ICP-MS, de analytischemethodevoor de bepaling van

ICP-MS, de analytischemethodevoor
de bepaling van kobalt en chroom
Prof. Alain Verstraete
Overzicht
•
•
•
•
•
Techniekenvoorelementaire analyse
ICP-MS: meetprincipe
Interferenties
Anderetoepassingen
Toepassingvoor meting Co en Cr
Bestaandetechnieken
• Vlamfotometrie (Flame emission
spectrophotometry)
• Atomaireabsorptiespectrometrie (AAS)
• ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical
Emission Spectroscopy)
• ICP-MS
Atomaire emissie vs. absorptie
E= h.c/λ
Vlamatomaireabsorptie
Grafiet-tube Atomaireabsorptie
Inductively Coupled Plasma Optical
Emission Spectroscopy (ICP-OES)
• Radiaal: groter
meetbereik
• Axiaal: gevoeliger
ICP-MS
• Inductively coupled plasma-mass
spectrometry
• Geïntroduceerd in 1983
• Nu ongeveer 15% van de
aangekochtetoestellenvooranalyse van
metalen
Voordelen
• Detectielimietenrond 1 ppt (ng/L, 1 × 10−12,
equivalent van eendruppel in 20
olympischezwembaden) voor de
meesteelementen
• Meetgebied 9 grootte-orden
• Grote productiviteit
• Analyse van isotopenmogelijk
Gevoeligheid
Meetbereik
Watkan men meten met ICP-MS?
Watkan men meten met ICP-MS?
• De meesteelementen van het
periodieksysteem
• De meesteanalysenzijnkwantitatief
• Gebruikals semikwantitatiefsysteemookmogelijk: 80
elementen op 3 minuten, waarden ± 30% van
exactewaarde
• Verschillendeisotopen van één element
Hoe werkt ICP-MS ?
Hoe werkt ICP-MS ?
• Staleningebracht in een argon plasma (6000 –
10000 °C) alsaërosoldruppeltjes
• Plasma droogtaërosol, ontbindt de moleculen,
verwijdert de elektronen van de componenten
en vormtionen met 1 lading, die
naareenmassaspectrometergeleidworden
• Massaspectrometer is meestalquadrupool
Hoe werkt ICP-MS ?
• In quadrupoolslechts 1 massa/lading
doorgelaten, bvb 23/1 voorNa+
• Na+ion botst op 1e dynode van de electron
mulitplier, vermenigvuldiging van het signaal
• Voor elk element wordtslechts 1
isotoopgemeten, want
isotoopverhoudingenzijn constant in de
natuur
Isotoopverhoudingen
Isotoopverhoudingen
Chroom atoom
Staalintroductie
• Nebuliser en spray chamber (verstuiverkamer)
• Meestestalenzijnvloeistoffen
• Noodomvloeistof kleinedruppelsvooraleer het
naar plasma overgaat
• Inbrengen door peristaltischepomp of opzuigen
door nebuliser
• Type hangt of van viscositeit,zuiverheiden
staalvolume
• Spray chamber: enkel de
kleinstedruppelsgaanverdernaar plasma
Plasma toorts
• 6000 °C
• ≈ temperatuur van de zon
• Plasma gegenereerd door argon gas
telatengaan door eenserieconcentrische
quartz tubes die aan het eneeindezijnomhuld
door een radio-frequentie ring
• De energiegegevenaan de ring door de RF
generator gekoppeld met argon produceert
het plasma
Plasma vorming
Plasma toorts
• Druppeltjeswordengedroogd tot vastestof en
danverwarmd tot gas
• Als de atomenhunwegverderzetten door het
plasma abosorberenzeenergie en
uiteindelijkverliezenzeeenelektronom 1x
geladenionentevormen
• Dezeionenverlaten het plasma en gaannaar de
interface
Interface
• Interface: temperatuur
en druk
• Bevat 2-3 kegels (cones)
met opening van 1 mm
• Kegelsuitnikkel
(goedkoop) of platinum
(duur, gaatlangermee,
resistenter)
Vacuümsysteem
• Vermijdendationenbotsen met gasmoleculen
• Turbomoleculaire pomp en roughing pomp
• 1 x 10-6 torr
Scheidingionen van neutralemoleculen
en fotonen
• Noodzakelijkvoorgoede
prestaties
• Neutralemoleculen:
neerslag op
gevoeligecomponenten
veroorzaakt drift
• Fotonenkunnenals ion
geteldworden
background
Interferentiesbij ICP-MS
• Veroorzaaktwanneerionengegenereerd door
het plasma, het staal of eencombinatieervan,
dezelfdem/zverhoudinghebbenals het ion van
de analyt
• Wordtvermeden door collisie- of reactiecel
Interferentiesbij ICP-MS
• Ar + O ArO+, m/z 40+16 = 56
• Fe: m/z 56 meest abundant
• Indienm/z 54 kiezen:
minder gevoelig
• Indienm/z 56 kiezen: veel
ruis
Interferentiesbij ICP-MS
Collision cell
• ArO+ is groterdan Fe+
• Alsbeideionen door eenwolk van
inertegasmoleculengaan, meerbotsing met
ArO+ vermindering van kinetischeenergie
• Energiebarrièrekanaangepastwordenopdatint
erferentnietdoorgaatnaarmassaspectrometer
• Gemakkelijkemethode-ontwikkeling
Reaction cell
• Gebruik van chemie: exothermische (snel) en
endothermische (traag) reacties
• Interferendeionenreagerenexotherm met
actief gas (ammoniak), analytenendotherm
• ArO+ neutralemolecule, ejectieuit de cel
• Kan
nieuweinterferentiesveroorzaken hexapool
of octapoolomenkel 1 m/z door telaten
Massa spectrometer
• Meest frequent: quadrupool, ook time-offlight en magnetic sector
• Quadrupool: voltages en
radiofrequentiesingesteldopdatslechts 1
m/zerdoorgaat. Anderewordengedeflecteerd.
• Verschillendestappenomverschillendem/ztem
eten; scan tot 5000 amu/seconde
Massa spectrometer
Semi-quantitatieveanalyse
Semikwantitatieveanalyse
• Instrument gecalibreerd met oplossing met 3
of meerelementen
• Semikwantitatieveanalyse van 82
elementenmogelijk op enkeleminutentijd
• Semikwantificatiegebaseerd op
opgeslagenrespons factor voor elk element
• Bvbvoor screening voorintoxicatie met
metalen
• Of voorfingerprinting van drugs
Kwantitatieveanalyse
• Toevoeging van interne standaard (bvb Y)
• Calibratielijn
Isotoopverhoudingen
• Lood
• 2 bronnen:
– Bij de oorsprong van de
aarde
– Verval van radioactievestoffen
• Verhouding is afhankelijk van bron van Pb
•
somvan de
isotopenmoetgemeten
worden
Pb isotoop ratio’s
Gwiazda & Smith, Environ Health Perspect 108:1091–1097 (2000)
Koppeling aan chromatografie
Laser-ablation ICP-MS
Stadlbauer et al.
Anal
BioanalChem
(2005) 383: 500–
508
Co en Cr: Staalafname
• Volbloed:
– Becton-Dickinson: 6 ml B-D Vacutainer® K2-EDTA buis met Royal
Blue B-D Hemogard™ sluiting, catalogusnummer 368381; of 7
ml B-D Vacutainer® Na-Hep buis met Royal Blue B-D
Hemogard™ sluiting, catalogusnummer 369735
– Sarstedt: S-Monovette 7,5 ml voor sporenmetalen,
productcodenummer 01.1604.400
– Greiner: 6 ml (Na Hep) sporenelementbuis, Royal Blue dop,
onderdeelnummer 456080
• Plasma:
– Terumo Venosafe VF-106SAHL tubes (Li-Heparine met gel)
• Serum:
– Greiner Vacuette 456073 serum tube met gel
Experiment met Venosafe en ≠
naalden
Terumo # VF-106SAHL
Naaldtype
Co (μg/L)
Cr (μg/L)
A1
0,08
0,10
A2
0,12
0,13
B1
0,17
2,11
B2
0,18
0,52
Bronnen contaminatie
Cr (μg/L)
Co (μg/L)
Vacutainer Trace element
0,053
0,002
Monoject Trace element
0,011
0,002
Vacutainer Trace Element
Heparine
0,075
0,010
Monoject Trace Element Heparine
0,170
0,003
Vacutainer Na Heparine
0,100
0,005
Monoject Na Heparine
0,230
0,017
Venoject EDTA
0,720
0,078
Serum separation tube, gel + clot
activator
0,660
0,057
Rodushkin & Odman, J Trace Elem Med Biol 2001; 15: 40-45
Plastieken canule of stalen naald?
Plastieken canule of stalen naald?
• “It is not necessary to routinely use a plastic
cannula for blood sampling for trace element
analysis. However, it is possible that sporadic
contamination due to stainless steel needles
may occur, so we would recommend that
unexpected high concentrations are verified
by taking a second sample taken through a
plastic cannula.”
Co en Cr: Staalvoorbereiding
•
•
•
•
•
400 μL staal (of calibrator)
400 μL bloed diluent (NaCl en Ca)
400 μL 0,67 g/L Triton X-100 ( viscositeit)
400 μL Butanol 6% ( Aradducten)
400 μL werkoplossing interne standaard (50
µg/L Yttrium )
• 4000 μL water
Gestegen waarden
• Kobalt
– Beroepsmatige
blootstelling (metaal,
magneten, diamantslijpers,
verf)
– Vitamine preparaten en
medicatie
– (bier)
• Chroom
– Iets meer contaminatiegevoelig dan Co
– Beroepsmatige
blootstelling (roestvrij
staal, leerlooien, pesticide,
kleurstoffen, lassen,
metaal, verf, anticorrosief
in koelsystemen)
– Vitaminen,
vermageringsprodukten en
voedingssupplementen
Externekwaliteitscontrole
Co, 3,49 μg/L
Cr 1,62 μg/L
Besluit
•
•
•
•
Zeergevoeligetechniek
Grootmeetbereik
Goedeproductiviteit
Erbestaaninterferenties, maar die
kunnenwordenverminderd of verwijderd door
collisie en reactiecel