Kovy vzácných zemin (REE) jako analyt nebo interferent při analýze pomocí ICPMS SQ vs. ICPMS QQQ

Stopová analýza kovů vzácných zemin (REE) je v dnešní době čím dál více skloňována, a to zejména díky rozvíjejícímu se průmyslovému odvětví na kovech vzácných zemin založených. Toto bohužel přináší i migraci těchto kovů do životního prostředí a nutnost monitorování a provádění analýzy dopadu takovéto kontaminace.

Spektrometry s indukčně vázaným plazmatem a tandemovou hmotnostní detekcí kombinovanou s výkonnou reakční celou se ukazují jako ideální nástroj pro ultrastopovou analýzu REE, ať už z důvodu vysoké citlivosti, tak i bezproblémového odstranění interferujících analytů.

Úvod do problematiky analýzy REE

• REE = 15 Lantanoidů (La Lu ) + Sc,Y podobné fyzikálně chemické vlastnosti

Zvyšující se používání v průmyslovém odvětví

• vyšší tlak na čistotu - analýza nečistot
• monitorování dopadu na životní prostředí

Altium/Wikipedia: Kovy vzácných zemin (REE)

Výzvy při analýze REE na ICPMS

REE jako analyzovaný kov

• Snadno tvoří oxidické molekuly, nižší REE také hydridy a hydroxidy
• Nízký II. Ionizační potenciál snadná tvorba M⁺⁺

REE jako matriční interferent

• 2x nabitá částice se při průletu kvadrupólem chová jako částice o poloviční hmotě (separace podle poměru (m/z))

Altium: Výzvy při analýze REE na ICPMS

REE jako analyzovaný kov

Možnosti analýzy REE na ICPMS

• REE tvoří jednu z nejpevnějších vazeb Kov-Oxid
• Její destrukce za použití kolizního módu SQ ICPMS je problematická
• Pomocí ICPMS SQ je náročné dosáhnout požadovaných LOD <1 ppt pro všechny kovy vzácných zemin

Nutno použít reakční mód kolizně reakční cely ICPMS

• částice vstupující do kolizně reakční cely reagují s O₂, H₂, NH₃ za vzniku nových molekulových iontů prostých interferencí

Altium: Nutno použít reakční mód kolizně reakční cely ICPMS.

Reakční mód ICPMS SQ vs ICPMS QQQ

Použití ICPMS SQ

• Vstup částic do kolizní cely není kontrolován
• Mohou reagovat všechny atomové i molekulové ionty

Altium: Použití ICPMS SQ.

Použití ICPMS QQQ

• Kontrolovaná reakce pouze iontů filtrovaných za pomoci Q1

Altium: Použití ICPMS QQQ.

Reakční mód ICPMS QQQ

O₂ reakční mód (mass shift)

• REE-O⁺ (¹⁵⁷PrO⁺) málo reaktivní vs. REE⁺ (¹⁵⁷Gd⁺) velmi reaktivní
• pro Eu a Yb je reakce M⁺ --> MO⁺ endotermní
• tvorba oxidů Eu a Yb mnohem méně efektivní (10 20%)

Altium: O2 reakční mód (mass shift).

NH₃ reakční mód (on mass) - odstranění interferencí

• funkční ale příliš raktivní - při odstranění oxidických interferencí reagují i ionty samotných kovů zejména La, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb, Lu --> nedostatečné detekční limity

Altium: NH₃ reakční mód (on mass).

O₂ reakční mód (mass shift) vs N₂O rakční mód (mass shift)

Analýza REE v povrchových vodách

• předpokládané interference BaO⁺ na Eu⁺, BaH⁺ + na La⁺, nebo oxidy nízkých kovů vzácných zemin interferující na vyšších REE
• dosažení lepších LOD pro Eu a Yb než v O₂ reakčním módu
• použití N₂O jako reakčního plynu REE⁺ + N₂O --> REEO⁺ + N₂
  • exotermická reakce pro všechny REE
  • očekávána velmi dobrá citlivost i pro Eu a Yb

Altium: O₂ reakční mód (mass shift) vs N₂O rakční mód (mass shift).

REE jako interferent na ICPMS

• 2x nabitá částice se při průletu kvadrupólem chová jako částice o poloviční hmotě (separace podle poměru (m/z))

Řešení nabízí jak ICPMS SQ, tak ICPMS QQQ

• ICPMS SQ: Analýza s vyšším rozlišením kvadrupólu na úrovni 0.5 amu
• Použití O₂ reakčního módu a kvantifikace produktu reakce s kyslíkem

Altium: REE jako interferent na ICPMS.

Odstranění REE interferencí na ICPMS SQ

• Interferenci dvojně nabitých iontů nelze odstranit kolizí s He v kolizně reakční cele
• interakce (M⁺) a (M⁺⁺) iontů jsou vůči He stejné
• ICPMS SQ nastavení a naladění metody s rozlišením kvadrupolu 0.5 amu
  • standardní funkce pro ICPMS Agilent
  • možno využít funkce automatického nastavení metody pro REE korekci s použitím vyššího rozlišení kvadrupolu

Altium: Odstranění REE interferencí na ICPMS SQ.

Odstranění REE interferencí na ICPMS QQQ

Altium: Odstranění REE interferencí na ICPMS QQQ.