анализа микропримесей/сверх-микропримесей. Исключение составляет использование изотопного разбавления. При применении технологии изотопного разведения были получены очень хорошие результаты с высокими концентрациями.

Пламенная AAS характеризуется линейным динамическим диапазоном приблизительно 103, поэтому могут понадобиться постоянные разбавления различных элементов. По этой причине, разбавление сверх диапазона с использованием автоматического разбавителя является очень важным в большей части процесса пламенной AAS.

Спектрометр GF-AAS имеет очень ограниченный показатель LDR 102 -103. Он может использоваться для более высоких концентраций, если наименее чувствительная линия присутствует и определена.

Анализ от определения микроэлементов до определения главного элемента можно осуществлять с помощью ICP-OES благодаря отличному линейному динамическому диапазону 106. Спектрометр ICP-OES идеален для анализа до и включая процентные уровни при использовании радиального схемы наблюдения. По этой причине ICP-OES часто бывает необходим, чтобы удовлетворить нужды лаборатории, в дополнение к имеющимся ICP-MS или GF-AAS.

7. Точность

Кратковременная (один анализ) точность технологии ICP-MS обычно составляет 1-3%. Этот показатель в повседневных исследованиях улучшается благодаря использованию многочисленных внутренних стандартов. Более длительная точность (часы) все же составляет <5% RSD. Использование изотопного разведения может обеспечить очень высокую точность, хотя стоимость этого метода может быть неприемлема для рутинных исследований из-за стоимости стандартов.

Технология ICP-OES обычно дает кратковременную точность 0,3-2% RSD и опять же меньше 3% RSD для нескольких часов (с некоторыми спектрометрами <1% для 4 часова) (3).

Спектрометры GF-AAS, однако, обычно демонстрируют кратковременную точность 0,5-5% RSD. Долговременная точность является функцией числа поджигов графитовой трубки, а не времени.

Кратковременная точность пламенной AAS составляет превосходный показатель 0,1-1%, однако, долговременная точность очень невелика, особенно если используется пламя оксид азота/ацетилен. Может понадобиться постоянное ручное "раскоксование" горелки оператором. 

8. Пропуская способность обработки образцов

Технология ICP-MS имеет невероятную способность анализировать большое количество образцов на микроэлементы. Типичное время анализа составляет меньше 5 минут/образец для всего набора требуемых микроэлементов. В некоторых применениях анализ может занимать пару минут. Консультационные лаборатории считают пропускную способность обработки образцов самым главной характеристикой.

В то же время скорость анализа ICP-OES зависит от того, используются ли синхронные или последовательные приборы; обычно она варьируется от 2 до 6 минут. Синхронные ICP-OES работают быстрее, обычно 2 минуты/образец, но иногда их точность страдает от спектральных интерференций, присутствующих в некоторых типах образцов (напр., в камнях). Так как предел детектирования на последовательных ICP спектрометрах может быть лучше, время интеграции обычно короче, и поэтому для ограниченного количества элементов анализ может осуществляться быстрее, чем на синхронных ICP спектрометрах.

Иногда скорость необходима по причине ограниченного объема имеющегося образца (напр., 2 mL). В этом случае новейшие разработки микроконцентрических распылителей предоставили исследователям мощность схожих LOD с потреблением образца всего лишь 100 µL/минуту.

Скорость GF-AAS как правило составляет 3-4 минуты на элемент (при условии 2 выборок). Возможен автоматический ночной режим работы, что увеличивает пропускную способность обработки образцов. Общая пропускная способность анализа микроэлементов может быть наиважнейшим фактором в пользу ICP-MS в загруженной лаборатории. Ниже следующие примеры (выраженные как концентрация раствора) послужат руководством в выборе:

1.    От 1 до 3 элементов на образец при суб/низкой ppb-концентрации лучше определять с помощью метода GF-AAS, при условии, что интересующие элементы могут быть определены с помощью этой технологии.

2.    От 5 до 20 элементов на образец при концентрации от 10 ppb до %-уровней лучше определяются с помощью ICP-OES.

3.    6 и более элементов на образец при sub-ppb и ppb концентрациях, как правило, лучше определяются методом ICP-MS, при условии наличия большого количества подлежащих анализу образцов.

4.    Для определения от 1 до 4 элементов при концентрации от ppm до %-уровней более привлекательной является пламенная AAS, в зависимости от элемента и загрузки образца.

В Таблице 3 (страница 10) представлены сравнительные данные по пределам детектирования для некоторых элементов для технологий ICP-MS, ICP-OES, пламенной AAS и GF-AAS. 

9. Работа в автоматическом режиме

Все технологии ICP-MS, ICP-OES и GF-AAS могут работать в автоматическом ночном режиме благодаря современной автоматической конструкции и безопасности, присущей использованию в данных технологиях инертного аргона. Для обеспечения наилучшей производительности ночной режим работы является обязательным.

Пламенный атомно-абсорбционный спектрометр из соображений безопасности вообще нельзя оставлять без внимания. 

10. Эксплуатационные расходы

Эксплуатационные расходы на ICP-MS превышают расходы ICP-OES, потому что некоторые компоненты имеют ограниченный срок службы и должны заменяться. Это включает турбомолекулярные насосы, конусы образца и skimmer, и детектор.

Горелка и распылитель и в ICP-OES, и в ICP-MS технологиях имеют сходную продолжительность службы. Если выбор сделан в пользу ICP-OES, а не ICP-MS, в лаборатории может понадобиться также и GF-AAS, если в каких-либо образцах требуются sub-ppb уровни.

Стоимость графитовых трубок для GF-AAS спектрометров также должна учитываться.

Во всех трех технологиях стоимость аргона составляет значительный пункт расхода бюджета, причем ICP технологии требуют больше затрат аргона, чем GF-AAS.

Пламенные AAS всегда будут дешевле, так как лампы с полым катодом и периодическая замена распылителя являются главными пунктами расходов.

 11. Капитальные затраты

Этот пункт всегда трудно рассчитать, потому что он зависит от числа автоматических узлов, аксессуаров и поставщика. Очень приблизительно Вы можете оценить, что ICP-OES будет вдвое дороже, чем GF-AAS, и в 2-3 раза дешевле, чем ICP-MS. Однако следует заметить, что аксессуары могут существенно изменить эти цифры.

Еще одна затрата, которую следует принять в расчет, это то, что анализ остаточных следов элементов требует чистой лаборатории и сверхчистых химикатов. Это не самые дешевые пункты.

Пламенный AAS представляет собой малозатратное вложение. Если требуются лишь несколько элементов, для ограниченного количества образцов, при ppm уровнях или выше, и жаростойкие элементы не интересуют, то сверхстоимость других технологий трудно оправдать. Однако, с увеличением количества элементов и образцов, или при использовании пламени закиси азота возникает необходимость в жаростойких элементах для пламенного AAS, а стоимость такого прибора уже превышает ICP-OES.

 12. Аксессуары

Являясь очень быстрым последовательным методом, ICP-MS может использовать переходные сигналы в многоэлементном режиме. Это открывает возможность для использования различных вспомогательных устройств. Электротермальное выпаривание (ETV), лазерная абляция и искровая абляция могут исключить необходимость растворения образца. Некоторые аксессуары обеспечивают средства отделения матрицы от образца и/или предварительной концентрации. Эти средства включают гидридную генерацию, инжекцию потока, и различные формы хроматографии (напр., HPLC, ионную хроматографию, микро-столбцы).

Преимущество отделения посредством хроматографии в составном анализе наиболее полно реализовано в ICP-MS, благодаря пределам детектирования. Это происходит из-за подлежащих определению низких уровней концентрации в образцах окружающего мира, токсикологических, медицинских образцах и в продуктах питания.

Однако некоторые виды анализа состава очень прогрессируют в использовании ICP-OES.

Хотя технология ICP-OES может использовать большинство из выше перечисленных устройств, их стоимость и ограниченные преимущества привели к тому, что мы редко видим их использование на постоянной основе.

13. Заключение

Давать советы кому-либо по приобретению того или иного прибора всегда трудно. Оцените Ваши настоящие и будущие запросы и ответьте на вопросы из контрольного перечня Таблицы 1 (страница 1). С помощью этих ответов и сравнительных данных, представленных в Таблице 2 (страница 9) можно принять решение.

Всегда следует помнить о том, что ни одна технология не удовлетворит все Ваши запросы. Эти технологии взаимодополняющие. Всегда будут образцы, которым лучше подходит один метод анализа, а не другой, или где соображения стоимости являются приоритетными.

 

Таблица 2: Упрощенное сравнение технологий ICP-MS, ICP-OES, пламенной AAS, GF-AAS

 

ICP-MS

ICP-OES

Пламенная AAS

GF-AAS

Пределы детектирования

Отличные для большинства элементов

Очень хорошие для большинства элементов

Очень хорошие для некоторых элементов

Отличные для некоторых элементов

Пропускная способность

Все элементы

2-6 минут

5-30 элементов/

минуту

15 секунд/элемент

4 мин./элемент

Линейный динамический диапазон

105 (108 с расширенным диапазоном)

от 104 до 108

103

102

Точность:

Краткосрочная

Долгосрочная (4 ч.)

 

1-3%

< 5%*

 

0.3-1%

< 3%*

 

0.1-1%

 

1-5%

Изотопы

да

нет

нет

нет

Макс. концентрация растворенных в воде веществ

 

 

0.1-0.4

 

 

1-30

 

 

0.5-3

 

 

> 30

Количество элементов

 

> 75

 

> 75

 

> 68

 

> 50

Использование образца

 

низкое

 

низкое

 

очень высокое

 

очень низкое

Полуквантовый анализ

 

да

 

да

 

нет

 

нет

Изотопный анализ

да

нет

нет

нет

Повседневная эксплуатация

 

легкая

 

легкая

 

легкая

 

легкая

Разработка методов анализа

требует спец. навыков

требует спец. навыков

простая

требует спец. навыков

Автоматический режим работы

 

да

 

да

 

нет

 

да

Горючие газы

нет

нет

да

нет

Стоимость эксплуатации

 

высокая

 

высокая

 

низкая

 

средняя

Капитальные затраты

 

очень высокие

 

высокие

 

низкие

 

средние/высокие

* Точность повышается при использовании внутренних стандартов

 

Таблица 3: Сравнение пределов детектирования в µg/L при 3 sigma


* Анализ возможен только с помощью спектрометров, способных к работе с дальним УФ диапазоном (<155 нм)

ICP-MS, ICP-OES, пламенная AAS: Пределы детектирования, определенные с 3 стандартными отклонениями

GF-AAS: Чувствительность (0.0044 абсорбция), измеренная с 20 µL

ND = не определено


Таблица 4: Фоновый молекулярный ион в HNO3


 

 

Таблица 5: Молекулярные ионы, сформированные элементами, присутствующими в матрице

 


Источники:
Джефф Тайлер Jobin Yvon S.A.S, Horiba Group Лонжюмо, Франция

Материалы:
1. G. Tyler, Химия в Австралии. 59, (4), 150-152, (1992).
2. A.R. Date и A.L. Gray, Применения технологии ICP-MS. Blackie, Glasgow, UK, (1989).
3. G. Tyler, A. Cosnier, N. Le Corre, Применение дальнего УФ диапазона в индуцированной плазме для анализа галогенов и альтернативных длин волн для анализа других элементов. Лекция FACSS, (1999).
4. QC Нормы испытаний. Публикация Jobin Yvon, (2002).
5. K.E. Jarvis, A.L. Gray, и R.S. Houk, Справочник по технологии ICP-MS. Blackie, Glasgow, UK, (1992).
6. M.Thompson, J.N. Walsh, Справочник по спектроскопии на индуцируемой плазме. Blackie, Glasgow, UK, (1983).
7. J.E. Cantle, Атомно-абсорбционная спектроскопия. Elsevier, (1982).
8. J.Olesik, Аналит. Хим., 63, (1), 12A-21A, (1991).
9. R. Thomas, Современный химик в работе. 9, (9), 19-25, (2000).
10. G. Tyler, Спектроскопия в Европе. 14-22, (1995).
11. Таблицы пределов детектирования JY ULTIMA-2 в брошюре и на веб-сайте www.jyhoriba.com.

Вернуться

Неверный информационный блок

Есть вопросы — спрашивайте!

Наши специалисты помогут Вам, окажут бесплатную консультацию или запишут на приём

Статьи