Routine Analysis of Rare Earth Elements in Basalt using ICP-MS

Význam tématu

Vzácné zeminy (REE) a některé aktinidy mají klíčovou roli v moderních technologiích, od elektroniky přes obnovitelné zdroje až po geochemický výzkum. Přesné a rutinní stanovení těchto prvků v magmatických horninách, jako je bazalt, je nezbytné pro pochopení magmatických procesů, hodnocení surovinových zdrojů i environmentální monitoring. Bazaltové matrice však představují analytickou výzvu kvůli vysokému obsahu Al, Si a kovů, které mohou potlačovat signál a generovat polyatomové interference.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout a ověřit rychlou, přímou a spolehlivou metodiku pro simultánní stanovení 14 lanthanoidů a 2 aktinidů (Th, U) v certifikovaném bazaltovém materiálu (CRM MBL-1, CGL-007) za použití Agilent 7850 ICP-MS v režimu helia KED. Studie demonstrovala, že jediným režimem plynné filtrace lze dosáhnout vysoké přesnosti, stability a propustnosti analytického postupu.

Použitá instrumentace

• Agilent 7850 ICP-MS vybavený buňkou ORS4 pro kolize s heliem
• Agilent SPS 4 autosampler
• PFA inertní kit a platinové vstřikovací a skimmrové kužely
• Řídicí software ICP-MS MassHunter

Metodika

Pro přípravu bylo 12 replik CRM bazaltu váženo (~0,10 g) a štěpeno v mikrovlnné digesci s přidáním nasyceného roztoku NH4F, HNO3 a malého podílu HCl. Po ochlazení byly vzorky doplněny na 10 mL deionizovanou vodou. Kalibrační křivky (0,01–40 µg/L) byly zhotoveny z víceprvkových standardů v 5 % HNO3, vnitřním standardem byl Rh. Analýza probíhala v režimu He KED s přednastavenou metodou General Purpose a automatickým laděním čoček.

Hlavní výsledky a diskuse

Detekční limity upravené o 500× ředění byly hluboko pod certifikovanými hodnotami CRM, což potvrzuje citlivost metody. Linearity kalibrace vykázala hodnoty R > 0,999. Stabilita vnitřního standardu Rh během 70 po sobě jdoucích analýz (téměř 3 h) byla udržena v rámci ±20 %, přičemž drift signálu byl minimální. Průměrné recovery certifikovaných prvků v bazaltu se pohybovalo mezi 91 % až 101 %, s relativními odchylkami (%RSD) obvykle pod 4 %. Kontrolní roztoky (0,10 a 1,0 µg/L) ukázaly drift < 4 % po celou dobu běhu.

Přínosy a praktické využití metody

• Jednoduché a rychlé nastavení pomocí jediné plynové fáze a přednastavené metody
• Minimální rušivé vlivy matice díky režimu He KED
• Vysoká propustnost – jeden analytický běh pro 16 prvků
• Stabilní provoz redukuje nutnost opakovaných analýz a údržby

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozšíření automatizace a integrace s online nástroji pro vyhodnocení složení (např. IntelliQuant). V budoucnu lze kombinovat tento přístup s laserovou ablacÍ a dalšími technikami masové spektrometrie pro prostorově rozlišené či izotopové studie. Další vývoj se zaměří na snížení detekčních limitů a rozšíření aplikace na široké spektrum geologických a environmentálních matric.

Závěr

Metoda Agilent 7850 ICP-MS v režimu helia KED prokázala vysokou přesnost, opakovatelnost a stabilitu při rutinní analýze vzácných zemin a aktinidů v náročných bazaltových matricích. Díky snadné obsluze a robustnímu provozu je vhodná pro vysokoprůchodová geochemická a surovinová stanoviště.

Reference

• Sugiyama N., Woods G. Direct Measurement of Trace REEs in High-Purity Oxides; Agilent; 2008.
• Sakai T., Wilbur S. Ultra-Trace ICP-MS Analysis of Metals in Mineral Reference Materials; Agilent; 2016.
• Resolving REE2+ Overlaps on Arsenic and Selenium With Hydrogen Cell Gas; Agilent; 2018.
• Lee S.-G., Ko K.-S. Development of an analytical method for accurate and precise determination of rare earth element concentrations in geological materials using MC-ICP-MS and group separation; Front. Chem.; 2023;10.
• Addali S. et al. Improving instrumental neutron activation analysis detection limit using Monte Carlo simulation for lanthanides determination in Algerian phosphate; Int. J. Environ. Anal. Chem.; 2024.
• Snow M. S. Akio Makishima: Thermal ionization mass spectrometry (TIMS): silicate digestion, separation, and measurement; Anal. Bioanal. Chem.; 2017;409:1163–1164.
• Miliszkiewicz N. et al. Current approaches to calibration of LA-ICP-MS analysis; J. Anal. At. Spectrom.; 2015;30:327.
• Enhanced Helium Collision Mode with Agilent ORS4 Cell; Agilent; 2019.
• Unmatched Removal of Spectral Interferences in ICP-MS Using Agilent ORS4 with Helium Collision Mode; Agilent; 2018.
• Agilent ICP-MS IntelliQuant Analysis; Agilent; 2021.
• Catalogue: Reference Materials, Central Geological Laboratory, Ulaanbaatar, Mongolia, CGL-007, Basalt MBL-1; 2026.