ICP-OES, ICP-MS и AAS
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
Сколько образцов в неделю?
Типы образцов? (Металлы, горные породы, жидкие промышленные отходы, почвы, и т.д.)
Какой метод растворения можно применять?
Сколько и какие элементы должны быть определены?
Имеет ли значение наличие хлора (опция анализа дальнего УФ диапазона в некоторых ICP-OES спектрометрах?
Каковы диапазоны концентрации?
Какого объема образцы могут быть исследованы?
Какие еще опции/вспомогательные устройства принимаются во внимание? Почему?
Насколько для Вас важна изотопная информация?
Какую сумму Вы можете потратить на приобретение или лизинг прибора?
Какова стоимость владения и текущие затраты на методы, необходимые для покрытия предъявляемых требований?
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., 58 Ni на 58 Fe, 40 Ar на 40 Ca, 40 Ar 16 O на 56 Fe, или 40 Ar- 40 Ar на 80 Se.
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 35 Cl 40 Ar на 75 As и 35 Cl 16 O на 51 V.
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., 138 Ba++ на 69 Ga+ или 208 Pb++ на 104 Ru+. 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)
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.
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 (10 8 с расширенным диапазоном)
СОДЕРЖАНИЕ
Компоненты
Индуктивно связанная плазма
У ИСП есть два режима работы, называемые емкостным (E) режимом с низкой плотностью плазмы и индуктивным (H) режимом с высокой плотностью плазмы, а переход из режима нагрева E в H происходит с внешними входами. Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой работает в H-режиме.
Что делает масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) уникальной по сравнению с другими формами неорганической масс-спектрометрии, так это ее способность отбирать пробы анализируемого вещества непрерывно, без перерыва. Это контрастирует с другими формами неорганической масс-спектрометрии; Масс-спектрометрия с тлеющим разрядом (GDMS) и масс-спектрометрия с термической ионизацией (TIMS), которые требуют двухэтапного процесса: вставьте образец (-ы) в вакуумную камеру, запечатайте вакуумную камеру, откачивайте вакуум, активируйте образец, тем самым отправляя ионы в масс-анализатор. С помощью ICP-MS анализируемый образец находится при атмосферном давлении. За счет эффективного использования дифференциальной откачки; На нескольких ступенях вакуума, разделенных дифференциальными апертурами (отверстиями), ионы, созданные в плазме аргона, с помощью различных методов электростатической фокусировки передаются через масс-анализатор на детектор (-ы) и подсчитываются. Это не только позволяет аналитику радикально увеличить пропускную способность (количество образцов с течением времени), но также делает возможным то, что называется «сбором данных с разрешением по времени». Методы с переносом через дефис, такие как жидкостная хроматография ICP-MS (LC-ICP-MS); Лазерная абляция ICP-MS (LA-ICP-MS); ИСП-МС с впрыском потока (FIA-ICP-MS) и т. Д. Извлекли выгоду из уникального качества этой технологии, которой едва исполнилось 35 лет. Невозможно переоценить силу анализа с разрешением во времени. Это стимулировало разработку новых и интересных инструментов для таких разнообразных исследований, как геохимия и судебная химия; биохимия и океанография. Кроме того, увеличение количества проб с десятков проб в день до сотен проб в день произвело революцию в анализе окружающей среды, снизив затраты. По сути, все это связано с тем, что пока образец находится под давлением окружающей среды, анализатор и детектор находятся под давлением 1/10 000 000 от того же давления во время нормальной работы.
ICP можно удерживать в кварцевой горелке, поскольку поток газа между двумя крайними трубками удерживает плазму от стенок горелки. Второй поток аргона (около 1 литра в минуту) обычно вводят между центральной трубкой и промежуточной трубкой, чтобы не допустить попадания плазмы в конец центральной трубки. Третий поток газа (обычно около 1 литра в минуту) вводится в центральную трубку горелки. Этот газовый поток проходит через центр плазмы, где он образует канал, который холоднее окружающей плазмы, но все же намного горячее химического пламени. Образцы, подлежащие анализу, вводятся в этот центральный канал, обычно в виде тумана жидкости, образующегося при пропускании жидкой пробы в распылитель.
Чтобы максимизировать температуру плазмы (и, следовательно, эффективность ионизации) и стабильность, образец следует вводить через центральную трубку с как можно меньшим количеством жидкости (загрузка растворителя) и с постоянным размером капель. Для жидких проб можно использовать распылитель, а затем распылительную камеру для удаления более крупных капель или распылитель с десольватированием для испарения большей части растворителя до того, как он достигнет горелки. Твердые образцы также можно вводить с помощью лазерной абляции. Образец попадает в центральный канал ICP, испаряется, молекулы распадаются, а затем составляющие атомы ионизируются. При температурах, преобладающих в плазме, значительная часть атомов многих химических элементов ионизируется, каждый атом теряет свой наиболее слабо связанный электрон, образуя однозарядный ион. Температура плазмы выбирается так, чтобы максимизировать эффективность ионизации для элементов с высокой первой энергией ионизации и минимизировать вторую ионизацию (двойную зарядку) для элементов с низкой второй энергией ионизации.
Масс-спектрометрии
К другим масс-анализаторам, связанным с системами ICP, относятся магнитно-электростатические секторные системы с двойной фокусировкой как с одним, так и с несколькими коллекторами, а также времяпролетные системы (использовались как осевые, так и ортогональные ускорители).
Приложения
Масс-спектроскопия одиночных частиц с индуктивно связанной плазмой (SP ICP-MS) была разработана для суспензий частиц в 2000 году Клодом Дегельдре. Он впервые протестировал эту новую методологию в Институте Фореля Женевского университета и представил этот новый аналитический подход на симпозиуме «Коллоид 2оо2» во время весенней встречи EMRS 2002 года и в протоколах 2003 года. SP ICP-MS и результаты испытаний, проведенных на частицах глины (монтмориллонита), а также на других суспензиях коллоидов. Затем этот метод был протестирован на наночастицах диоксида тория Degueldre & Favarger (2004), диоксиде циркония Degueldre et al (2004) и наночастицах золота, которые используются в качестве субстрата в нанофармацевтике, и опубликован Degueldre et al (2006). Впоследствии исследование нано- и микрочастиц диоксида урана привело к появлению подробной публикации Ref. Дегельдре и др. (2006). С 2010 года резко возрос интерес к SP ICP-MS.
Предыдущие судебно-медицинские методы, применяемые для органического анализа помад путем сравнения композиций, включают тонкослойную хроматографию (ТСХ), газовую хроматографию (ГХ) и высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ). Эти методы предоставляют полезную информацию об идентификации помады. Однако все они требуют длительного времени на подготовку образца и разрушают образец. Неразрушающие методы судебно-медицинской экспертизы мазков от губной помады включают наблюдение УФ-флуоресценции в сочетании с газовой хроматографией с продувкой и улавливанием, микроспектрофотометрией и сканирующей электронной микроскопией с энергодисперсионной спектроскопией (SEM-EDS) и рамановской спектроскопией.
Вид металла
Количественная оценка белков и биомолекул
В 2007 году был введен новый тип реагентов для маркировки белков, называемые аффинными метками с металлическим кодированием (MeCAT), которые позволяют количественно маркировать белки металлами, особенно лантаноидами. Мечение MeCAT позволяет относительное и абсолютное количественное определение всех видов белков или других биомолекул, таких как пептиды. MeCAT содержит сайт-специфичную группу мечения биомолекул, по крайней мере, с сильной хелатной группой, которая связывает металлы. Белки, меченные MeCAT, могут быть точно определены количественно с помощью ICP-MS вплоть до низкого аттомольного количества аналита, что по крайней мере на 2–3 порядка величины более чувствительно, чем другие методы количественной оценки, основанные на масс-спектрометрии. Введение нескольких меток MeCAT в биомолекулу и дальнейшая оптимизация LC-ICP-MS пределов обнаружения в диапазоне зептомолов вполне возможны. Используя различные лантаноиды, мультиплексирование MeCAT можно использовать для фармакокинетики белков и пептидов или для анализа дифференциальной экспрессии белков ( протеомики ), например, в биологических жидкостях. Разбиваемый ПААГ. SDS-ПААГ (DPAGE, растворимый ПААГ), двумерный гель-электрофорез или хроматография используются для разделения белков, меченных MeCAT. Анализ ICP-MS с проточной инъекцией белковых полос или пятен из гелей DPAGE SDS-PAGE может быть легко выполнен путем растворения геля DPAGE после электрофореза и окрашивания геля. Меченые MeCAT белки идентифицируются и относительно количественно оцениваются на пептидном уровне с помощью MALDI-MS или ESI-MS.
Элементный анализ
ИСП-МС позволяет определять элементы с атомными массами от 7 до 250 (от Li до U ), а иногда и выше. Некоторые массы запрещены, например 40, из-за большого количества аргона в образце. Другие заблокированные области могут включать массу 80 (из-за димера аргона) и массу 56 (из-за ArO), последняя из которых сильно затрудняет анализ Fe, если прибор не оборудован реакционной камерой. Такие помехи можно уменьшить с помощью ИСП-МС высокого разрешения (HR-ICP-MS), в котором используются две или более щелей для сужения луча и различения ближайших пиков. Это происходит за счет чувствительности. Например, для того, чтобы отличить железо от аргона, требуется разрешающая способность около 10 000, что может снизить чувствительность к железу примерно на 99%.
ИСП-МС с одним коллектором может использовать умножитель в режиме подсчета импульсов для усиления очень слабых сигналов, сетку затухания или умножитель в аналоговом режиме для обнаружения средних сигналов и чашу / ведро Фарадея для обнаружения более крупных сигналов. ИСП-МС с несколькими коллекторами может иметь более одного из них, обычно ведра Фарадея, которые намного дешевле. Благодаря этой комбинации возможен динамический диапазон на 12 порядков, от 1 ppq до 100 ppm.
Аппаратное обеспечение
Компоненты прибора ICP-MS предназначены для обеспечения воспроизводимой и / или стабильной работы.
Введение образца
Первым шагом в анализе является введение образца. Это было достигнуто в ICP-MS с помощью различных средств.
И для лазерной абляции, и для десольватирующих небулайзеров небольшой поток азота также может быть введен в поток аргона. Азот существует в виде димера, поэтому имеет больше мод колебаний и более эффективно принимает энергию от ВЧ-катушки вокруг горелки.
Также используются другие методы ввода пробы. Электротермическое испарение (ETV) и испарение в горелке (ITV) используют горячие поверхности (обычно графит или металл) для испарения образцов для введения. В них могут использоваться очень небольшие количества жидкостей, твердых веществ или суспензий. Также известны другие методы, такие как парообразование.
Плазменная горелка
Преимущество аргона
Можно приобрести аргон для использования с ИСП-МС в охлаждаемой жидкости или в газовой форме. Однако важно отметить, что какая бы форма аргона ни была приобретена, она должна иметь гарантированную чистоту как минимум 99,9% аргона. Важно определить, какой тип аргона лучше всего подходит для конкретной ситуации. Жидкий аргон, как правило, дешевле и может храниться в большем количестве по сравнению с газом, который дороже и занимает больше места в резервуаре. Если прибор находится в среде, где он используется нечасто, то покупка аргона в газообразном состоянии будет наиболее подходящей, поскольку его будет более чем достаточно для меньшего времени работы, и газ в баллоне будет оставаться стабильным в течение более длительных периодов времени. тогда как жидкий аргон будет нести вред окружающей среде из-за вентиляции резервуара при хранении в течение длительного времени. Однако, если ИСП-МС будет использоваться в обычном режиме и включен и работает восемь или более часов каждый день в течение нескольких дней в неделю, то использование жидкого аргона будет наиболее подходящим вариантом. Если предполагается, что несколько приборов ИСП-МС будут работать в течение длительных периодов времени, то для лаборатории, скорее всего, будет выгодно установить резервуар с аргоном для больших или малых объемов, который будет обслуживаться компанией, поставляющей газ, что устранит необходимость для частой замены резервуаров, а также для минимизации потерь аргона, остающегося в каждом используемом резервуаре, а также для уменьшения времени простоя при замене резервуаров.
Перенос ионов в вакуум
1 мм (конус пробоотборника), а затем отверстие диаметром
Вакуум создается и поддерживается серией насосов. Первая ступень обычно основана на черновом насосе, чаще всего на стандартном пластинчато-роторном насосе. Это удаляет большую часть газа и обычно достигает давления около 133 Па. На более поздних ступенях вакуум создается с помощью более мощных вакуумных систем, чаще всего турбомолекулярных насосов. В более старых приборах могли использоваться масляные диффузионные насосы для областей с высоким вакуумом.
Ионная оптика
Секторная ИСП-МС обычно имеет четыре секции: область ускорения извлечения, управляющие линзы, электростатический сектор и магнитный сектор. Первая область забирает ионы из плазмы и ускоряет их с помощью высокого напряжения. Второе использование может использовать комбинацию параллельных пластин, колец, квадруполей, гексаполей и октополей для управления, формы и фокусировки луча так, чтобы результирующие пики были симметричными, с плоскими вершинами и имели высокое пропускание. Электростатический сектор может находиться до или после магнитного сектора в зависимости от конкретного прибора и уменьшает разброс кинетической энергии, вызванный плазмой. Этот разброс особенно велик для ICP-MS, он больше, чем тлеющий разряд, и намного больше, чем TIMS. Геометрия инструмента выбрана таким образом, чтобы в инструменте комбинированная фокусная точка электростатического и магнитного секторов находилась на коллекторе, что называется двойной фокусировкой (или двойной фокусировкой).
Если интересующая масса имеет низкую чувствительность и находится чуть ниже гораздо большего пика, низкомассивный хвост от этого большего пика может вторгаться в интересующую массу. Чтобы уменьшить этот хвост, можно использовать фильтр замедления. Он находится рядом с коллектором и прикладывает напряжение, равное, но противоположное ускоряющему напряжению; любые ионы, потерявшие энергию во время полета вокруг прибора, будут тормозиться фильтром до состояния покоя.
Ячейка реакции столкновения и iCRC
Интегрированная ячейка столкновительной реакции (iCRC), используемая Analytik Jena ICP-MS, представляет собой мини-ячейку столкновения, установленную перед параболической ионной зеркальной оптикой, которая удаляет мешающие ионы путем впрыскивания столкновительного газа (He) или реактивного газа (H 2 ) или их смесь непосредственно в плазму, когда она протекает через конус скиммера и / или конус пробоотборника. ICRC удалял мешающие ионы, используя явление столкновительной дискриминации по кинетической энергии (KED) и химические реакции с мешающими ионами, аналогично традиционно используемым более крупным ячейкам столкновения.
Плановое техническое обслуживание
Как и в случае с любым другим прибором или оборудованием, существует множество аспектов обслуживания, которые необходимо включать в ежедневные, еженедельные и ежегодные процедуры. Частота технического обслуживания обычно определяется объемом пробы и совокупным временем работы прибора.
Одной из наиболее частых форм текущего обслуживания является замена пробоотборных и сливных трубок на перистальтическом насосе, поскольку эти трубки могут довольно быстро изнашиваться, что приводит к образованию отверстий и засорений в линии отбора проб, что приводит к искажению результатов. Другими частями, которые потребуют регулярной очистки и / или замены, являются наконечники для образцов, наконечники небулайзера, конусы для образцов, конусы скиммера, трубки инжектора, горелки и линзы. Также может потребоваться замена масла в насосе предварительной очистки поверхности раздела фаз, а также в подпорном вакуумном насосе, в зависимости от нагрузки на прибор.
Базовые приготовления
Для большинства клинических методов, использующих ИСП-МС, существует относительно простой и быстрый процесс подготовки образцов. Основным компонентом пробы является внутренний стандарт, который также служит разбавителем. Этот внутренний стандарт состоит в основном из деионизированной воды с азотной или соляной кислотой, а также индия и / или галлия. В зависимости от типа пробы обычно в пробирку добавляют 5 мл внутреннего стандарта вместе с 10–500 мкл пробы. Затем эту смесь встряхивают в течение нескольких секунд или до тех пор, пока она хорошо не перемешается, а затем загружают в лоток автоматического пробоотборника. Для других приложений, которые могут включать очень вязкие образцы или образцы, содержащие твердые частицы, может потребоваться процесс, известный как разложение образца, прежде чем его можно будет пипетировать и анализировать. Это добавляет дополнительный первый шаг к описанному выше процессу и, следовательно, делает подготовку образца более длительной.