Analýza anorganických látek - Hmotnostní spektrometrie

6. HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Instrumentace anorganické hmotnostní spektrometrie. Spektrometry ICP-MS. ICP-MS jako prvkově specifický detektor pro chromatografické techniky.

• 6.1 Instrumentace anorganické hmotnostní spektrometrie
  • 6.1.1 Iontové zdroje
  • 6.1.2 Hmotnostní analyzátory
  • 6.1.3 Detektory iontů
  • 6.1.4 Vakuový systém
• 6.2 Spektrometry ICP-MS
  • 6.2.1 Vnášení vzorků do ICP/MS
  • 6.2.2 Iontový zdroj
  • 6.2.3 Interface
  • 6.2.4 Iontová optika
  • 6.2.5 Analyzátor iontů
  • 6.2.6 Detektor
• 6.3 ICP-MS jako prvkově specifický detektor pro chromatografické techniky
  • 6.3.1 Spojení kapalinové chromatografie s ICP-MS
  • 6.3.2 Spojení plynové chromatografie s ICP-MS
  • 6.3.3 Spojení kapilární elektroforézy s ICP-MS

💡 Kompletní obsah naleznete v odborné publikaci Analýza anorganických látek, kterou můžete zakoupit přímo u vydavatele 2 THETA, prostřednictvím LabRulez nebo v mnoha knihkupectvích.

Instrumentace anorganické hmotnostní spektrometrie

Hmotnostní spektrometrie je analytická metoda sloužící k převedení atomů či molekul na ionty, rozlišení těchto iontů podle poměru hmotnosti a náboje m/z, kde m je hmotnost iontu a z je nábojové číslo a jejich následná detekce a záznam relativních intenzit jednotlivých iontů. Základními částmi hmotnostního spektrometru jsou: iontový zdroj, sloužící k převedení neutrálních atomů (příp. molekul) na nabité částice; hmotnostní analyzátor, sloužící k rozdělení iontů v plynné fázi za vysokého vakua podle poměru hmotnosti a náboje (m/z) a detektor k detekci iontů po jejich separaci podle m/z a k určení jejich četnosti (relativní intenzity). Nezbytnou součástí spektrometru je vakuový systém, udržující ve spektrometru požadovanou úroveň vakua, podle typu analyzátoru 10¯³ – 10¯¹¹ Pa.

Iontové zdroje

Klasickým iontovým zdrojem v anorganické hmotnostní spektrometrii (nyní již nepoužívaným) byla ionizace jiskrovým výbojem (stejnosměrná nebo vysokofrekvenční jiskra) mezi dvěma elektrodami, obvykle grafitovými nebo stříbrnými, na nichž byl nanesen analyzovaný vzorek, případně jedna z elektrod byla z analyzovaného materiálu, pokud byl vodivý. Typický analyzátor v jiskrových spektrometrech byl typ s geometrií Mattauch-Herzog a detekce byla většinou fotografická deska.

V současnosti je nejrozšířenějším iontovým zdrojem pro prvkovou analýzu indukčně vázané plazma (ICP). Metoda je založena na vnášení analytického vzorku do plazmové hlavice, ve které je ve vysokofrekvenčním elektromagnetickém poli udržováno argonové plazma o teplotě 6 000 – 10 000 K. Do analytického kanálu plazmatu je vdouván aerosol vzorku, který je vysušen a suchý aerosol vzorku je vypařen, účinně atomizován a ionizován. Díky vlastnostem ICP dochází přednostně k ionizaci do prvního stupně.

2 THETA: ICP iontový zdroj

Doutnavý výboj v konfiguraci pro elementární analýzu (Grimmova výbojka) používá vzorek jako katodu, jejíž povrch je odprašován ionty plynové náplně (obvykle argon). Odprášené neutrální atomy jsou ionizovány v plazmatu reakcí s ionty argonu, excitovanými atomy argonu a elektrony. Procesy odprašování a ionizace atomů vzorku jsou od sebe odděleny a tím jsou minimalizovány nespektrální interference (vliv matrice). GD-MS díky vysoké citlivosti, snadné kalibraci a flexibilitě je vynikající volbou pro elementární analýzu. Současně je možné měřit hloubkové profily prvkového složení vzorku s vysokou přesností a spolehlivostí.

Tepelná ionizační spektrometrie (TIMS) využívá ionizaci vzorku naneseného na kovový pásek zahřívaný na vysokou teplotu. Atomy jsou z horkého povrchu desorbovány a současně ionizovány. Ionty z tepelně ionizačního zdroje mají velmi malou kinetickou energii (~ 0,5 eV) a emise iontů je velmi stabilní s minimálním šumem. Nevýhodou TIMS je omezení na atomy s nízkou ionizační energií. Aplikace jsou především v geochronologii pro přesné stanovení izotopových poměrů.

Hmotnostní spektroskopie sekundárních iontů (SIMS – Secondary Ion Mass Spectrometry) využívá energetického svazku částic (0,2 – 20 keV) k erozi povrchu studovaného materiálu. Odprášené částice nesou informaci o studovaném povrchu materiálu. Jistá frakce těchto částic je během odprašování ionizována. Tyto tzv. sekundární ionty jsou analyzovány pomocí hmotnostního spektrometru. Metodě SIMS je věnována samostatná stať v kap. 7.

2 THETA: Tepelně ionizační zdroj (zleva), Ionizace v SIMS (zprava)

Hmotnostní analyzátory

Pro rozdělení jednotlivých iontů podle jejich relativní atomové hmotnosti (amu) resp. m/z slouží analyzátor iontů. Většina ICP-MS využívá kvadrupólový (Q-MS) analyzátor, další používané analyzátory jsou průletové (time of fligt, TOF-MS) či statické sektorové s dvojí fokuszací (SF-MS, HR-MS). Jako analyzátor může působit i iontová past (IT-MS).

Magnetický sektor (MAG, B)

Mezi póly elektromagnetu jsou vedeny ionty o hmotnosti m s nábojem z urychlené elektrickým polem v iontovém zdroji nebo v elektrostatickém analyzátoru (viz dále) s napětím V. Ionty s různými m/z tedy opisují dráhy o různých poloměrech a nastává prostorová disperze iontů různých hmotností (a nábojů). Podmínkou pro využití magnetického sektoru jako hmotnostního analyzátoru je shodná kinetická energie analyzovaných iontů vstupujících do magnetického pole. Tato podmínka je splněna u tepelně ionizačního zdroje, používaného ve spektrometrech TIMS.

2 THETA: Magnetický analyzátor (zleva), Energetický filtr (uprostřed), Geometrie Nier-Johnson (zprava)

Elektrostatický analyzátor (energetický filtr, ESA, E)

Elektrostatický filtr je tvořen dvěma sférickými deskovými elektrodami připojenými ke zdroji vysokého napětí V. Intenzita elektrostatického pole mezi elektrodami je rovna E = 2V/L, kde L je vzdálenost mezi elektrodami.

Spektrometry s dvojitou fokusací

Většina iontových zdrojů generuje ionty s poměrně velkým rozptylem kinetických energií takže není možné použít magnetický analyzátor k získání hmotnostního spektra iontů vstupujících do magnetického analyzátoru. Tento problém řeší zařazení energetického filtru (ESA) před magnetický sektor. Ve spektrometrech je používáno několik geometrií dvojité fokusace.

• 1. Geometrie Nier-Johnsonova
• 2. Geometrie Mattauch-Herzogova

Kvadrupólový filtr

Kvadrupólový hmotnostní analyzátor pracuje jako filtr, podél jehož osy mohou projít jen ionty o určitém poměru m/z. Ionty jsou v kvadrupólu rozkmitány tak, že při určitém napětí a frekvenci radiových vln na elektrodách kvadrupólu projdou pouze ionty o vybraném m/z. Propouštěná hmotnost (resp. m/z) je lineárně závislá na elektrickém potenciálu elektrod. Tím je umožněno jednoduché a rychlé skenování přes celý používaný obor m/z, resp. vybraného rozsahu m/z. Výrobně je poměrně jednoduchý, většinou se používají čtyři elektrody kruhového průřezu, i když teoreticky mají být tyče parabolické (Agilent).

QQQ analyzátor

Systémy tandemových kvadrupólových analyzátorů (QQQ systémy) jsou spíše známy z hmotnostní analýzy organických molekul, kde jsou značně rozšířeny a jejich první použití je datováno do roku 1978, kdy Yost a Enke (RA Yost, CG Enke, Anal.Chem., 51, 1251, 1979) poprvé popsali fragmentaci organických molekul, tzv. srážkově indukovaná disociace (CID – collision induced disociation). Využití QQQ analyzátoru ve spojení s ICP poprvé navrhli Rowan a Houk v roce 1989. V porovnání s klasickou sestavou reakční cela-kvadrupólový analyzátor má QQQ systém navíc ještě jeden kvadrupól. Schéma tohoto QQQ je znázorněno na Obrázku níže. První komerční ICP-MS spektrometr s QQQ systémem se objevil v roce 2012 (Agilent 8800).

2 THETA: Schéma QQQ systému v ICP-MS Agilent 8800

Iontová past

Při spojení MS s kvadrupólovouu iontovou pastí dochází nejprve k akumulaci všech iontů přítomných v měřeném vzorku v iontové pasti. Poté dojde k separaci iontů, které nechceme již dále fragmentovat a analyzovat. Při vlastní fragmentaci získá ion po přivedení rezonančního potenciálu na vstupní a výstupní elektrodu při srážkách s plynem přítomným v iontové pasti dodatečnou vnitřní energii. V konečné fázi jsou iontové fragmenty vypuzeny z iontové pasti a následně je v analyzátoru iontů zaznamenáno jejich hmotnostní spektrum. Veškeré operace (výběr mateřského iontu, kolizní aktivace a fragmentace, jakož i hmotnostní analýza fragmentů) se odehrávají sekvenčně v jednom MS přístroji a označují jako tzv. tandemová MS v čase. Kterýkoliv z takto vzniklých fragmentů může být znovu zachycen v iontové pasti a celý proces aktivace a fragmentace může být několikrát opakován až do dosažení požadovaného rozlišení a může tak být změřeno čisté hmotnostní spektrum sekundárních fragmentů tohoto primárního fragmentu. Velmi perspektivní se jeví využití cyklotronové iontové pasti, která nabízí přesnost stanovení hmotností iontů nedosažitelnou jinými technikami. Širšímu využití však dosud brání relativně složité měření a finanční náročnost pořízení a provozu takového hmotnostního spektrometru.

Průletový analyzátor (TOF)

Princip separace iontů v režimu Time of Flight (průletových) MS spektrometrů je znám již přes 50 let (W. E.Stephens 1946).

Detektory iontů

V hmotnostních spektrometrech se používají následující typy detektorů:

Faradayův kelímek (Faraday cup) má nízkou citlivost a velkou časovou konstantu. Výstupní proud proud při iontovém toku 100 iontů/s je 1,6.10¯¹⁷ A. Konstrukčně je jednoduchý a používá se pro velké iontové toky př. u multikolektorů.

Elektronový násobič s kontinuální dynodou (continuous dynode electron multiplier, CEM, channeltron) je většinou skleněná trubice s vrstvou polovodivého PbO uvnitř. Proud tekoucí polovodivou vrstvou vytváří gradient potenciálu podél trubice, v podstatě jde o kontinuální dynodu místo diskrétních dynod u elektronového násobiče.

Elektronový násobič s diskrétními dynodami má vysokou citlivost a relativně malou časovou konstantu. Proti channeltronu a MCP detektoru má dlouhou životnost. Je v podstatě obdobou fotonásobiče, ale vstupní signál není fotoelektron, ale iont. Není zapouzdřen v baňce.

Mikrokanálková destička (Multichannel plate detector, MCP) je vyrobena z vysoce odporového materiálu obvykle 1 mm silného o průměru 1 – 10 cm s pravidelnou řadou drobných trubek nebo štěrbin (microchannels) s průměrem přibližně 10µm. Každý mikrokanálek je kontinuální dynoda, tedy elektronový násobič, ve kterém probíhá násobení sekundární emisí působením silného elektrického pole.

Daly detektor

Detektor dostal jméno po svém vynálezci Normanu Dalym. Princip činnosti tohoto detektoru: Kladné ionty (detektor pracuje pouze s kladnými ionty) procházejí vstupní štěrbinou detektoru, jsou urychleny vysokým napětím -20 kV a dopadají na „kliku“, kovou elektrodu z leštěného hliníku. Z povrchu „kliky“ jsou vyráženy dopadem urychlených kladných iontů sekundární elektrony a tyto dopadají na luminofor, který má vůči „klice“ potenciál +20 kV.

2 THETA Daly detektor (zleva), Mikrokanálková destička (zprava).jpg

Multikolektor

V tzv. multikolektorech (vyžadujících sektorový spektrometr) se používají kombinace několika detektorů nebo plošné multikanálové detektory. Multikolektory jsou nutné pro stanovení přesných izotopových poměrů.

Vakuový systém

Vakuum

Vzniká-li v nějakém pro atomy a molekuly plynů neprostupném a uzavřeném prostoru podtlak zpravidla menší než 100 Pa, hovoříme o vakuu v daném prostoru. Stupeň vakua není terminologicky ustálen, rozlišujeme však nízké vakuum (předvakuum cca do 0,1Pa), vysoké vakuum (do 10¯⁴ Pa) a ultravakuum (od 10¯⁶ Pa). Podle kinetické teorie plynů je tlak v nádobě způsoben nárazy molekul případně atomů plynu na její stěny. Čím menší je tedy tlak v nádobě, tím méně obsahuje molekul nebo atomů plynu. To je velmi důležité pro správnou funkci hmotnostních analyzátorů a detektorů iontů, případně i některých iontových zdrojů hmotnostních spektrometrů. V těchto přístrojích se pohybují ionty po poměrně dlouhých drahách řádu decimetrů, až metrů a každá srážka s molekulou plynu v nádobě přístroje vyvolá ztrátu energie a rozptyl částic. Střední volná dráha těchto částic je definovaná jako aritmetický střed velkého počtu drah částice mezi dvěma po sobě následujícími srážkami s molekulou plynu v nádobě přístroje.

Mechanické vývěvy

Nejrozšířenější mechanickou vývěvou je rotační olejová vývěva, která je představena na Obr. 6.22. Vývěvu tvoří dutý ocelový válec ve které se otáčí válcový píst s osou rotace posunutou proti ose válce. V pístu se nachází drážka, do které jsou zasunuty dvě ocelové planžety roztahované proti stěně válce ocelovou pružinou, které působí jako písty a tlačí molekuly plynu ve směru šipek. Celé těleso válce je ponořeno do speciálního minerálního oleje s nízkou tenzí par, který působí jako vakuové těsnění a mazivo. Pumpa může pracovat proti atmosférickému tlaku a používá se hlavně na vytvoření nízkého vakua cca 10¯¹ Pa a předvakua pro další čerpání.

Mechanická membránová vývěva pracuje na principu periodického zvětšování objemu pohybem membrány v pracovní komoře. Je dosti rozšířená v laboratořích a provozech kde je třeba dosahovat nízkého vakua, řádově 10² Pa. Mezní tlak je limitován tlakem při jakém ještě dojde k otevření vstupního ventilu do vývěvy. Často bývají tyto vývěvy používány jako jednotky pro vytvoření předvakua v hybridních vakuových jednotkách (např. spojení membránové a turbomolekulární vývěvy). V případě že je jako píst použita membrána z chemicky inertního materiálu (Teflon), jsou tyto vývěvy vhodné i pro čerpání agresivních či korozívních plynů. Schéma membránové vývěvy je znázorněno na Obr. 6.23. Tyto vývěvy mohou být zapojovány sériově (pro dosažení nižšího mezního tlaku) či paralelně(pro zvýšení čerpací rychlosti). Nevýhodou je časté opotřebení vstupních a výstupních ventilů.

Molekulární vývěva je podobná svou konstrukcí rotační olejové vývěvě, ale asymetricky umístěný rotor nemá žádné planžety a molekulám čerpaného plynu je předán impuls ve směru čerpání rychle se pohybujícím pevným povrchem. Otáčky této pumpy jsou extrémně vysoké 16-20 000 ot/min a vyžadují dokonale vyvážený rotor a uložení hřídele v magnetické levitaci. Mezní tlak je kolem 10¯⁴ Pa, čerpací rychlost je malá.

Turbomolekulární pumpa pracuje na stejném principu, jen s tím rozdílem, že molekuly plynu jsou odráženy ve směru čerpání pomocí rotoru s lopatkami. Tento typ vývěvy je velmi náročný na výrobu a tudíž drahý, ale dokáže čerpat od velmi nízkého vakua až do tlaku 10¯¹¹ Pa, vakuum je velmi čisté. Molekulární vývěva nemůže pracovat při atmosférickém tlaku, protože lopatky rotoru by se silným třením o čerpaný plyn zahřály a zničily, proto je používána v kombinaci s primární vývěvou (např. olejová rotační).

Difuzní vývěvy

V technice vysokého vakua se uplatňují velice často difúzní vývěvy. Ty vyžadují předvakuum v řádech jednotek až desítek Pa (tj. jejich výstup je připojen na vstup primární vývěvy, většinou rotační olejové). Difúzní vývěva nemá žádné pohyblivé části a funguje podobně jako kapalinová vývěva, v oblasti vyššího vakua však působí pouze strhávání molekul plynu rychle proudící kapalinou nebo parou. Čerpaný plyn difunduje do par pracovní tekutiny a tato směs je pak vedena do prostoru, kde zkondenzuje pouze pracovní tekutina (a stéká zpět do varné části) a čerpaný plyn je odveden primární vývěvou ze systému.

Spektrometry ICP-MS

Základní části ICP/MS spektrometrů zahrnují zařízení pro přívod analyzovaného vzorku, iontový zdroj, interface zaručující účinnou změna tlaku a teploty mezi zdrojem iontů a iontovou optikou, iontovou optiku, analyzátor iontů a detektor s vyhodnocovacím systémem.

2 THETA: Klasické schéma ICP/MS spektrometru

Vnášení vzorků do ICP/MS

Způsoby vnášení vzorků do plazmatu jsou podrobně popsány v kapitole 3, proto zde budou uvedeny pouze základní principy. Plyny, těkavé sloučeniny (hydridy, cheláty aj.) nebo ablatované částice jsou vnášeny do plazmatu přímo v proudu argonu kontinuálně nebo diskontinuálně pomocí dávkovacího kohoutu. Plynné částice mohou být rovněž absorbovány v kapalinách nebo adsorbovány na pevných sorbentech a po jejich mineralizaci zpracovávány jako kapalné vzorky přímou analýzou. Kapalné vzorky jsou zmlžovány a vnášeny do plazmatu ve formě aerosolu, kde je vzorek odpařen, jednotlivé sloučeniny jsou disociovány, atomizovány a ionizovány. Podobně se postupuje u kombinovaných technik (FIA, LC,CE, GC aj.). Pevné látky jsou nejčastěji převáděny do roztoků mineralizací. V některých případech se volí přímé vnášení suspenzí (slurry technika),: volných atomů v plynném stavu po elektrotermické vaporizaci nebo laserové ablaci.

Iontový zdroj

Plazmové hlavice pro klasické optické i hmotnostní spektrometry jsou v zásadě shodné, avšak na rozdíl od ICP-OES je plazmová hlavice u ICP/MS orientována vždy horizontálně v ose dalšího směru zpracování iontů. Energie rf záření je soustředěna do vnějšího kruhově koncentrického prstence proudícího argonu, kde teploty dosahují nejvyšších hodnot (104 K). Odtud se energie konvekcí přenáší do středního analytického kanálu, do kterého je vnášen vysokou rychlostí nosným tokem Ar vzorek střední trubicí (křemen, korund aj.) plazmové hlavice. Vzorek je odpařen, jednotlivé sloučeniny jsou disociovány, atomizovány a ionizovány, takže z ústí plazmové hlavice vystupuje směs atomů a iontů spolu s fragmenty molekul, neodpařených částic vzorku a velkého množství argonu. Tato směs je dále vedena přes interface do vlastního hmotnostního spektrometru.

Interface

Interface je jednou z nejchoulostivějších a nejnamáhanějších součástí ICP/MS přístroje, který je v přímém styku s vrcholem plazmového chocholu. Interface zajišťuje efektivní oddělení hlavního toku argonu (plazmový, stínící plyn) od středního toku atomů a iontů analyzovaného vzorku. V počátečních fázích se používal jednostupňový interface, který se vyznačoval jednoduchou konstrukcí, kterou představoval kónus o průměru vstupního otvoru 100 µm. Ten umožňoval rychlou změnu tlaku a teploty a poměrně účinnou blokaci molekulárních fragmentů, neodpařených částic vzorku a velkého množství argonu. Dnes se prakticky nepoužívá. Dvoustupňový interface je tvořen dvěma kónusy (sampler, skimmer) vyrobenýmich z vysoce vodivých a odolných materiálů (Ni, Cu, Al, Pt ...) s efektivním chlazením vodou, které zaručují pomalejší změnu tlaku a teploty ve dvou stupních (500 resp. 10¯⁶ Pa).

Iontová optika

Iontový plyn po opuštění druhého kónusu je silně divergentním proudem iontů a elektricky nenabitých atomů (Ar, O, H aj.) a fotonů. Před vstupem do analyzátoru iontů je nutno získat kolineární proud iontů, ze kterého jsou separovány fotony, elektroneutrální částice a část iontů, které by mohly zvyšovat pozadí (šum) detektoru iontů. Protože elektricky neutrální částice neovlivňuje elektromagnetické pole, stačí k jejich odstranění umístit do dráhy mechanickou překážku (např. kovový terčík) a fotony i nenabité částice se na ní zastaví. Analyzované ionty se pak Iontový plyn po opuštění druhého kónusu je silně divergentním proudem iontů a elektricky nenabitých atomů e vyhnuly tomuto filtru a zároveň vytvořily kolineární proud iontů.

Analyzátor iontů

Pro další oddělení jednotlivých iontů podle jejich relativní atomové hmotnosti (amu) resp m/z slouží analyzátor iontů. Většina ICP/MS využívá kvadrupólový (Q-MS) analyzátor. Některé typy ICP/MS spektrometrů mají navíc instalován ještě menší kvadrupólový předseparátor, který vstupující ionty nasměruje do správného směru v ose vlastního kvadrupólu.

Detektor

Pro detekci a kvantifikaci se nejčastěji využívá elektronový násobič s diskrétními dynodami, jehož funkce je obdobná klasickému fotonásobiči, a spočívá v zesílení elektrického signálu, který je úměrný počtu iontů dopadlých na jednotkovou plochu detektoru. Pro přesné měření isotopických poměrů se používá multikolektor, vyžadující ovšem spektrometr s dvojí fokuzací.

ICP-MS jako prvkově specifický detektor pro chromatografické techniky

Metody optické emisní či hmotností spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem jsou běžně využívány pro stanovení celkového obsahu analytu. Informace o celkovém obsahu daného zájmového prvku ve vzorku však má omezenou výpovědní hodnotu a může být z pohledu uživatele výsledku zavádějící. Vzhledem k rozdílným vlastnostem různých forem (specií) jednoho prvku závisí vlastnosti vzorku jako takového na zastoupení jednotlivých forem. Speciační analýza v sobě zahrnuje stanovení koncentrací jednotlivých fyzikálněchemických forem prvku, jejichž součet tvoří celkovou koncentraci prvku ve vzorku. Separační techniky s běžnými detektory (UV-VIS absorpce, fluorescence, vodivost, refrakce aj.) nejsou dostatečně citlivé a vzhledem k nespecifické odezvě detektoru je jejich využití pro stanovení specií omezené. Častější je využití spojení separační techniky a prvkově specifické detekce, zpravidla z oblasti atomově-spektrometrických technik (AAS, AFS, ICP-OES/MS, FPD, MIP-OES/MS aj.). V této oblasti má ICP-MS svoji nezastupitelnou úlohu téměř ideálního prvkově specifického detektoru. S určitým omezením je aplikovatelný jak v kapalinové, tak plynové. Elektrostatická iontová optika - extrakce a fokusace iontů chromatografii a dalších separačních technikách, jako je například kapilární elektroforéza. ICP-MS má, jako prvkově specifický detektor, několik nesporných výhod:

• 1. Odezva detektoru je nezávislá na specii.
• 2. Linearita odezvy.
• 3. Citlivost a mez detekce.
• 4. Multielementární detekční schopnost.
• 5. Možnost stanovení izotopových poměrů.

Spojení kapalinové chromatografie s ICP-MS

Metoda kapalinové chromatografie využívá dělení analytů v proudu kapaliny, a protože je ICP-MS metoda primárně určená pro analýzu roztoků, je spojení LC s ICP-MS technicky nejméně problematické. Podmínkou pro spojení LC a ICP-MS je zajištění kompatibilních podmínek pro provoz obou částí. Tyto podmínky mohou být v mnoha ohledech kompromisní a mohou být na úkor separace (horší separační účinnost, delší separace) i detekce (horší mez detekce, přítomnost spektrálních a nespektrálních interferencí).Pro spojení s ICP-MS detekcí mohou být využity prakticky všechny techniky kapalinové chromatografie (iontově-výměnná, iontopárová, vylučovací, na reverzní i normální fázi, afinitní aj.), pokud je zajištěna kompatibilita separačních podmínek s provozními podmínkami ICP-MS. Výstup ze separační kolony je zpravidla přímo připojen kapilárou do zmlžovače ICPMS. Průtoky mobilní fáze (MF, řádově desetiny až jednotky ml.min-1) odpovídají průtokům, se kterými pracují běžně užívané zmlžovače v ICP-MS (koncentrický, křížový a jiné typy), takže i běžně aplikované mlžné komory zůstávají na svém místě. Lze však využít také modifikace v mikrokolonovém uspořádání s průtoky mobilní fáze řádově 0.01 – 0.1 ml.min-1 a tomu odpovídající zmlžovače (mikrokoncentrický), případně jsou využity zmlžovače, které pracují bez mlžné komory (DIHEN - Direct Injection High Efficiency Nebulizer).

2 THETA: Přímé zmlžování do plazmové hlavice

Spojení plynové chromatografie s ICP-MS

Spojení plynové chromatografie s ICP-MS detekcí je využíváno pro separaci a detekci těkavých analytů nebo analytů, které vhodnou derivatizací převedeme na těkavé formy. GC je využívána především pro separaci organokovů a organometaloidů a v porovnání s běžnými GC detektory ICP-MS opět přináší citlivou a prvkově specifickou detekci. Vzhledem k malým průtokům mobilní fáze v GC (řádově jednotky až desítky ml.min¯¹ , nosným plynem je zpravidla He) je možno výstupní kapiláru zavést do injektoru ICP (s průtokem nosného Ar asi 1 l.min¯¹ ). Protože zde není aplikován zmlžovač s mlžnou komorou, a také vzhledem k vysoké separační účinnosti GC kolon, nedochází k rozmývání píků a jsou tedy v porovnání s píky z LC-ICP-MS podstatně užší. Nejčastěji se technikou GC-ICP-MS stanovují těkavé specie Sn (organocíničité sloučeniny), Hg (MeHg, Me₂Hg), Pb, Se, As (alkylderiváty).

2 THETA: Spojení plynového chromatografu s ICP-MS

Spojení kapilární elektroforézy s ICP-MS

Hlavní předností CE je vysoké rozlišení, flexibilita aplikací, nízké provozní náklady a hardwarová jednoduchost. Spojení CE separačního modulu s ICP-MS jako selektivního detektoru je však mnohem složitější, než spojení s HPLC nebo GC. Hlavními problémy jsou nízký průtok CE (řádově nl/min,), který omezuj výběr zmlžovače a nutnost aplikovat vysoké napětí. CE-ICP-MS zůstává z velké části v oblasti akademického výzkumu, kde však již dnes pracuje řada přístrojů.. V poslední době vyvíjené mikro a nanoprůtokové HPLC mají výhody CE bez jejích nedostatků.

2 THETA: Rozhraní CE – ICP-MS