 |
上海斯邁歐分析儀器有限公司
主營產(chǎn)品： 氣相色譜、液相色譜、氣質(zhì)聯(lián)用儀、液質(zhì)聯(lián)用儀、原子吸收光譜儀、紫外分光光度計 |
聯(lián)系電話
18602175640
ICP-MS對環(huán)境空氣樣品進(jìn)行高通量半定量篩查
2023-12-26 閱讀(205)
本文介紹了一種新開發(fā)的方法，用于分析大量空氣樣品中的痕量金屬。為了增加樣品通量，結(jié)合使用安捷倫集成樣品引入系統(tǒng)(ISIS) 與半定量分析模式的 Agilent 7500c 八級桿反應(yīng)池系統(tǒng)ICP-MS。采用此方法，在大約 2 周的時間內(nèi)完成了 2500 份樣品的溶解元素和可萃取元素組成分析。分析 NIST CRM 1643e水樣獲得的良好回收率證明了儀器的穩(wěn)定性和可靠性。數(shù)據(jù)處理方面采用宏命令對樣品結(jié)果進(jìn)行下載和導(dǎo)出，所使用的文件格式可順利地導(dǎo)入統(tǒng)計分析軟件。
前言：ICP- MS 的特別之處在于它可以通過被稱為“半定量分析"或“半定量"的方法快速地測定未知樣品的大致元素組成。半定量模式下，質(zhì)譜儀將快速掃描整個質(zhì)量范圍，檢測所有可能元素或同位素的響應(yīng)。根據(jù)響應(yīng)情況，半定量分析可根據(jù)所有同位素的已知相對響應(yīng)表估算每種元素的相對濃度。如果已知其中一種或幾種成分（例如添加的內(nèi)標(biāo)物）的濃度，就可確定其余元素的濃度。采用 ORS-ICP-MS 和集成樣品引入系統(tǒng) (ISIS) 對環(huán)境空氣樣品進(jìn)行高通量半定量篩查應(yīng)用傳統(tǒng)的半定量分析存在這樣一種局限性：未校正的多原子干擾可能導(dǎo)致假陽性結(jié)果。雖然碰撞反應(yīng)池(CRC)技術(shù)的出現(xiàn)在定量 ICP- MS 中顯著減少了這類問題，在大多數(shù)情況下，這種技術(shù)并未以類似的方式改進(jìn)半定量分析。這是由于半定量分析必須在相同條件下采集所有元素，以使響應(yīng)因子能在整個質(zhì)量范圍內(nèi)通過內(nèi)插值計算得到。反應(yīng)性 CRC 方法會造成新的干擾，因此無法同時用于所有元素。然而，氦氣 (He) 碰撞模式不會帶來任何新的干擾，并可通過所謂的動能歧視減少幾乎所有類型的多原子干擾。與傳統(tǒng)的半定量分析相比，使用單純 He 模式的半定量分析不易受干擾，甚至可用于分析復(fù)雜、未知的基質(zhì)。正因為如此，這種方法尤其適合對未知樣品的組成進(jìn)行分析，在這種情況下，針對所有可能的元素進(jìn)行校準(zhǔn)分析會花費(fèi)大量的時間和金錢。
由于并不要求絕對的定量準(zhǔn)確度和精密度，與定量分析相比，完成半定量分析所需的重復(fù)更少，積分時間更短。在這次分析中，掃描整個質(zhì)量范圍大約需要40 秒。但是要充分利用快速采集的優(yōu)勢，就需要同樣快速的樣品處理。通過使用分段流動配置的安捷倫集成樣品引入系統(tǒng) (ISIS)，每個樣品的吸入與沖洗時間降至大約 20秒。這樣就可以對未知樣品進(jìn)行完整、全面的自動半定量分析，每個樣品僅需一分鐘。
美國中西部研究所 (MRI)MRI 是一個獨(dú)立的非盈利性研究機(jī)構(gòu)，總部設(shè)于美國密蘇里州的堪薩斯城，在佛羅里達(dá)州的棕櫚灣市和馬里蘭州的羅克維爾市設(shè)有實驗室，還管理著位于科羅拉多州戈爾登市的美國國家可再生能源實驗室。該研究所的研究領(lǐng)域涉及能源、工程、生命科學(xué)、國家安全及國防。布里瓦德教育與研究實驗室 (BTRL) 是美國佛羅里達(dá)州最早購買 ICP- MS 的實驗室之一，1991 年以來一直使用該技術(shù)分析痕量元素。1996 年該公司被 MRI收購并在最近購進(jìn)了 Agilent 7500c 以支持其在生物分析和法醫(yī)學(xué)方面的研究。
項目說明MRI 近期承擔(dān)了 2500 個空氣樣品的元素組成分析任務(wù)，這些樣品由 SpinCon 高級空氣采樣器（Sceptor實業(yè)公司，美國密蘇里州堪薩斯城）采集。SpinCon是一種濕式濃縮器空氣采樣器，用于將空氣中的顆粒物質(zhì)和其他分子物質(zhì)直接收集到采集溶液中。可對溶液的組成進(jìn)行優(yōu)化處理以實現(xiàn)特定分析物的最大回收率。可用于元素分析的樣品體積約為 5 mL；并且沒有提供任何樣品組成信息。MRI 在與客戶進(jìn)行初步討論之后確定：如果能夠確定數(shù)據(jù)質(zhì)量的評估標(biāo)準(zhǔn)、滿足樣品周轉(zhuǎn)時間上的要求，那么半定量分析即可達(dá)到目的。最終確定，為了滿足項目的調(diào)度需求，周轉(zhuǎn)時間為 1 個月。
實驗部分材料與方法裝有八級桿反應(yīng)池系統(tǒng) (ORS) 和 ISIS 的 Agilent 7500cICP- MS 采用了能實現(xiàn)快速樣品通量的內(nèi)部設(shè)計（有關(guān)操作參數(shù)，參見表 1）。使用安捷倫多泵模塊設(shè)計軟件1開發(fā)的定制 ISIS 程序可控制本應(yīng)用中的 ISIS 閥門和泵。系統(tǒng)以所謂的“流路選擇"模式運(yùn)行，從而最大限度增加樣品通量。以美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 提供的可追蹤物質(zhì)制備校準(zhǔn)和檢查溶液。每次運(yùn)行儀器之前，均使用具有 29 種組分的多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行校正，此標(biāo)準(zhǔn)溶液用購自 SPEX Certiprep 公司（美國新澤西州，Metuchen 市）的儲備溶液制備而成。NIST 標(biāo)準(zhǔn)參比物質(zhì) 1643e（水中的痕量元素）用 1%的硝酸稀釋 10 倍，并在分析運(yùn)行期間作為質(zhì)量控制樣品監(jiān)控儀器的性能。在線添加濃度為 50 mg/L 的銠作為內(nèi)標(biāo)物。
樣品前處理采用 SpinCon 空氣采樣器以 450 L/min 的速率將空氣樣品直接收集入 10 mL 體積的采集溶液中。取5 mL 樣品運(yùn)往 MRI（佛羅里達(dá)州），處理前在 4 °C條件下保存。以 1% 硝酸為最終基質(zhì)制備樣品（以體積計），用于溶解元素和可萃取元素分析。進(jìn)行溶解元素分析時，樣品充分混合后，取 200 mL 以 1,000 rpm 的速率離心10 分鐘。取 100 mL 上清液，加入 1% 的硝酸稀釋至1,000 mL，直接加入自動進(jìn)樣管中。進(jìn)行可萃取元素分析時，將 200 mL 樣品與處理試劑混合，室溫下振搖 10 分鐘以模擬現(xiàn)場處理。然后用 1% 的硝酸將樣品稀釋至 2,000 mL 的最終體積，以 1,000 rpm 的速率離心 10 分鐘后，取 1,000 mL 加入自動進(jìn)樣管中。通過此 步 驟 ， 每 個 樣 本 分 成 兩 部 分 ， 總 共 需 要 進(jìn) 行5000 次分析。
SIS 程序設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高通量 ISIS 應(yīng)用（圖 1）中，使用 ISIS 蠕動泵(P1) 將樣品溶液或沖洗溶液快速傳送至以固定速度運(yùn)行的霧化器蠕動泵 (P0)。這種恒流法的優(yōu)勢在于等離子體不會受進(jìn)樣速率變化的干擾，并最大限度減少了穩(wěn)定延遲，因為泵速發(fā)生變化時會導(dǎo)致泵管伸展和松弛，而恒流法大大降低了這方面的等待時間。缺點在于恒流模式下，樣品從混合三通 1 流至霧化器，直到信號穩(wěn)定需要大約 35 秒的時間。此外，樣品從自動進(jìn)樣管傳送到混合三通 1 還需 10 秒鐘時間。在此配置下，自動進(jìn)樣器針頭進(jìn)樣后大約 45 秒可獲得穩(wěn)定的信號曲線圖。使用標(biāo)準(zhǔn)ISIS配置時還需要考慮的是分析完成后沖洗仍留在泵管中的樣品所耗費(fèi)的時間不包括在正常的沖洗周期內(nèi)。使用濃度為 1,000 mg/L 的鈷標(biāo)準(zhǔn)品對此應(yīng)用所需的沖洗時間進(jìn)行了評估。采用內(nèi)容積為50 mL的旋流霧化室，信號降低三個數(shù)量級 (< 1 mg/L) 所需的沖洗時間大約為 40 秒。考慮到各種限制條件，這個項目需要更高的通量。采用讀取時間為 40秒的標(biāo)準(zhǔn)高通量條件，分析單個樣品所需的總時間大約為 120 秒（40 秒沖洗進(jìn)樣/穩(wěn)定；40 秒采集數(shù)據(jù)；40 秒沖洗）。使用 CETAC ASX-510自動進(jìn)樣器時，分析完樣品盤中的全部 270 個樣品（三組，每組 90 個樣品），連同每 20 個樣品一次的校正以及 QC 檢查，總共需要大約 10 小時，超出了標(biāo)準(zhǔn)的 8 小時輪班時間。
基于 MRI 過去采用的分段流動和連續(xù)流動技術(shù)的早期設(shè)計開發(fā)的定制應(yīng)用程序（圖 2）顯著降低了 ICP-MS系統(tǒng)吸入和沖洗樣品所需的時間。這種稱為流路選擇的方法，通過消除與霧化器泵相關(guān)的延遲時間縮短了總的分析周期；該方法與標(biāo)準(zhǔn)的高通量方法有一個重要的區(qū)別：必需使用轉(zhuǎn)換閥。與標(biāo)準(zhǔn)高通量應(yīng)用類似，液體處理可通過一個ISIS泵，結(jié)合機(jī)載霧化器泵完成。更好的配置舍棄了標(biāo)準(zhǔn)的霧化器泵，而使用兩個ISIS 進(jìn)行液體處理。
……
結(jié)論實驗表明，只要選擇合適的收集液，SpinCon 高級空氣采樣器采集的樣品可直接用于痕量元素分析。采用單純氦氣模式進(jìn)行半定量分析，并利用可以最大限度提高通量的定制 ISIS 程序，就可在大約 2 周內(nèi)完成2500 份樣品的溶解元素和可萃取元素組成分析，滿足項目對周轉(zhuǎn)時間的要求。在定量分析中，這種 ISIS程序同樣可以提高通量，起到類似的效果。在項目進(jìn)行期間，Agilent 7500c 系統(tǒng)的性能穩(wěn)定可靠，NIST CRM 1643e 水樣的良好回收率就表明了這一點。用于下載和導(dǎo)出樣品結(jié)果的宏命令顯著降低了準(zhǔn)備分析報告所花的時間，數(shù)據(jù)文件的導(dǎo)出格式便于將數(shù)據(jù)輕松導(dǎo)入統(tǒng)計分析軟件。
