IMH'I'AS'Lecture'ALL'UCII'r'19

Препис

1 ИНСТРУМЕНТАЛНИ МЕТОДИ ЗА АНАЛИЗ АТОМНА СПЕКТРОХИМИЯ ЛЕКЦИЯ 10 МАС СПЕКТРОМЕТРИЯ с ИНДУКТИВНО СВЪРЗАНА ПЛАЗМА ICP-MS Химия ІІ курс редовно летен семестър 2019 Ічаст

2 Лекция 10. МАССПЕКТРОМЕТРИЯ С ИНДУКТИВНО СВЪРЗАНА ПЛАЗМА ICP-MS 1. МАССПЕКТРОМЕТРИЯ -масата като качествена характеристика Спектрално активна форма. 2. БЛОК СХЕМА НА ICP-MS ICP-като йонизационенизточник Интерфейс; йонна оптика; Квадрополенмас филтър; мас детектор; системи за вакуумиране 3. ИЗОТОПЕН АНАЛИЗ -Разделителна способност. Масов спектър (211 -природни изотопа) Изобарникорекции -уравнения за изобарнакорекция. 4. ОСОБЕНОСТИ НА АНАЛИЗА Панорамен анализ Количествен и полуколичественанализ. Метод на вътрешният стандарт. АНАЛИТИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИЛОЖЕНИЯ Pag Ічаст

3 Сравнение на метода с другите инструментални методи за анализ По скорост на измерване и възможности за многоелементен анализ ICP MS е сравним с атомно емисионната спектрометрия с индуктивно свързана плазма (ICP - OES) По граници на откриване и чуствителност ICP MS е сравним с електротермичната атомно абсорбционна спектроскопия (ETAAS)

4 Какво представлява ICP MS? Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP MS) представлява съчетание от високо ефективен източник на йонизиране - индуктивно свързана плазма (ICP) и устройство за разделяне и регистриране на йони по отношението им маса/заряд (m/z) (MS). ICP + MS

5 МАС СПЕКТРОМЕТЪР ЗАРЕДЕНИ ЧАСТИЦИ!!! Положителни или отрицателни

6 ПЛАЗМА Йони Електрони СЪСТОЯНИЕ НА ЙОНИЗИРАН ГАЗ включващо свободни йони и електрони ПЛАЗМА

7 ICP

8 Спектрално активна форма В ICP MSспектрално активната форма са свободни йони на пробата

9 Как изглежда ICP MS?

10 Типичния ICP-MSинструмент включва 4 компонента ЙОН ПРЕНОСНА СИСТЕМА - ИНТЕРФЕЙС ДЕТЕКТОР ФИЛТЪР ЙОНЕН ИЗТОЧНИК И СИСТЕМА ЗА ПРОБОВЪВЕЖДАНЕ Техниката е уникална с това че внесената в системата проба при атмосферно налягане и стайна температура преминава през екстремално нагряванев ICP източник и след това в мас анализатор при космически вакуум и студ. Pag Ічаст

11 Система за пробовъвеждане

12 ICP-MS Coverage ICP-MS is also capable of measuring most elements in the periodic table, typically at lower levels than ICP-OES Ічаст

13 Качества на ICPкато източник за MS 1. Висока степен на йонизация над 70 елемента от ПС йонизират >90% при условията на ICP (Т = 10000К и електронна плътност Р е - = е - /см 3 ) по-ниска ефективност на йонизация ICP има за: As - 52%, Se - 33%, S -14%, F - 10 %; 2. Прост спектър 211 линии В плазмата се генерират главно положителни еднозарядни йони Ba 2+ <10% 3. Минимални пречения от радикали, образувани при взаимодействие на йона на аналита с околната атмосфера ЕлO + ; ЕлOH + ; <10% 4. Възпроизводимо и лесно пробовъвеждане и калибрация -пулверизация на разтвори

14 Аерозолна камера

15 Електричен модел на плазмата

16 Как изглежда екранираната плазменна горелка?

17 Динамика на аерозола в плазмата

18 Декомпозиция на пробата

19 Интерфейс

20 Как изглеждат интерфейсните конуси?

21 Функция на йонните лещи Детекторът трябва да се предпази от плазмата, която е интензивен източник на фотони и неутрални частици. Йонните лещи сепарират положително заредените йони от общия поток частици и фотони.

22 Видове йонни лещи

23 Сравнение на двете йонни системи

24 Как изглеждат йонните лещи?

25 Какво представлява квадруполният масфилтър? Квадруполът е система от два чифта (4)електропроводящи пръчки, разположенив квадрат, успоредно една спрямо друга Йоните се предвижват по дължината на централния отвор -между пръчките и се филтруват в зависимост от тяхната маса Pag Ічаст

26 ELAN 500 ICP-MS

27 Теория на квадруполното поле F = m.a q.q F = 1 r 2 2 M + УРАВНЕНИЯ НА МАТИЬО m 2 d x 2 dt = 2e x r ( U 0 + V0 cosωt) 2 0 E = U + V cos ω. t m 2 d y 2 dt = 2e m y r ( U 0 + V0 cos ωt) 2 d dt 2 z 2 = 0 0

28 Зони на стабилност съгласно уравненията на Матио КВАДРУПОЛА СЕЛЕКТИРА САМО ОПРЕДЕЛЕНО СЪОТНОШЕНИЕ МАСА/ЗАРЯД Но работи като много бързодействащ секвенциален филтър за маси DC DC RF = const m1 m2 m3 Vcosωt Z Z Z

29 Представлява електронен умножител Всеки йон достигнал до детектора инициира каскада от електрони, в резултат на което сигнала се умножава Детектор 1000 ppm ДВА РЕЖИМА: ИМПУЛСЕН 10 ppt АНАЛОГОВ

30

31 Вид на пиковете и разделителна способност

32 Спектър на разтвор на мед ( 0.1% ) с висока чистота

33 Calibration for V in 2% NaCl Pag Ічаст

34

35 Пречещи влияния НЕСПЕКТРАЛНИ подобно на ICP-OES СПЕКТРАЛНИ : ОБЩО брой елементи брой линии ICP-AES ICP-MS При ICP-MS по-слаби спектрални пречения в сравнение с ICP- OES

36 ИЗОБАРНИ ПРЕЧЕНИЯ изобари - аmu=58 Ni 58 + Fe 58 корекция по Fe 56 Sn 114 -Cd 114 корекция по Cd 112 Факторът на пречене е постоянен -зависи само от естественото % разпространение на изотопите в природата.

37 Потенциални радикаловипреченияот хлориднаи сулфатна матрица Load coil Shield plate Pag Ічаст

38

39 Октополна реакционна клетка Два механизма на елиминиране на преченията - He газ: КОЛИЗИИ Дисоциация Енергиен трансфер - H 2 газ: Реакция Атом трансфер Заряд трансфер H 2 He MFC MFC To Quad Reaction Cell = analyte ion Small diameter

40 Heвзаимодействие в реакционната клетка Dissociation Ar Cl collision Ar Cl Ar Cl Удари с реакционния газ Фрагментиране на пречещите радикали As He As Реакционна клетка Pag Ічаст

41 He взаимодействие в реакционната клетка - Удари: Енергийна дискриминация As Ar Cl Collision He Molecular interference(arcl) has larger cross section than the analyte (As). More frequent interactions with He. A significant reduction in kinetic energy relative to the analyte (As). Energy filtering can be used to ensure only the analyte enters the quadrupole analyzer. As Electrical potential (Q-pole) Ar Реакционна клетка Cl Electrical potential (Octopole) Pag Ічаст

42 H 2 взаимодействие в реакционната клетка Пренос на заряд Ar + (40amu) Ar + + H 2 H Ar Редуциране на заряда Ar + и отстраняване на пречещия йон от мас анализатора Пренос на протон Ar 2+ (80amu) Ar H 2 Ar 2 H + + H

43 Какви са възможностите на ICP - MS?

44 Панорамен анализ Scanning Peak Jumping

45 Полуколичествен анализ респонс таблица Li B Na Mg Al V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Se Rb Sr Y Mo Rh Ru Ag In Cd Sb Sn Te Ba Ta W Re Ir Pb Bi Tl U SI Pag Ічаст

46 Ограничения на метода Силен ефект на памет Силен ДРЕЙФ на чувствителността Затруднения при работа с високо концентрираниразтвори (матрицата трябва да е с концентрация по-ниска от 0.1%) Наличие на трудно отстраними радикални пречения Проблеми при работа с органични матрици

47 Сравнение на метода с другите инструментални методи за анализ Относно получаването на бърза полуколичественна информация, метода няма аналог в аналитичната практика По възможности за изотопен анализ ICP MSе сравним с Неутронно активационния анализ (NAA), но е значително по-евтин и лесноизпълним Прост и лесен за интерпретация спектър съдържа под 211 масови сигнала за изотопите на всички елементи от периодичната система

48 Аналитични характеристики на метода Бърз многоелементен анализ за над 72 елемента и техните изотопи като сканирането по целия масов диапазон от 6 Liдо 238 Uсе извършва за време от 1 до 3 минути Широк работен диапазон от концентрации Висока чувствителност и ниски граници наоткриване от 10-5 до 10-8 % над 5 порядъка

49 Аналитични характеристики DL в разтвор повтаряемост RSD работна област производително ст инструментална цена цена на анализа Тип пречене FAAS GF AAS ICP-OES ICP-MS 10-6 % 0.01 ppm 10-8 % 0.1 ppb 10-6 % 0.01 ppm 10-9 % 0.01 ppb 1-3% 5-10% 3-5% 5% 2 < порядъка порядъка порядъка порядъка едноелем. едноелем. многоелем. многоелем. бърз бавен много бърз бърз евтин скъп скъп многоскъп скъп/евтин скъп евтин евтин транспортни - транспортни траспортни физ/хим. физ/хим. - - йонизац. - йонизац. йонизац. - А-неселект. *спектрални изобарни дрейф,памет Много сложност лесен труден труден труден AS популярност много средно средно малко Ічаст