Performance of the Agilent 7900 ICP-MS with UHMI for High Salt Matrix Analysis

Význam tématu

Indukčně vázaná plazma hmotnostní spektrometrie (ICP-MS) představuje klíčovou techniku pro stopovou analýzu prvků v širokém spektru vzorků. Tradiční ICP-MS však vykazuje nízkou toleranci k vzorkům s vysokým obsahem rozpuštěných látek (TDS), což omezuje přímé měření mořské a hyperslané vody bez předchozí diluce či komplikovaných přípravných kroků. Vývoj technologie Ultra High Matrix Introduction (UHMI) v kombinaci s moderním reaktorovým článkem (ORS4) otevírá možnost přímé analýzy vzorků až do 25 % TDS, což významně rozšiřuje aplikační potenciál ICP-MS v environmentální, potravinářské, geologické i klinické chemii.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace bylo ověřit výkonnost přístroje Agilent 7900 ICP-MS vybaveného volbou UHMI pro rutinní analýzu vysoce slaných vzorků (0–25 % NaCl) bez nutnosti předchozí diluce. Studie sledovala:

• stabilitu a minimalizaci depozit na rozhraní plazma-válec při dlouhodobé sekvenci vzorků,
• vliv vysoké matrix na signál interních standardů a analyzovaných prvků,
• přesnost (spike recovery) a detekční limity při 100× aerosolové diluci,
• aplikaci metody na komerční stolní soli z různých zdrojů.

Použitá metodika a instrumentace

Analýza byla prováděna na Agilent 7900 ICP-MS s volbou UHMI-100 (~100× automatická aerosolová diluce) a druhým argonovým proudem pro ředění mezi výstupem spraye a hořákem. Pro odstranění polyatomických interferencí bylo využito čtyřté reaktorové článku ORS4 v režimu helia a u vybraných prvků vodíkem (Ca, Mn, Fe, Se). Hlavní parametry:

• nebulizace: peristaltické čerpadlo ~0,4 mL/min, nosný plyn <1 L/min, spraye komora 2 °C,
• kovové kuželky (samp-/skimmer) s automatickým autotunem pomocí MassHunter,
• řada interních standardů (Li, Sc, Ge, Rh, In, Ir) pro kompenzaci změn signálu,
• kalibrace na jednoduché vodné standardy v 0,5 % HNO₃/0,6 % HCl bez stop NaCl.

Hlavní výsledky a diskuse

1. Stabilita signálu: po počátečním poklesu interních standardů v 25 % NaCl matrice (účinek na aerosolové transportní parametry a částečně potlačení ionizace) zůstaly signály dlouhodobě konstantní při 50 násobné sekvenci vzorků (4 h), bez výrazného driftu nebo masového biasu.

2. Přesnost a detekční limity: spike recovery testy (20 mg/L pro makroprvky, 50 µg/L pro stopové a 25 µg/L pro As) v 25 % NaCl prokázaly většinu prvků v rozmezí ±10 % s RSD < 5 %. Metodické detekční limity z nezištných vzorků dosahovaly sub-µg/L úrovně pro většinu stopových prvků.

3. Variabilita matrix: test spike recovery pro As, Cd, Hg, Pb a polyatomicky interferované prvky V, Cr, Ni, Cu ve vzorcích s 0–25 % NaCl ukázal konzistentní a přesné stanovení proti jednoduchým kalibracím, bez nutnosti matrix matching.

4. Analýza stolních solí: profilace kamenitých a mořských solí z různých regionů odhalila široké spektrum koncentrací makroprvků (Mg, Ca, K, S) i stopových a toxických prvků (As, Cd, Pb, Hg, V, Cr), což demonstruje použití metody pro potravinářskou kontrolu.

Přínosy a praktické využití metody

Nová konfigurace UHMI+ORS4 umožňuje direktní a bezúdržbový provoz ICP-MS pro vzorky s extrémně vysokým obsahem rozpuštěných solí. Hlavní výhody:

• eliminace předchozí chemické úpravy nebo ředění vzorku,
• zvýšení průchodnosti laboratoře a snížení rizika kontaminace,
• rozšíření možnosti stanovení toxických a interferovaných prvků v prostředí a potravinách,
• možnost substituce ICP-OES či AAS ve vysoce slaných matricích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj může zahrnovat:

• automatizované režimy adaptivní diluce pro různé typy vysoko-matrix vzorků,
• kombinaci UHMI s hyphenovanými metodami (chromatografie, speciace),
• aplikace v geochemii extrémních ekosystémů a průmyslových procesů (olejářský, farmaceutický),
• další optimalizaci reaktorových plynů (H₂, NH₃) pro potlačení vybraných interferencí.

Závěr

Agilent 7900 ICP-MS s volbou UHMI a ORS4 nejen výrazně překračuje konvenční TDS limit 0,2 %, ale umožňuje přímou, přesnou a stabilní analýzu vzorků až do 25 % NaCl. Metoda přináší významné zjednodušení workflow, robustnost a široké aplikační spektrum v environmentální, potravinářské a průmyslové chemii.

Reference

1. D. Beauchemin, J. W. McLaren, S. S. Berman, Spectrochim. Acta Part B 42, 467–490 (1987)
2. J. McLaren, D. Beauchemin, T. V. Voet, Can. J. Spectrosc. 30, 29A–32A (1985)
3. I. Rodushkin, T. Ruth, D. Klockare, J. Anal. At. Spectrom. 13, 159–166 (1998)
4. P. F. Kehr et al., At. Spectrosc. 6, 128–133 (1985)
5. W. Li et al., Spectrochim. Acta Part B 42, 853–858 (1987)
6. L. Ebdon et al., J. Anal. At. Spectrom. 8, 979–981 (1993)
7. L. Halicz, I. Gavrieli, E. Dorfman, J. Anal. At. Spectrom. 11, 811–814 (1996)
8. F. A. M. Silva et al., Anal. Sci. 20, 1295–1299 (2004)
9. T. Shih, W. Chen, Y. Sun, J. Chromatogr. A 1218, 2342–2348 (2011)
10. A. S. Buchanan, P. Hannaker, Anal. Chem. 56, 1379–1382 (1984)
11. S. Kagaya, S. Miwa, K. Tohda, Anal. Sci. 23, 1021–1024 (2007)