Induktivt kopplad plasmamasspektrometri (ICP-MS) – känslig spårelementsanalys
Lär dig om ICP‑MS: extremt känslig spårelementsanalys för metaller och isotoper, snabba och precisa mätningar, användningsområden, begränsningar och exportregler.
Induktivt kopplad plasmamasspektrometri (ICP-MS) är en mycket känslig form av masspektrometri som används för att bestämma spårhalter av många ämnen. Metoden kan mäta en rad metaller och flera icke-metaller ner på nivåer under en del på 1012 (del per triljon), vilket ofta anges som pg/L eller ppt. Principen är att ett induktivt kopplad plasma används för att omvandla provets atomer till laddade partiklar (joner, jonisering) som sedan separeras och detekteras i en masspektrometer. Vanligtvis används argon som bärargas för att upprätthålla och stabilisera plasman. Provet introduceras som en fin dimma, joniseras i plasman och de producerade jonerna förs genom en serie små koner (sampler- och skimmerkon) in i masspektrometerns vakuumkammare.
Instrumentets huvuddelar och provintroduktion
Ett ICP‑MS-system består i praktiken av följande delar:
- Provintroduktion – en nebulisator och sprutkammare omvandlar flytande prov till en aerosol; avancerade system har desolvatationsenheter för att minska vattenbelastning i plasman.
- Plasmakälla – ett argonplasma skapat med hjälp av en HF‑spole ger hög temperatur och effektiv jonisering.
- Interface – sampler‑ och skimmerkoner och ett jonoptiksystem (ionlinskonstruktion) överför joner från atmosfärstryck till instrumentets vakuum utan att släppa in stora mängder gas.
- Massanalysator – vanliga typer är kvadrupol, sektorfältsmagnet (high‑resolution) och tidsflykt (TOF). I nyare instrument förekommer även tvåstegs‑MS (ICP‑MS/MS) för bättre störningsborttagning.
- Detektor – registrerar inkommande joner och producerar ett signaluttag som kan kvantifieras.
Prestanda, känslighet och kvantifiering
ICP‑MS ger hög analyshastighet, god precision och mycket låga detektionsgränser. Kvantifiering sker vanligen med kalibreringsstandarder och interna standarder för att korrigera för variationskällor (t.ex. flödesvariationer eller matriseffekter). För noggrann kvantifiering används också blanks, kontrollprover och certifierade referensmaterial.
Störningar och motåtgärder
Trots den höga känsligheten kan ICP‑MS påverkas av störningar:
- Isobarisk störning – olika element med samma massantal (isobarer) kan överlappa.
- Polyatomära eller molekylära interferenser – bildas i plasman från kombinationer av matriskomponenter och argon (t.ex. ArO+, ArCl+), vilket kan ge felaktiga signaler.
- Matriseffekter – hög saltkoncentration eller komplexa matrisprover kan förändra joniseringseffektiviteten.
Moderna ICP‑MS‑system använder flera tekniker för att motverka dessa problem: högupplöst massanalys (sektorfält), kollisions‑ och reaktionsceller (He, H2, O2 eller andra gaser) och dubbelkvadrupol‑konfigurationer (MS/MS). Korrektion med interna standarder och matrismatching vid kalibrering är också viktiga åtgärder.
Tillämpningar
ICP‑MS används inom många områden:
- Miljöanalys – bestämning av tungmetaller i vatten, jord och luftpartiklar.
- Livsmedel och farmaci – spårämnesbestämning, restmetaller och kvalitetskontroll.
- Medicinsk och klinisk kemi – spårmetaller i blod och vävnader.
- Geokemi och arkeologi – isotopstudier för datering och proveniens.
- Nukleär och säkerhetsanalys – bestämning av isotoper av uran och andra aktinider (därför omfattas viss hårdvara av exportbestämmelser).
Begränsningar och kvalitetskrav
Trots fördelarna finns begränsningar: vissa lättjoniska icke‑metaller (t.ex. F) är svårare att mäta direkt med ICP‑MS, och låga koncentrationer kräver extremt ren provberedning och strikt bakgrundskontroll eftersom föroreningar från laboratorieutrustning och reagenser snabbt kan påverka resultatet. Verifiering av analysresultat kräver ofta kompletterande kontroller, t.ex. upprepade mätningar, användning av olika metoder eller certifierade referensmaterial.
Säkerhet och regelverk
Eftersom ICP‑MS kan användas för isotopanalyser som är relevanta för kärnmaterial och för att väga isotopiska sammansättningar kan vissa instrument och komponenter omfattas av exportkontroller. Laboratorier bör även hantera argonförbrukning, tryckutrustning och kemikalier enligt gällande säkerhetsrutiner.
Sammanfattningsvis är ICP‑MS en mångsidig och extremt känslig teknik för spårelementsanalys med breda tillämpningar, men den kräver noggrann provberedning, medvetenhet om störningar och adekvat kvalitetskontroll för att ge tillförlitliga resultat.
Frågor och svar
F: Vad är ICP-MS?
S: ICP-MS står för Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, vilket är en mycket känslig typ av masspektrometri.
F: Vad kan ICP-MS detektera?
S: ICP-MS kan detektera en rad metaller och flera icke-metaller vid koncentrationer under en del i 1012 (del per biljon).
F: Hur fungerar ICP-MS?
S: ICP-MS fungerar genom att en induktivt kopplad plasma används för att producera joner (jonisering) med en masspektrometer som används för att separera och detektera jonerna.
F: Vilken gas används vanligtvis som bärargas för plasman i ICP-MS?
S: Argon används vanligen som bärargas för plasman i ICP-MS.
F: Vilka är fördelarna med ICP-MS jämfört med atomabsorptionsteknik vid analys av spårelement?
S: Fördelarna med ICP-MS jämfört med atomabsorptionsteknik vid spårämnesanalys är bl.a. högre hastighet, precision och känslighet.
F: Vilka är några av begränsningarna med ICP-MS?
S: Några begränsningar med ICP-MS är att metoden kan störas av spårföroreningar i laboratorieutrustning och reagenser som används, och att vissa analyter kanske inte fungerar med ICP-MS.
F: Vilka regler gäller för ICP-MS-hårdvara?
S: ICP-MS-hårdvara är föremål för särskilda exportbestämmelser eftersom den kan användas för att tillverka atombomber.
Sök