ICP-MS analýza komplexních matric s využitím automatického pokročilého ředění

Analýza vzorků s vysokým obsahem matrice, jako jsou půdy a sedimenty, pomocí ICP-MS může být náročná a zdlouhavá, zejména pro laboratoře s velkým množstvím vzorků. Možnost měření více prvků pomocí ICP-MS znamená, že analytici mohou kvantifikovat mnoho prvků ve vzorku. Stanovení velkého souboru prvků však obvykle vyžaduje, aby analytik pro tyto prvky připravil několik vhodných kalibračních standardů. Vzhledem ke složitosti a vysokému celkovému obsahu pevných látek v některých vzorcích životního prostředí to vyžaduje mnoho času. Po přípravě mohou analytici potřebovat vzorky dále ředit, aby zajistili měření všech prvků v rámci kalibračního rozsahu, což vyžaduje více času a zdrojů a narušuje analytický pracovní postup.

Pro snížení pracovní zátěže analytika lze přístroje Agilent ICP-MS (a ICP-OES) vybavit novým pokročilým ředicím systémem Agilent ADS 2, což je předkonfigurovaný modulární ředicí systém se dvěma stříkačkami, který zahrnuje pokročilý ventilový systém pro ICP-MS (AVS MS, dříve označován jako ISIS 3)[1]. Systém ADS 2 umožňuje analytikům snadno provádět tři důležité funkce, které šetří čas, zkracují dobu zpracování výsledků vzorků a snižují náklady na analýzu:

• Automatická příprava vícebodové kalibrace z jednotlivých zásobních standardů. Automatizace přípravy kalibračních standardů eliminuje časově náročnou práci a minimalizuje možnost vzniku chyb spojených s manuálními operacemi.
• Automatické ředění vzorků předepsaným faktorem, čímž se eliminuje nutnost ručního ředění a snižuje riziko kontaminace.
• Automaticky provádějte inteligentní reaktivní ředění cílových analytů, pokud jsou výsledky mimo kalibrační rozsah nebo pokud prvky interního standardu (ISTD) vykazují potlačení nebo zesílení, a to i během bezobslužného provozu. [2,3]

ADS 2 doplňuje již tak vysoké výkonnostní charakteristiky přístrojů Agilent ICP-MS a Agilent ICP-MS MassHunter pro analýzu vzorků s vysokým obsahem matrice včetně půd. Tyto typy vzorků mohou u ICP-MS způsobovat problémy, jako je drift signálu, potlačení a interference polyatomických a dvojnásobně nabitých iontů (M²⁺). Jak však ukázaly předchozí studie [4] ICP-MS Agilent 7850 dokáže tyto problémy překonat pomocí různých hardwarových a softwarových funkcí, včetně:

• Robustní provozní podmínky (nízký poměr CeO/Ce), které zajišťují optimální toleranci matrice při analýze vzorků půdy s vysokým obsahem matrice, minimalizují drift a snižují četnost rutinní údržby.

Technologie UHMI (Ultra High Matrix Introduction), která zvyšuje celkovou toleranci ICP-MS vůči matrici. UHMI umožňuje měřit vzorky s vysokým a proměnlivým obsahem matrice, aniž by bylo nutné ředění specifické pro daný vzorek nebo porovnávání matrice s kalibračními standardy.

• AVS MS - dříve známý jako ISIS 3. Sedmiportový AVS MS zkracuje dobu, po kterou je matrice vzorku zaváděna do přístroje, čímž zajišťuje vynikající stabilitu, minimalizuje chyby kontroly kvality (QC) a snižuje nároky na údržbu systému.
• Reakční systém na bázi oktopólu (ORS 4 ) - heliový (He) kolizní režim pro kontrolu běžných spektrálních interferencí pomocí diskriminace kinetické energie (KED), který zajišťuje přesnost dat.
• Automatická korekce M2⁺ pro zvýšení přesnosti dat pro prvky, jako je arsen a selen.
• Senzory a čítače včasné zpětné vazby při údržbě (EMF) a kontroly výkonu po spuštění, které pomáhají udržovat výkon přístroje tím, že analytika upozorní na nutnost údržby. Tyto funkce omezují zbytečnou údržbu, zabraňují prostojům přístroje a dále zvyšují produktivitu.
  Jak ukazuje obrázek 1, ADS 2 je umístěn mezi autosamplerem Agilent SPS 4 a AVS MS přístroje 7850 ICP-MS. Systém je plně integrován, obsluhován a řízen softwarem MassHunter pro ICP-MS. Systém ADS 2 používá dvě stříkačky a čtyři ventily k usměrnění toku vzorku, ředidla a nosiče tam, kde je to požadováno. Tato konstrukce zajišťuje zachování výhod rychlého příjmu vzorků a vysoké propustnosti vzorků, když vzorky nevyžadují ředění.

Obrázek 1 - Agilent 7850 ICP-MS s integrovaným AVS MS (vpravo), autodilutor Agilent ADS 2 (uprostřed) a autosampler Agilent SPS 4 (vlevo)

V této studii byl přístroj 7850 ICP-MS vybavený zařízením ADS 2 použit k měření 26 prvků v reprezentativních vzorcích životního prostředí s vysokým obsahem matrice. Metoda byla vyvinuta pomocí funkce Method Wizard v programu ICP-MS MassHunter. Přesnost autokalibrace, automatického předpisového ředění vzorků a dlouhodobá stabilita ICP-MS 7850 s ADS 2 byla hodnocena během analýzy roztoků obsahujících certifikovaný referenční materiál (CRM) říčního sedimentu, roztok s příměsí a opakovaná měření rozkládaných vzorků půdy.

Experimentální část

Instrumentace

Pro analýzy vzorků byl použit přístroj Agilent ICP-MS 7850 se standardním systémem UHMI, ORS [4], autosamplerem SPS 4, ADS 2 a AVS MS. ICP-MS 7850 byl vybaven standardním rozprašovačem MicroMist, rozprašovací komorou Scottova typu, a jednodílným křemenným hořákem s 2,5 mm id vstřikovačem. Rozhraní se skládalo z poniklovaného měděného vzorkovacího kužele a niklového odběrového kužele. Přístroj ADS 2 byl vybaven smyčkou o objemu 1,50 ml s vnitřním průměrem 1,00 mm (id). ORS [4] používá malý objem cely a oktapólový iontový element pro optimální výkon v kolizním režimu "He". "Režim He" snižuje přenos všech polyatomových iontů pomocí KED, čímž se minimalizují chyby způsobené běžnými polyatomickými matričními interferencemi. Vylepšený, režim He s vysokou energií (režim HEHe) je rovněž k dispozici pro řešení překryvů z vysoce intenzivních druhů pozadí, jako je Ar₂ na Se při m/z 78, N₂ pro ²⁸Si a NO/NOH pro ³¹P.

Agilent ICP-MS 7850 v režimu HEHe snižuje intenzitu interferencí bez nutnosti použití reaktivního plynu v kolizní cele ORS [4] , jako je O₂ , H₂ nebo NH₃ . Vyhnutí se reaktivním plynům v reakkční cele nejenže zjednodušuje provoz přístroje 7850 ICP-MS, ale také zajišťuje, že se v systému nevytvářejí žádné nové molekulární interference v důsledku interakce iontů analytu s plynem v cele. Používání pouze režimů založených na He proto zlepšuje kvalitu dat, zejména při víceprvkové analýze komplexních vzorků/matric. V této práci bylo měřeno 25 prvků v He a Se módu v režimu HEHe. 

K rychlému a snadnému vytvoření analytické metody bylo využito Wizardu integrovaného v softwaru Agilent ICP-MS MassHunter. Wizard provede uživatele řadou otázek pro výběr analytů a prvků vnitřního standardu (často s použitím předdefinovaných seznamů a roztoků Agilent). Pro tuto aplikaci jsou přednastaveny podmínky „UHMI-4“, které poskytují robustní plazmatické podmínky (nízký poměr CeO+ /Ce+).

Software ICP-MS MassHunter zahrnuje také IntelliQuant, který dokáže provést úplný sken hmotnostního spektra vzorku během krátké doby měření (2s) [5]. Získávání rychlých skenů neznámých vzorků pomocí nástroje IntelliQuant je velmi jednoduchá strategie pro identifikaci a semikvantifikaci všech REE ve vzorcích. Pokud jsou ve vzorku přítomny REE jako Nd, Sm, Gd a Dy v dostatečně vysoké koncentraci, mohou M²⁺ interference ovlivnit přesnost měření prvků, jako je As a Se. Data IntelliQuant jsou prezentována jako periodická tabulka na obrázku 2, který ukazuje přítomnost Nd, Gd a Dy ve vzorku půdy. Proto byla v položce „Korekce REE²⁺“ vybrána možnost „Korekce REE²⁺“ ve Wizardu. 

Obrázek 2 - Tepelná mapa / tabulka prvků IntelliQuant pro vzorek půdy

Přístoj 7850 byl vybaven standardní peristatltickou pumpou Agilent včetně kapilár (bílá-bíla pro vzrorky) a oranžovo-modrá pro vnitřné standard. Jako vnitřní standard byl použit standardní roztok 2mg/L, který byl připraven z Agilent 5188-6525 rozroku s obsahem 100mg/L ⁶Li, Sc, Ge, Rh, In, Tb, Lu, and Bi zředěním vzrokem cca 15x.

Tabulka 1 - Provozní parametry Agilent ICP-MS 7850

Výsledky a diskuse

Kalibrace

K přípravě čtyřbodových křivek byla použita autokalibrace ADS 2 pro všechny prvky uvedené v tabulce 4. Všechny křivky vykazovaly vynikající linearitu s kalibračními koeficienty vyššími než 0,9995. Reprezentativní kalibrační křivky pro Al, Fe, Cu a As jsou ukázány na obrázku 3.

Obrázek 3 - Kalibrační křivky pro Al, Fe, Cu a As s použitím standardů, které byly automaticky připraveny ze zásobních roztoků pomocí Agilent ADS 2 při 200násobném až 10násobném ředění.

Detekční limity

Typické meze detekce (IDL) přístroje 7850 ICP-MS vypočtené z kalibrací ICP-MS MassHunter jsou uvedeny v tabulce 4. IDL byly vypočteny jako tři sigma z 10 měření slepého (blank) roztoku.

Tabulka 4 - Detekční limity Agilent 7850 ICP-MS

Stanovení výtěžnosti

Vzorek byl připraven tak, že se známé množství analytů přidá do vzorku 1% roztoku HNO₃. Tento spikovaný roztok, který byl připraven aby reprezentoval koncentrace typické pro analýzu půdy, byl zředěn 10x pomocí ředicí funkce ADS 2 během analýzy. Tabulka 5 uvádí očekávané a naměřené koncentrace a výtěžnost všech analytů.

Výtěžnost pro většinu prvků se pohybovaly v rozmezí ±10 %, zatímco výtěžnost všech prvků byla v rozmezí ±15 % očekávaných hodnot. Toto vyhodnocení 7850 ICP-MS za použití jednoduché metody s využitím relativně vysokého syntetického standardu potvrdilo kalibraci.

Tabulka 5 - Výsledky výtěžnosti spiků pro roztok, který byl automaticky zředěn pomocí Agilent ADS 2. Data korigována na preskriptivní 10násobné automatické ředění pomocí ADS 2.

Preskriptivní ředění vzorků pomocí ADS 2

Vyhodnocení funkce preskriptivního ředění systému ADS 2 a přesnost metody, byl použit systém automatického ředění byl použit k provedení 25-násobného ředění říčního sedimentu B CRM před analýzou.

Výsledky pro certifikované prvky a (Be, Mo, Ag a Hg) jsou uvedeny v tabulce 6. Všechny prvky byly naměřeny v rozmezí ±15 % očekávaných hodnot, což dokazuje účinnost systému ADS 2 pro automatické ředění vzorku říčního materiálu s vysokým obsahem matrice. 

Tabulka 6 - Naměřené koncentrace a výtěžnost certifikovaných prvků v CRM říčního sedimentu získané pomocí ICP-MS Agilent 7850 (n = 3). Údaje byly korigovány na preskriptivní ředění (25x) pomocí Agilent ADS 2.

Dlouhodobá stabilita

Pomocí ICP-MS 7850 bylo analyzováno 144 vzorků půdy po dobu 7,6 hodiny, přičemž roztok pro kontrolu kvality (QC) byl zařazen po každých 10-ti vzorcích. Kontrolní roztok byl připraven v 1% HNO₃ z z různých šarží tří roztoků použitých k přípravě kalibračních standardů. Koncentrace prvků byla
následující: Al, Ca, Fe, K, Mg, Na v koncentraci 50 mg/l, ostatní prvky v koncentraci 0.5 mg/l, kromě Hg (0,003 mg/L).

Rozložené půdní vzorky a roztok pro kontrolu kvality byly automaticky ředěny 15x a 5x pomocí ADS 2, aby se dostaly na úroveň vhodného rozsahu pro kalibraci ICP-MS. Obrázek 4 ukazuje graf stability vnitřního standardu a na obrázku 5 je zobrazen graf stability roztoku QC v rozšířené dávce. 

Obrázek 4. Stabilita ISTD při analýze 144 půdních digestátů, které byly automaticky naředěny 15x pomocí Agilent ADS 2. Výtěžnost ISTD byla normalizována ke kalibračnímu slepému pokusu pro všechny vzorky. Červené přerušované čáry ukazují kontrolní meze ±25 %.

Údaje o stabilitě demonstrují robustnosta stabilitu ICP-MS metody a potvrzují schopnost ADS 2 provádět přesná a opakovatelná ředění. Všechny prvky vykazovaly RSD menší než 3,5 % v rámci 7,6h s výjimkou Hg, u něhož byla RSD 5,4 %. Tuto odchylku lze přičíst nízké koncentraci (0,6 μg/l) Hg v roztoku.

Obrázek 5 - ICP-MS ADS - Výtěžnosti 5x zředěného QC standardu při analýze 144 vzorků půd. Tlusté čáry vyznačují kontrolní rozmezí ± 20%

Závěr

Studie ukázala, že pokročilé ředění Agilent Advanced Dilution (ADS) 2 dokáže automaticky kalibrovat přístroje Agilent 7850 ICP-MS pomocí série online ředění kalibračních zásobních roztoků. Systém ADS 2 také prováděl časově náročná předepsaná ředění vzorků s vysokým obsahem matrice tak, aby všechny koncentrace prvků byly v rozmezí hodnot kalibračních křivek. 

Přesnost autodilučních schopností systému ADS 2 byly hodnoceny v širokém rozsahu, včetně automatické přípravy kalibračních bodů v rozsahu 200x až 10x, a měření vzorků mezi 25x a 5x. Tento rozsah ukazuje flexibilitu systému ADS 2 při urychlování kritických úloh a snížení potřeby pracného manuálního ředění. Pokud vzorky přesahují lineární rozsah kalibrace po ředění, přístroj ADS 2 vzorky automaticky donaředí pomocí režimu reaktivního ředění. ICP-MS 7850 s technologií UHMI pracuje s technologií robustní plazmy (nízký poměr CeO+ /Ce+), která poskytuje záruku, že že přístroj dokáže analyzovat vzorky s vysokým obsahem matrice a snižovat opakovaná měření v důsledku driftu. Vynikající stabilty ISTD a QC ukazují, že metoda je vhodná pro rutinní analýzy půdy po dobu přesahující 7,6h, aniž by se projevily jakékoli ztráty citlivosti.

Data IntelliQuant byly použity k posouzení prvků, které nejsou zahrnuty v kvantitativní metodě, jako jsou REE. Agilent ICP-MS MassHunter použil automatické korekce pro interference dvojnásobně nabitých iontů REE, které brání stanovení iontů As a Se. Tato automatizovaná rutina šetří čas v porovnání s ruční korekcí dvojnásobně nabitých iontových interferencí.

Seznam spotřebního materiálu

Přehled spotřebního materiálu pro ADS AVS při analýze vzorků půd