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ICP-AES、AAS及ICP—MS的性能及應用
閱讀:1942 發(fā)布時間:2018-7-28隨著ICP-AES的流行使很多的分析家在問購買一臺ICP-AES是否是明智之舉.還是留在原來可信賴的AAS上?,F(xiàn)在一個新技術(shù)lCP-MS已呈現(xiàn)在世上,雖然價格較高,但ICP-MS具有ICP-AES的優(yōu)點及比石墨爐原子吸收(AAS)更低的檢出限。
這篇文章簡要地論述這三種技術(shù),并指出如何根據(jù)你的分析任務來判斷其適用性。
對于擁有ICP-AES技術(shù)背景的人來講,ICP-MS是一個以質(zhì)譜儀作為檢測器的等離子體(ICP),而質(zhì)譜學家則認為ICP-MS是一個以ICP為源的質(zhì)譜儀。事實上,ICP-AES和ICP-MS的進樣部分及等離子體是極其相似的。ICP-AES測量的是光學光譜(165~800nm),ICP-MS 測量的是離子質(zhì)譜,提供在3~250amu范圍內(nèi)每一個原子質(zhì)量單位(amu)的信息,因此,ICP-MS除了元素含量測定外,還可測量同位素。
檢出限
ICP-MS的檢出限給人極深刻的印象,其溶液的檢出限大部份為ppt級(必需記牢,實際的檢出限不可能優(yōu)于你實驗室的清潔條件),石墨爐AAS的檢出限為亞ppb級,ICP-AES大部份元素的檢出限為1~10ppb,一些元素在潔凈的試樣中也可得到令人注目的亞ppb級的檢出限。必須指出,ICP- MS的ppt級檢出限是針對溶液中溶解物質(zhì)很少的單純?nèi)芤憾缘?,若涉及固體中濃度的檢出限,由于ICP-MS的耐鹽量較差,ICP-MS檢出限的優(yōu)點會變差多達50倍,一些普通的輕元素(如,S、Ca、Fe、K、Se)在ICP-MS中有嚴重的干擾,也將惡化其檢出限。
干擾
以上三種技術(shù)呈現(xiàn)了不同類型及復雜的干擾問題.為此,我們對每個技術(shù)分別予以討論。
ICP-MS的干擾
1.質(zhì)譜干擾:ICP-MS中質(zhì)譜的干擾(同量異位素干擾)是預知的,而且其數(shù)量少于300個,分辨率為0.8amu的質(zhì)譜儀不能將它們分辨開,例如,58Ni對58Fe、 40Ar對40Ca、40Arl60對56Fe或40Ar-Ar對80Se的干擾(質(zhì)譜疊加)。元素校正方程式(與ICP-AES中干擾譜線校正相同的原理)可用來進行校正,選擇性地選用一些低自然豐度的同位素、采用“冷等離子體炬焰屏蔽技術(shù)”或“碰撞池技術(shù)”可有效地降低干擾影響。
2.基體酸干擾:必須指出,HCI、HCIO4、H3PO4和H2S04將引起相當大的質(zhì)譜干擾。Cl+、P+、S+離子將與其他基體元素Ar+、O+、H+結(jié)合生成多原子,例如,35Cl 40Ar對7s、35Cl160對51V的疊加干擾。因此,在ICP-MS的許多分析中避免使用HCl、HClO4、H3PO4和H2SO4是至關(guān)重要的,但這是不可能的??朔@個問題的方法有“碰撞池技術(shù)”、在試樣導入ICP之前使用色譜(微栓)分離、電熱蒸發(fā)(ETV)技術(shù)等,另外一個比較昂貴的選擇是使用高分辯率的扇形磁場的ICP-MS,它具有分辯小于0.01amu的能力,可以清除許多質(zhì)譜的干擾。ICP-MS分析用的試液通常用硝酸來配制。
3.雙電荷離子干擾: 雙電荷離子產(chǎn)生的質(zhì)譜干擾是單電荷離子M/Z的一半,例如138Ba2+對69Ga+,或208pb2+對104Ru+。這類干擾是比較少的,而且可以在進行分析前將系統(tǒng)zui佳化而有效地消除。
4.基體效應:試液與標準溶液粘度的差別將改變各個溶液產(chǎn)生氣溶膠的效率,采用基體匹配法或內(nèi)標法可有效地消除。
5.電離干擾:電離干擾是由于試樣中含有高濃度的第1族和第1I族元素而產(chǎn)生的,采用基體匹配、稀釋試樣、標準加入法、同位素稀釋法、萃取或用色譜分離等措施來解決是有效的。
6.空間電荷效應:空間電荷效應主要發(fā)生在截取錐的后面,在此處的凈電荷密度明顯的偏離了零。高的離子密度導致離子束中的離子之間的相互作用,形成重離子存在時首先損失掉輕離子,例如,Pb+對Li3+?;w匹配或仔細在被測物質(zhì)的質(zhì)量范圍內(nèi)選用內(nèi)標有助于補嘗這個影響,但這在實際應用是有困難的。同位素稀釋法雖有效.但費用高,簡單而zui有效的方法是稀釋樣品。
lCP-AES干擾
1.光譜干擾:ICP-AES的光譜干擾其數(shù)量很大而較難解決,有記錄的ICP-AES的光譜譜線有50000多條,而且基體能引起相當多的問題。因此,對某些樣品,例如,鋼鐵、化工產(chǎn)品及巖石的分析必須使用高分辯率的光譜儀。廣泛應用于固定通道ICP-AES中的干擾元素校正能得到有限度的成功。ICP-AES中的背景較高,需離線背景校正,應用動態(tài)背景校正對增進準確度是很有效的。各種分子粒子(如,OH)的譜峰或譜帶對某些低含量的被測元素會引起一些分析問題,影響其在實際樣品中檢出限。
在ICP-MS中的背景是相當?shù)偷?,典型的是小?/span>5 C/S(計數(shù)/秒),這就是ICP-MS具有*的檢出限的一個主要理由。
2.基體效應:與ICP-MS一樣,ICP-AES可以應用內(nèi)標來解決例如霧化室效應、試樣與標準溶液之間粘度差異所帶來的基體效應。
3.電離干擾:仔細選用每個元素的分析條件或加入電離緩衡劑(如,過量的I族元素)可以減少易電離元素的影響。
AAS干擾
1.光譜干擾:使用氘燈背景校正的AAS有少許光譜干擾,但使用Zeeman背景校正的AAS能去除這些干擾。
2.背景干擾:在原子化過程中,針對不同的基體,應仔細設定灰化步聚的條件以減少背景信號。采用基體改進劑有助于增加可以容許的灰化溫度。在很多AAS應用中,與氘燈扣背景相比,Zeeman扣背景可得到更好的準確度。
3.氣相干擾:這是由于被測物質(zhì)的原子蒸汽進入一個較冷的氣體環(huán)境而形成的。現(xiàn)在采用等溫石墨管設計和平臺技術(shù),試樣被原子化后進入一個熱的惰性氣體環(huán)境,可有效減少這種干擾。
4.基體效應:基體效應是被測物質(zhì)在石墨管上不同的殘留而生成的,它取決于樣品的種類,應用基體改性劑和熱注射能十分有效地減少這些影響。
容易使用
在日常工作中,從自動化來講,lCP-AES是zui成熟的,可由技術(shù)不熟練的人員來應用ICP-AES專家制定的方法進行工作。ICP-MS的操作直到現(xiàn)在仍較為復雜,自1993年以來,盡管在計算機控制和智能化軟件方面有很大的進步,但在常規(guī)分析前仍需由技術(shù)人員進行精密調(diào)整,ICP-MS的方法研究也是很復雜及耗時的工作。AAS的常規(guī)工作雖然是比較容易的,但制定方法仍需要相當熟練的技術(shù)。
試樣中的總固體溶解量TDS
在常規(guī)工作中,ICP-AES可分析10%TDS的溶液,甚至可以高至30%的鹽溶液。在短時期內(nèi)ICP-MS可分析0.5%的溶液,但大部分分析人員樂于采用zui多0.2%TDS的溶液。當原始樣品是固體時,與ICP-AES,AAS相比,ICP-MS需要更高倍數(shù)的稀釋.其折算到原始固體樣品中的檢出限顯示不出很大優(yōu)勢的現(xiàn)象也就不令人驚奇了。
線性動態(tài)范圍LDR
ICP-MS具有超過下的五次方的LDR,各種方法可使其LDR開展至十的八次方,但不管如何,對ICP-MS來說:高基體濃度會導致許多問題,而這些問題的zui好解決方案是稀釋,正由于這個原因,ICP-MS應用的主要領域在痕量/超痕量分析。
AAS的LDR限制在2-3個數(shù)年量級,如選用次靈敏線可進行高一些濃度的分析。ICP-AES具有5個以上數(shù)量級的LDR且抗鹽份能力強,可進行痕量及主量元素的測定,ICP-AES可測定的濃度高達百分含量,因此,ICP-AES外加ICP-MS,或AAS可以很好地滿足實驗室的需要。
精密度
ICP-MS的短期精密度一般是1-3%RSD,這是應用多內(nèi)標法在常規(guī)工作中得到的。長期(幾個小時)精密度為小于5%RSD。使用同位素稀釋法可以得到很好的準確度和精密度,但這個方法的費用對常規(guī)分析來講是太貴了。
ICP-AES的短期精密度一般為0.3~2%RSD,幾個小時的長期精密度小于3%RSD。AAS的短期精密度為0.5-5%RSD,長期精密度的因素不在于時間而視石墨管的使用次數(shù)而定。
樣品分析能力
ICP-MS有驚人的能力來分析大量測定痕量元素的樣品,典型的分析時間為每個樣品小于5分鐘,在某些分析情況下只需2分鐘。Consulting實驗室認為ICP-MS的主要優(yōu)點即是其分析能力。
ICP-AES的分析速度取決于是采用全譜直讀型還是單道掃描型,每個樣品所需的時間為2或6分鐘,全譜直讀型較快,一般為2分鐘測定一個樣品。
AAS的分析速度為每個樣品中每個元素需3~4分鐘,晚上可以自動工作,這樣保證對樣品的分析能力。
根據(jù)溶液的濃度舉例如下,以參考:
1.每個樣品測定1~3個元素,元素濃度為亞或低于ppb級,如果被測元素要求能滿足的情況下,AAS是zui合適的。
2.每個樣品5~20個元素,含量為亞ppm至%,ICP-AES是zui合適的。
3.每個樣品需測4個以上的元素,在亞ppb及ppb含量,而且樣品的量也相當大,ICP-MS是較合適的。
無人控制操作
ICP-MS,ICP-AES,和AAS,由于現(xiàn)代化的自動化設計以及使用惰性氣體的安全性.可以整夜無人看管工作。為了的分析生產(chǎn),整夜開機工作是可取的。
運行的費用
ICP -MS開機工作的費用要高于ICP-AES,因為,ICP-MS的一些部件有一定的使用壽命而且需要更換,這些部件包括了渦輪分子泵、取樣錐和截取錐以及檢測器。對于ICP-MS和ICP-AES來講,霧化器與炬管的壽命是相同的。如果實驗室選用了ICP-AES來取代ICP-MS,那么實驗室zui好能配備 AAS。AAS應計算其石墨管的費用。在上述三種技術(shù)中Ar氣的費用是一筆相當?shù)念A算,ICP技術(shù)Ar費用遠高于AAS。
基本費用
這是難于限定的一個項目,因為費用是根據(jù)自動化程度、附件與供應商而定的。大概的估計ICP-AES是AAS的兩倍,而ICP-MS是lCP-AES的兩倍。必須注意到附件的配置將打亂費用的估計。另外,必須考慮到超痕量分析需要一個干凈的實驗室和超純的化學試劑,這些的費用不便宜。
附件
由于是快速掃描測定方式,ICP-MS能對多元素模式中的瞬間信號進行測量,這就為大量附件打開了出路,電熱蒸法、激光消蝕、輝光放電及火花消蝕等技術(shù)可以免除樣品的溶解過程。有些附件可以將樣品中的基體物質(zhì)進行分離或進行預富集,例如,氫化法、色譜(高壓液相HPLC、離子色譜、微栓)等。
用色譜來分離的好處在ICP-MS中得到*的實現(xiàn),它適合用于環(huán)保,毒理學,藥品及食品中低濃度的被測物質(zhì)。
雖然,ICP-AES也能采用上述的某些附件,但由于這些附件的價格及有限的好處,因此,很少看到它們在lCP-AES的常規(guī)分析中應用。