Quantitative analysis of high purity metals using laser ablation coupled to an Agilent 7900 ICP-MS

Význam tématu

Laserová ablace spojená s hmotnostní spektrometrií s indukčně vázaným plazmatem (LA-ICP-MS) představuje efektivní přístup k přímé elementární analýze pevných vzorků bez nutnosti složitého rozpuštění. Díky minimální přípravě vzorků se snižuje riziko ztráty analytu i kontaminace, což je klíčové zejména při kvantifikaci stopových prvků ve vysoce čistých kovech používaných v průmyslu a výzkumu.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo porovnat dvě kvantifikační strategie v LA-ICP-MS: kalibraci na matrici odpovídajících standardů (matrix-matched) a na nesouvisející standardy (non-matrix-matched). Testovány byly vysoce čisté kovové materiály (Cu, Al, ocel) s cílem dosáhnout vysoké přesnosti a reprodukovatelnosti analýzy stopových prvků.

Použitá metodika a instrumentace

Analýza byla prováděna na systému LA-ICP-MS se sestavou:

• Laser ablace: NWR213 (ESI) Nd:YAG 213 nm, pulzní doba 4 ns, spot průměr 200 µm, fluence ~3 J/cm2, rychlost 10 µm/s, pre-ablace 10 s.
• Transport částic: buňka se zvýšenou účinností a odstraňováním velkých aerosolů pomocí helium-argon smísi.
• ICP-MS: Agilent 7900 s ORS4 vodíkovou kolizní buňkou, provozní parametry optimalizované na Th+ (ThO+/Th+ ~0,3 %), napájení 1550 W.
• Software: MassHunter 4.2 s pluginem pro plné řízení LA.

Hlavní výsledky a diskuse

Matrix-matched kalibrace využívající COPPERSPEC standardy umožnila kvantifikaci 11 prvků v měďnatých CRM s přesností lepší než ± 10 % vůči certifikovaným hodnotám. Metody detekce (MDL) byly v řádu stovek ppb až jednotek ppb. Reprodukovatelnost mezi třemi dny byla vysoká (RSD < 10 %).
Non-matrix-matched kalibrace použitím NIST 612 ukázala průměrné odchylky do ± 50 % vůči certifikovaným hodnotám, přičemž největší odchylka byla zaznamenána u hliníku. Vyšší nesoulad je přisuzován elementární frakcionaci při ablaci a rozdílům v ablačním výtěžku mezi standardem a vzorkem.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a přímá analýza pevných vzorků s minimální přípravou.
• Možnost detekce stopových koncentrací (ppb až ppm).
• Vysoká přesnost a reprodukovatelnost při použití matrix-matched standardů.
• Užitečné pro QA/QC v metalurgii, elektronice nebo materiálovém výzkumu.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Vývoj univerzálních standardů pro non-matrix-matched kalibraci ke zlepšení přesnosti.
• Pokročilé buňky pro nižší elementární frakcionaci a lepší transport částic.
• Implementace automatizace a pokročilé datové analýzy pro online kontrolu kvality.
• Rozšíření aplikací do biologických, environmentálních a forenzních oborů.

Závěr

Matrix-matched kalibrace v LA-ICP-MS poskytuje přesné a reprodukovatelné výsledky pro stopovou analýzu kovů, zatímco non-matrix-matched přístup nabízí rychlé screeningové řešení tam, kde nejsou dostupné speciální standardy. Další technologický rozvoj slibuje zlepšení univerzální použitelnosti této techniky.

Reference

1. J. Gonzales et al., J. Anal. At. Spectrom., 2002, 17, 1108–1113.
2. B. Wagner et al., Anal. Bioanal. Chem., 2012, 402, 1667–1677.
3. R. E. Russo et al., J. Anal. At. Spectrom., 2000, 15, 1115–1120.
4. P. K. Diwakar et al., J. Anal. At. Spectrom., 2014, 29, 339–346.
5. V. Mozna et al., J. Anal. At. Spectrom., 2006, 21, 1194–1201.
6. J. Koch et al., J. Anal. At. Spectrom., 2004, 19, 267–272.
7. N. J. G. Pearce et al., J. Geostand. Geoanal., 1997, 21, 115–141.
8. M. Guillong et al., J. Anal. At. Spectrom., 2008, 23, 1581–1589.