Agilent průvodce údržbou přístrojů ICP-MS - část 1 Kónusy

Průvodce údržbou přístrojů ICP-MS, který vám pomůže dosáhnout nejlepšího analytického výkonu - část první

V oblasti interfejsu (rozhraní plazma-iontová optika) , kde se nacházejí kónusy, se v plazmě, která má velmi vysokou teplotu a atmosférický tlak, vytvářejí ionty analyzované látky. Tyto ionty musí být přeneseny do hmotnostního spektrometru, který musí pracovat při velmi nízkém tlaku. Nejprve jsou tyto analyzované ionty odebrány prvním kónusem (tzv. vzorkovacím kónusem nebo-li sampling cone), než vstoupí do nízkotlaké oblasti interfejsu, kde se ionty rozšiřují a jsou extrahovány kombinací druhého kónusu (odběrového kónusu nebo-li skimmer cone) a extrakčních čoček.

Agilent Technologies: Obrázek 1. Schéma rozhraní plazma/vakuum pro přístroj ICP-MS, který extrahuje ionty z plazmy a soustřeďuje je do hmotnostního spektrometru a detektoru.

Obrázek 1 je schéma oblasti interfejsu. Účelem extrakčních čoček a odběrových kónusů je dostat ionty analyzované látky do reakční komory a poté do kvadrupólu v hmotnostním spektrometru. Stejně jako přechod z atmosférického tlaku na velmi nízký tlak je důležité vyloučit všechny fotony nebo neutrální částice, které by přispívaly k signálu pozadí, a do hmotnostního spektrometru přenášet pouze kladně nabité ionty analyzované látky. Společnost Agilent poskytuje několik softwarových nástrojů pro optimalizaci tohoto přenosu iontů.

Postup spuštění

Tento postup vás automaticky provede optimalizací parametrů plazmy v ICP, jako je nastavení osy hořáku, průtok plynu zmlžovače a sledování výkonu přístroje za standardních podmínek. Výsledkem je zpráva o výkonu, která obsahuje cenné informace, které lze sledovat po celou dobu životnosti vašeho ICP-MS, aby bylo možné vytvořit historii a snadno identifikovat, kdy se věci začínají vymykat kontrole.

Automatické ladění parametrů čoček a extrakce

Tím se odstraní odchylky způsobené obsluhou a zajistí se konzistentní výkon každý den, takže extrakce iontové čočky poskytuje nejlepší výkon pro váš ICP. Společnost Agilent obvykle doporučuje, abyste zvolili spuštění všech těchto postupů spouštění. Pulzní/analogové faktory se obvykle nastavují v rámci jednotlivých metod, protože je třeba je aktualizovat pro prvky v rámci dané metody. Poté proveďte globální ladění pro přístroj a v rámci každé sady vzorků – tedy v rámci každé metody, kterou budete provádět.

Kónusy a interfejs

Podívejte se blíže na kónusy interfejsu. Ty jsou klíčové pro výkon ICP-MS, a proto by měly být pravidelně kontrolovány, zejména jejich otvor (orifice). Společnost Agilent nabízí pro tento účel praktickou lupu. Tato lupa je osvětlená a poskytuje 10násobné zvětšení spolu s měřicí stupnicí. Je třeba zkontrolovat, zda je otvor čistý, zda je stále kruhový a zda rozměry zůstávají správné. Průměr vzorkovacího kónusu by měl být jeden milimetr. Pokud je ucpaný, je třeba jej vyčistit, a pokud je zvětšený, dosáhl konce své životnosti a je třeba jej vyměnit.

Některé běžné problémy s kónusy interfejsu mohou vzniknout v důsledku nesprávného zacházení nebo nesprávného použití. Kónusy samotné jsou velmi křehké, zejména špička odběrového kónusu, která je velmi jemná, takže nesprávné zacházení může způsobit problémy. Špička by se během čištění, demontáže a opětovné instalace do přístroje neměla dostat do kontaktu s žádným povrchem. 

Pro odběrový kónus musí být použita správná základna – klíčovou věcí, kterou je třeba si zapamatovat, je materiál, který používáte. Niklové odběrové kónusy vyžadují použití nerezové základny, což je výchozí nastavení pro systém x-lens.

Pokud používáte platinové kónusy, potřebujete mosaznou základnu. To je standardní nastavení společnosti Agilent. Umožňuje to kontrolovat teplotu špičky, aby nedošlo k přehřátí, a zajišťuje rovnoměrné nanášení matrice na špičku. 

Je třeba najít rovnováhu, protože kónusy je třeba udržovat, aby byl zajištěn jejich výkon, ale neměly by se čistit více, než je nutné. Důvodem je to, že jakékoli čištění kónusů zkracuje jejich životnost. Musíte se soustředit na špičku kónusu, zejména na stav otvoru – není nutné čistit a leštit povrch kónusu, aby se vrátil do původního stavu. Vzhled povrchu kónusu není v zásadě důležitý, ale je třeba zajistit, aby otvor měl správné rozměry, byl čistý a měl správný tvar (obrázek 2).

Agilent Technologies: Obrázek 2. Celkový stav, velikost a tvar otvoru v kónusech interfejsu je rozhodující pro výkon přístroje.

Po instalaci nových kónusů nebo vyčištění stávajících je třeba je kondicionovat. To je doporučeno, protože se tím sníží odchylka způsobená počátečním usazováním matrice vzorku na čistém povrchu kónusu. Cílem je dosáhnout rovnováhy s matricí na povrchu kónusu – tenká vrstva může vést ke zlepšení citlivosti, protože snižuje úroveň pozadí, zejména u niklu a mědi. 

Výchozí doporučení společnosti Agilent pro kondicionování je nasát 50 ppm vápenatého roztoku. Ten lze připravit z 1% kyseliny dusičné a poté nasávat po dobu přibližně 10 minut. Poté byste měli pokračovat oplachovým roztokem, například 1% kyselinou dusičnou, po dobu dalších 10 minut, což kónus dostatečně kondicionuje. V praxi, pokud každý den zpracováváte stejný druh matrice vzorku, budete moci nasávat matrici pro váš vzorek po dobu přibližně 15 minut, což lze provést jako součást zahřívání přístroje. Zapalte plazmu, nasajte vzorek namísto pouhého opláchnutí a poté po počátečním zahřátí pokračujte 10 minutami s prázdným nebo oplachovým roztokem – tím se kondicionuje kónus speciálně pro vaši analýzu.

Třetí možnost je pro environmentální laboratoře, kde můžete nasát speciální roztok pro kontrolu interference (6020 Interference Check Solution A, č. dílu 5188-6526). Ten by měl být zředěn 10x objemem ultračisté vody a poté nasáván po dobu až 30 minut. Doporučuje se použít univerzální úpravu plazmy s automatickým laděním a bez režimu plynu. Poté proveďte 10minutové opláchnutí 5% kyselinou dusičnou. 

Jak již bylo zmíněno, využijte dobu zahřívání přístroje, abyste nezpůsobili další zpoždění analýzy. Obrázek 3 ukazuje několik dobře upravených kónusů – v tomto stavu by měly být na začátku analýzy.

Agilent Technologies: Obrázek 3. Kónusy by měly být před použitím kondicionovány, aby se snížil drift během analýzy. Správně kondicionovaný kónus by měl mít rovnoměrný povlak na povrchu.

Proč a kdy je tedy nutné kónusy čistit? 

Již bylo zmíněno, že kónusy byste neměli čistit příliš často, protože to zkracuje jejich životnost. Pokud zaznamenáte snížení citlivosti, špatnou dlouhodobou přesnost nebo zvýšené pozadí způsobené matricí, niklem nebo mědí z kónusy, je obvykle čas provést údržbu.

Můžete také zaznamenat změny ve vakuu interfejsu. Obvykle, pokud se kónusy začnou ucpávat nebo se zablokuje otvor, se může vakuum interfejsu změnit z normální úrovně, což opět naznačuje, že je nutná údržba. Pokud kónusy vypadají jako na obrázku 4 (porovnejte s obrázkem 3), znamená to, že je na nich příliš mnoho usazenin matrice, zejména kolem otvoru, a je třeba je vyčistit.

Agilent Technologies: Obrázek 4. Nadměrné nahromadění matrice vzorku na kónusu je indikátorem toho, že kónusy by měly být vyčištěny.

Pamatujte, že při čištění kónusů není cílem vrátit je do „původního“ stavu, aby byly jako nové – cílem je dosáhnout stavu kónusů, jak je znázorněno na obrázku 3, s rovnoměrným nánosem matrice na povrchu. 

Společnost Agilent doporučuje postupné čištění kónusů interfejsu. Obvykle stačí kónusy sonifikovat v čisté vodě. Společnost Agilent nabízí vatové tyčinky s jemným hrotem na konci, které umožňují čištění zadní strany kónusu a zajištění čistoty otvoru. Tyto vatové tyčinky stačí namočit do vody, poté kónusy ultrazvukově čistit v čisté vodě po dobu nejméně pěti minut (obvykle 20 minut) a podle potřeby postup opakovat. Dobrým pravidlem je zkontrolovat, zda voda po ultrazvukovém čištění zůstává čistá. 

Dále, a pouze pokud to vaše aplikace vyžaduje, můžete čistit 2% roztokem Citranoxu. Doporučujeme sonifikovat pouze 2 až 3 minuty, opláchnout kónus čistou vodou a poté sonifikovat v čisté vodě přibližně pět minut, aby se odstranily všechny zbytky Citranoxu. Další informace najdete na stránkách výrobce Agilent.

V této fázi by většina kónusů měla být čistá a připravená k dalšímu použití. V případě silnějšího znečištění doporučuje společnost Agilent po opětovné instalaci kónusu a kontrole citlivosti a výkonu pro vaši analýzu důkladnější čištění 2% kyselinou dusičnou. Kónusy nečistěte ultrazvukem ani je nenamáčejte do kyseliny, protože by mohlo dojít k poškození povrchu kónusu kyselinou. Místo toho namočte vatový tampón do 2% kyseliny dusičné a použijte jej k očištění obou stran kónusu. Poté kónus opláchněte čistou vodou, několik minut jej sonifikujte v čisté vodě a poté postup opakujte, abyste se ujistili, že jsou odstraněny všechny zbytky kyseliny. Jakmile jsou kónusy čisté, zkontrolujte před jejich opětovnou instalací stav grafitového těsnění  které se nachází za vzorkovacím kónusem – pokud je deformované nebo roztržené, vyměňte jej. 

K instalaci a utažení odběrového kónusu použijte nástroj pro demontáž tohoto kónusu – poté znovu namontujte vzorkovací kónus s pojistným kroužkem, který by měl být utažen pouze rukou. Nejlepší způsob, jak se ujistit, že je instalace správná, je zkontrolovat, zda se přístroj po zapálení plazmy bez problémů přepne do režimu analýzy. Seznamte se také s typickým tlakem interfejsu ve vašem systému a zkontrolujte jej, abyste se ujistili, že interfejs funguje správně.

Společnost Agilent provedla podrobnou studii výkonu originálních kónusů Agilent pro Agilent 7900 ICP‑MS s konfigurací x-lens (jedná se o niklový vzorkovací kónus a niklové odběrové kónusy) a provedla srovnání s jinými výrobci kónusů. Celý článek najdete zde, ale některé z hlavních zjištění jsou uvedeny níže. 

Obrázek 5 ukazuje srovnání hmotnosti vzorkovacího a odběrového kónusu. Na levé straně jsou kónusy Agilent v porovnání s kónusy jiných výrobců. Hlavním závěrem je, že všechny kónusy jsou odlišné a lze je seskupit podle výrobce. Tyto rozdíly mohou, ale nemusí mít vliv na výkon, ale rozhodně naznačují odlišné výrobní metody kónusů a to, že nesplňují specifikace Agilent.

Agilent Technologies: Obrázek 5. Porovnání hmotností vzorkovacích kónusů a odběrových kónusů od různých výrobců.

Obrázek 6 ukazuje srovnání citlivosti s automatizovanými postupy spouštění a automatickým laděním pro podmínky s nízkou matricí. Zcela nové kónusy jsou zobrazeny v horním grafu a je vidět, že kónusy Agilent (modré) překonávají kónusy jiných výrobců. Spodní graf na obrázku 6 ukazuje výsledky po kondicionování popsaném výše pro environmentální laboratoře používající standard ICS. Kónusy Agilent jsou skutečně navrženy pro tyto postupy a poskytují nejlepší citlivost.

Agilent Technologies: Obrázek 6. Porovnání citlivosti přístroje 7900 ICP-MS pro kondicionované kónusy od jednotlivých výrobců.

Bylo také zkoumáno pozadí. Pozadí je spolu s citlivostí velmi důležité pro úrovně ekvivalentní koncentrace pozadí (BEC = Background Equivalent Concentration). Obrázek 7 ukazuje srovnání mezi originálním kónusem Agilent pro skenování celého rozsahu hmotností a testovacím vzorkem pro kónusy jiných výrobců. Modré čáry označují úrovně, které by byly považovány za přirozenou variabilitu, a hodnoty nad horní úrovní označují zvýšené pozadí při specifických hmotnostech pro testovaný kónus. Toto byl příklad v režimu bez použití plynu a jasně ukazuje, že existuje řada hmotností, které u kónusů jiných výrobců vykazují vyšší pozadí.

Agilent Technologies: Obrázek 7. Tento bodový graf porovnává úrovně BEC u kónusu třetí strany s kónusem Agilent. Hodnoty mimo modré čáry znamenají zvýšené pozadí u těchto konkrétních hmotností.

Podobné výsledky lze pozorovat v režimu helia a při použití aerosolového ředění, kde u různých výrobců dochází ke zvýšení pozadí v celém hmotnostním rozsahu a mezi různými výrobci jsou stejné hmotnosti problémem u všech kónusů třetích stran – to má vliv na BEC, které najdete pro svou analýzu.

V příští části bude popsána stabilita kónusů.