WPC: Hyphenation of a high-speed laser ablation system to Quadrupole Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) for imaging applications

Význam tématu

Laserová ablace spojena s ICP-MS je klíčová pro rychlou a netoxickou analýzu pevných vzorků se zachováním prostorové informace. Vysokorychlostní mapování umožňuje detailní zobrazení rozložení prvků v materiálech jako jsou biologické tkáně nebo geologické vzorky.

Cíle a přehled studie / článku

Ukázat schopnosti a omezení kombinace nového vysokorychlostního laserového ablátoru (Elemental Scientific Lasers imageGEO193 s buněčnou jednotkou TwoVol3) s kvadrupólovým ICP-MS (Thermo Scientific iCAP TQ) pro aplikace obrazové analýzy. Studie demonstruje přípravu vzorku, optimalizaci podmínek, rychlost měření i kvalitu výsledných map prvků.

Použitá metodika

Vzorek: lidský molární zub v epoxidové matrici, řez a leštění diamantovou pastou.
Pracovní postup:

• Tvorba lasem vymezené oblasti („lasso“) o velikosti 12,9×15,5 mm.
• Laserové parametry: 25 µm čtvercová stopa, 3 J·cm⁻², 250 Hz, rychlost skenu 1 250 µm·s⁻¹.
• Optimalizace washout: měření průměrné šířky pulsu 27 ms (10 % výšky), omezení rozmazání při vysoké rychlosti.
• Detekce až 14 prvků (Ca, Sr, Ba, P, Mn, Mg, Zn, Cd, Pb, U, Sc, Y, …) s nastavením obyčejné i vysoké rozlišovací schopnosti Q1/Q3.

Použitá instrumentace

• Elemental Scientific Lasers imageGEO193 Laser Ablation System s TwoVol3 buňkou a DCI inyjektorem.
• ICP-MS Thermo Scientific iCAP TQ s duálním koncentričným inyjektorem.
• Software Qtegra ISDS pro akvizici a Reaction Finder pro volbu plynů a režimu analýzy.
• Iolite Laser Ablation Data Reduction Software s pluginem Precognition pro optimalizaci dwell time.

Hlavní výsledky a diskuse

Studie prokázala možnost sběru kompletního mapování zubu za ~2 hodiny se zachováním vysokého kontrastu a dobré signál-šum charakteristiky. Elementy jako Ca se soustředí v koruně, zatímco další prvky (Mn, Zn) vykazují částečnou ko-lokalizaci. Low-dispersion transport aerosolu redukuje šíření signálu mezi pulsy.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí:

• Rychlou tvorbu multielementových obrazů.
• Minimální riziko kontaminace vzorku.
• Vysokou specifičnost díky triple-quad režimu pro eliminaci interferencí.
• Vhodnost pro materiálovou a biologickou analytiku, geochemii a forenzní aplikace.

Budoucí trendy a možnosti využití

Dynamický rozvoj směruje k dalšímu zrychlování ablací, integraci AI pro automatickou optimalizaci měření, širšímu spektru sledovaných prvků a potencionálnímu nasazení v on-line výrobních procesech.

Závěr

Kombinace nízkodisperzního vysokorychlostního laseru s kvadrupólovým triple-quad ICP-MS umožňuje efektivní tvorbu kvalitních obrazů rozložení prvků i u sekvenčních hmotnostních spektrometrů. Hlavním omezením je počet současně sledovaných kanálů, který však kompenzuje vysoká citlivost a selektivita.

Reference

• S. J. M. Van Malderen et al., Spectrochim. Acta, Part B, 2018, 140, 29-34