Zasada powstawania widma mas (ICP-MS)

Droga jonów polu elektrycznym i magnetycznym: rezultat działających sił

- siła pola magnetycznego (F_m)

- siła odśrodkowa (F_o)

- energia kinetyczna w polu elektrycznym (E)

F_m = Bev , gdzie B – natężenie pola magnetycznego, v – prędkość cząsteczki, e – ładunek jonu

F_o = mv²/r

E_k = eU = ½ mv²

F_m = F_o → Bev = mv²/r → v = Ber/m

Masy atomowe – izotopy (technika ta pozwala na analizę izotopów)

Schemat blokowy spektrometru mas

1) Układ wprowadzania próbki	Jonizacja strumieniem Jonizacja z desorpcją jonów
2) Komora jonizacyjna	Jonizacja chemiczna Jonizacja chemiczna pod cisnieniem atmosferycznym elektrorozpylanie Jonizacja laserem wspomagana matrycą MALDI
	Jonizacja w plazmie sprzężonej indukcyjnie (ICP-LA)
3) Analizator jonów	Kwadrupolowy (najprostszy i najtańszy) Pułapka jonowa (T) Czas przelotu ToF Magnetyczny (wysokorozdzielczy) Cyklotronowy ICR
4) Detektor jonów
5) Analiza danych

Pojęcie rozdzielczości widma mas

- z próbki wytwarzane jest wiele jonów,

- im droższy aparat tym lepsza rozdzielczość,

- im lepsza rozdzielczość tym gorsza granica wykrywalności

Spektrometr mas ICP-MS

Musi być wysoka próżnia, która jest redukowana w układzie wielopolowym.

Sector-field ICP-MS

- droższe, dużo większe od kwadrupolowych,

- lepsza rozdzielczość, gorsza granica wykrywalności.

Układ wprowadzania próbki

- stosowana jest nebulizacja – próbka wprowadzana w postaci cieczy. Nebulizatory mogą być pneumatyczne lub ultradźwiękowe. Najmniej aerozolu tworzy się w pneumatycznym, w ultradźwiękowym 30 %, 40 % w termospreju.

- plazma,

- próbka może być wprowadzana w postaci ciała stałego, czyli za pomocą kuwety grafitowej, próbkę wstrzykuje się i ogrzewa, a następnie transportuje do plazmy.

- ablacja laserowa – próbki stałe (można prowadzić analizę stałych próbek). Na stałą próbkę kierowana jest wiązka z lasera o określonej długości fali, część atomów ulega wyparowaniu (ablacji), strumień gazu kieruje to co powstało do plazmy.

ICP – plazma indukcyjnie sprzężona

Impuls elektryczny powoduje jonizację (zapoczątkowuje reakcję jonizacji), a pole elektryczne następnie utrzymuje reakcję. Temperatura 10000 K – to jonizacja zachodzi z prawie 100 % efektywnością.

Interferencje:

- spektralne izobaryczne i wieloatomowe: *jony wieloatomowe, *jony pierwiastkowe, *jony naładowane, *jony termicznie trwałych tlenków,

Przykłady: m/z = 40 , interferują Ca, Ar, K

m/z = 58 , interferują ⁵⁸Ni i ⁵⁸Fe

m/z = 48 , z ⁴⁸Ti interferują ³²S ¹⁶O^-, ³¹P¹⁶O¹H⁺, z ⁵⁸Fe⁺ interferuje ⁴⁹Ar¹⁶O⁺.

- matrycowe – oddzielenie matrycy i zmiana sposobu wprowadzania próbki do plazmy: membrany desolwatacyjne, komory zderzeniowe.

Zastosowanie:

- granica wykrywalności ppt (ng/l = pg/l = ppt = 10^-12 g/ml)

- bardzo czuła technika,

- technika wielopierwiastkowa,

- najczęściej sekwencyjna.

Zakres pomiarowy technik spektralnych:

cena ↓			Ilość próbki	Granica wykrywalności
	FAAS	ppm	ml	10 ppb
	CP-AAS	ppb	µl	0,1 ppb
	ICP-OES	Wielopierwiastkowa, zależy od pierwiastka	ml	2 ppb
	ICP-MS	Szeroki zakres, wielopierwiastkowa	ppb-ppt

Przykłady:

1. 100 próbek do analizy, oznaczyć różne pierwiastki – zastosujemy technikę emisyjną

2. oznaczenie Pb we krwi dziecka (100 próbek) – zastosujemy technikę elektrotermiczną

3. oznaczenie pierwiastków w wodzie morskiej (100 próbek) – zastosujemy technikę wielopierwiastkową

Klasyfikacja technik chromatograficznych

1. rodzaj fazy ruchomej i stacjonarnej

- gazowa,

- cieczowa,

-fluidalna (w stanie nadkrytycznym – brak granicy faz, ani ciecz ani gaz)

1. konstrukcja

- kolumnowa (kapilarna)

- planarna (bibułowa)

1. rodzaj oddziaływań pomiędzy próbką a fazą stacjonarną

- adsorpcyjna (siły Van del Waalsa)

- podziałowa,

- wymiana jonowa, jonowymienna (IEC), jonowa (IC)

- wykluczania (SEC), żelowa, sitowa, sączenie molekularne, powinowactwa

Pik chromatograficzny

- czas retencji – powinien być jak najkrótszy

- szerokość piku – mierzona w połowie wysokości piku

- czas martwy

Wielkości charakteryzujące proces podziału

- stosunek podziału D = C_s/C_m

Jak szybko migruje substancja kiedy D jest małe? → szybko migruje

Jakie powinny być różnice w D, żeby szybko rozdzielić substancje? → różnice muszą być nie duże

- objętość retencji: V_r = V_m + DV_s , gdzie V_r – objętość retencji, V_m, V_s – objętość faz ruchomej i stacjonarnej.

- czas retencji t_r = t_m (1+k) , gdzie t_r – czas retencji, k – współczynnik retencji, t_m – czas martwy.

Jaki powinien być współczynnik retencji, aby proces chromatograficzny przebiegał szybko? → musi być mały.

- względny czas retencji t_r (próbka), t_r^’ (wz)

- współczynnik rozdzielenia

Α = ((t_r)_B – t_m)/((t_r)_A – t_m) = k_B/k_A

Charakterystyka kolumny:

1) sprawność

- zależy od ilości półek teoretycznych, od długości kolumny, od czasu w którym kolumna osiąga równowagę

- sprawność musi być jak najlepsza

2) rozdzielczość

- piki muszą być dobrze rozdzielone, nie mogą nachodzić na siebie

R>1,5 rozdzielczość

Α (1-10) selektywność

Analiza jakościowa i ilościowa

- porównanie parametrów retencji

- dodawanie znanych substancji do próbek

- sprzęganie chromatografu ze specyficznym detektorem, np. MS

Pik analitu musi zostać zidentyfikowany i oddzielony od innych pików. Muszą być dostępne wzorce o znanej częstości. Należy używać uznanej procedury kalibrowania: *wykres wzorcowy, *dodatek wzorca wewnętrznego (substancja podobna do identyfikowanej ale nie identyczna), *metoda dodatku wzorca.