Applications of ICP-MS in Homeland Security

Význam tématu

Analytická identifikace a kvantifikace toxických prvků a jejich forem má klíčový význam pro ochranu veřejného zdraví a zajištění bezpečnosti státu proti chemickým hrozbám. Elementární analýza umožňuje rychle určit přítomnost rizikových kovů, radionuklidů či organických sloučenin a vyhodnotit potenciální toxicitu ve vzorcích vody, půdy, potravin či vzorech pocházejících z možných teroristických útoků.

Cíle a přehled článku

Cílem studie je představit využití hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS) jako univerzálního nástroje pro screening toxických prvků a speciační analýzu v kontextu vnitřní bezpečnosti. Text popisuje principy měření, možnosti hyphenace s plynovou a kapalinovou chromatografií a demonstruje aplikace na pesticidy, bojové chemické látky a environmentální kontaminanty.

Použitá metodika a instrumentace

Princip ICP-MS spočívá v ionizaci vzorku v argonovém plazmatu o teplotě ~6 000–10 000 °K, následném extrahování a měření poměru hmotnosti a náboje iontů v kvadrupólovém analyzátoru. Pro speciační analýzu je ICP-MS hyphenováno s:

• GC-ICP-MS – separace těkavých organických sloučenin
• HPLC-ICP-MS – separace polárních molekul (iontová chromatografie, ion-pairing)
• IC-ICP-MS – separace neorganických i organických forem kovů

Dalšími klíčovými prvky jsou systém ORS (Octopole Reaction System) nebo omega lens pro potlačení rušivých plynů a plazmová ionizace skrz RF cívku.

Hlavní výsledky a diskuse

• ICC-MS dosahuje detekčních limitů v řádu ppt až sub-ppt pro většinu prvků a osm řádů lineární dynamiky.
• Isotopové „otisky prstů“ umožňují spolehlivé rozlišení jednotlivých izotopů Pb, U a detekci abnormalit ve vzorcích.
• GC-ICP-MS extrahuje a kvantifikuje síru v nízkosírných pohonných hmotách a ukazuje selektivitu pro prvek na pozadí vysokých koncentrací uhlíku.
• Analýza pesticidů (S, P, Cl, Br, I) prokázala schopnost detekovat 15 sloučenin najednou s extrémní selektivitou.
• Detekční limity organofosforových pesticidů pomocí GC-ICP-MS (0,004–0,012 ppb) výrazně překonávají konvenční EPA metody.
• Ion-pairing HPLC-ICP-MS identifikovala herbicidy Glyphosate, Glufosinate a AMPA s limity 25–30 ppt, oproti desítkám ppb u běžných LC-MS.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlý screening neznámých vzorků bez nutnosti standardů pro každý analyte (SemiQuant).
• Komplexní multi-elementární analýza i speciační rozlišení v jednom přístroji.
• Jednoduchá příprava vzorků v kapalné formě bez složitých separačních kroků.
• Vysoká odolnost vůči složitým matricím a možnost měření radioizotopů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Vývoj se zaměří na miniaturizaci a polní instrumentaci ICP-MS, integraci s vysokorozlišovacími separačními metodami (UHPLC, GC×GC), automatizaci předúpravy vzorků a rozšíření databází retenčních časů pro rychlé rozpoznávání cílových látek. Důležitá bude také aplikace reakčních a kolizních buněk pro potlačení interferencí a sledování nových kontaminantů či radiochemických hrozeb.

Závěr

ICP-MS je díky své citlivosti, selektivitě a univerzálnímu použití v kombinaci s chromatografiemi nenahraditelným nástrojem pro analýzu toxických prvků a jejich sloučenin v oblasti vnitřní bezpečnosti. Umožňuje rychlý a spolehlivý screening širokého spektra vzorků, od environmentálních po podezřelé vzorky z místa činu.

Reference

1. Wilbur S., „Quantification and Characterization of Sulfur in Low Sulfur Reformulated Gasoline by GC-ICP-MS“, Agilent Technologies 5988-9880EN, 2004
2. Profrock D., Leonhard P., Wilbur S., Prange A., „Determination of Heteroelement Containing Pesticides in Environmental Samples by GC-ICP-MS“, J. Anal. At. Spectrom., 2003
3. Vonderheide A., Meija J., Montes-Bayon M., Caruso J., „Enhanced Sensitivity of Organophosphorous Pesticides by GC-ICP-MS“, Winter Conference on Plasma Spectrochemistry, Garmisch-Partenkirchen, 2003
4. Sadi B., Vonderheide A., Caruso J., „Analysis of Phosphorous Herbicides by Ion-Pairing HPLC-ICP-MS“, Winter Conference on Plasma Spectrochemistry, Fort Lauderdale, 2004
5. Zavistanos P. et al., „Analysis of Glyphosate and Aminoethyl Phosphoric Acid by LC-MS“, Agilent Technologies 5988-4981EN