Elemental Analysis of Pure Metals and Alloys by Femtosecond Laser Ablation (LA-)ICP-MS

Význam tématu

Laserová ablace spojená s ICP-MS umožňuje přímou analýzu pevných vzorků bez nutnosti rozpuštění či digesce. Femtosekundové (fs) pulzy minimalizují zahřívání materiálu a frakcionaci, čímž zlepšují reprezentativnost a přesnost výsledků, zejména u kovů a slitin.

Cíle a přehled studie

• Ověřit využitelnost 100% normalizační funkce v softwaru Agilent ICP-MS MassHunter pro kvantifikaci bez matricově přizpůsobených standardů.
• Porovnat přesnost a preciznost stanovení stopových a hlavních prvků ve třech kovových referenčních materiálech (BAM 310 Al/Mg, NIST 1249 Ni, ERM-EB385 Cu).
• Prokázat výhody femtosekundového laseru při minimalizaci frakcionace a zlepšení stability signálu.

Použitá metodika a instrumentace

• Laserová ablace: femtosekundový systém RAIJINα (Seishin Trading), parametrizace 290 fs, 257 nm, průměr paprsku 10 µm, 20 kHz, rastr 1,5 × 1,5 mm, nosný plyn Ar 1,0 L/min.
• ICP-MS: Agilent 8900 ICP-QQQ ve verzi Advanced Applications, RF výkon 1550 W, sampling depth 8,0 mm, makeup gas 0,25 L/min, He kolizní buňka s tokem 3,0 mL/min, KED 3,0 V.
• Kalibrace proti NIST 612 Trace Elements in Glass; 100% normalizace ve MassHunter opravuje odchylky ve výtěžnosti ablace mezi matricemi.
• Vzorky: tři kovové CRM (Al/Mg, Ni, Cu); čištění 1% HNO₃, preablace a plynulý rastrický pohyb laseru, měření triplikátů s odečtem plynové blank hodnoty.

Hlavní výsledky a diskuse

• Většina prvků vykazovala obnovu (recovery) 80–120 % certifikovaných hodnot napříč různými matricemi.
• Preciznost vyjádřená standardní odchylkou obvykle < 2 %, u velmi nízkých koncentrací v Cu CRM kolem 5 %.
• Úspěšné použití korekce na dvojnásobně nabitý iont ⁴⁸Ti²⁺ zasahující na ²⁴Mg⁺ pomocí poloviční hmotnostní opravy (half mass correction).
• Femtosekundová ablace zajistila menší a konzistentnější částice, nižší podíl frakcionace a vyšší přenos materiálu do plazmatu.

Přínosy a praktické využití metody

• Eliminace potřeby matricově přizpůsobených pevných standardů, což zjednodušuje rutinní kalibraci.
• Vysoká přesnost a stabilita měření prvků v různých typech kovových materiálů.
• Možnost rychlé analýzy malých objemů vzorku a lokalizované mapování prvkového rozložení.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se širší adopce 100% normalizačního přístupu v laboratorní praxi díky jeho jednoduchosti a flexibilitě. Další vývoj bude směřovat k integraci s automatizovanými pracovními postupy, rozšíření na další typy materiálů a pokročilé obrazové aplikace.

Závěr

Femtosekundová LA-ICP-MS metoda s 100% normalizací nabízí robustní, přesnou a univerzální kvantifikaci kovů a slitin bez nutnosti matricových standardů. Tento přístup zjednodušuje kalibraci, snižuje frakcionaci a zlepšuje reprodukovatelnost výsledků.

Reference

• Gonzalez JJ, Laser Ablation–Based Chemical Analysis Techniques: A Short Review, Spectroscopy, 2017, 32, 28–34
• Liu Y, Hu Z, Li M et al., Applications of LA-ICP-MS in the elemental analyses of geological samples, Chin. Sci. Bull., 2013, 58, 3863–3878
• Pozebon D et al., Recent applications of laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) for biological sample analysis: a follow-up review, J. Anal. At. Spectrom., 2017, 32, 890–919
• Harte P et al., Adaptation and improvement of an elemental mapping method for lithium ion battery electrodes and separators by laser ablation-ICP-MS, Anal Bioanal Chem, 2019, 411, 581–589
• Pisonero J, Günther D, Mass Spectrometry Reviews, 2008, 27, 609–625
• Koch J et al., Particle size distributions and compositions of aerosols produced by near-IR femto- and nanosecond laser ablation of brass, J. Anal. At. Spectrom., 2004, 19, 267–272
• Gonzalez JJ et al., Assessment of the precision and accuracy of thorium (232Th) and uranium (238U) measured by quadrupole based ICP-MS using liquid nebulization, ns and fs laser ablation, J. Anal. At. Spectrom., 2008, 23, 229–234
• Možná V et al., Quantitative analysis of Fe-based samples using ultraviolet ns and fs laser ablation-ICP-MS, J. Anal. At. Spectrom., 2006, 21, 1194–1201
• Jochum KP et al., Determination of reference values for NIST SRM 610–617 glasses following ISO Guidelines, Geostand Geoanal Res, 2011, 35, 397–429
• Kubota T, Simplifying Correction of Doubly Charged Ion Interferences with Agilent ICP-MS MassHunter, Agilent publication 5994-1435EN, 2022