Spektrometri Massa Atom (ai)

Spektrometri Massa Atom Spektrometri massa atom telah ada selama bertahun-tahun, tetapi pengenalan plasma induktif ditambah (ICP) pada 1970-an dan perkembangan selanjutnyauntuk spektrometri massa4 menyebabkan keberhasilan komersialisasi ICPMS oleh beberapa perusahaan instrumen. Saat ini, ICPMS adalah teknik yang banyak digunakan untuk simultan penentuan lebih dari 70 elemen dalam beberapa menit. Sumber ion adalah yang utama perbedaan antara spektrometri massa atom dan molekul. Untuk spektrometri massa atom, sumber ion harus sangat energik untuk mengubah sampel menjadi gas sederhana ion fase dan atom. Dalam spektrometri massa molekul, sumber ion jauh lebih sedikit energik dan mengubah sampel menjadi ion molekuler dan ion fragmen.

Sumber untuk Spektrometri Massa Atom Beberapa sumber ionisasi yang berbeda telah diusulkan untuk spektrometri massa atom. Tabel 29-2 mencantumkan sumber ion yang paling umum dan analisa massa yang khas digunakan dengan masing-masing. Plasma Yang Digabungkan Secara Induktif Plasma yang digabungkan secara induktif dijelaskan secara luas dalam Bagian 28B-2 sehubungan dengan penggunaannya dalam spektrometri emisi atom. Geometri aksial ditunjukkan pada Gambar 28-7 paling sering digunakan dalam ICPMS. Dalam aplikasi MS, ICP berfungsi sebagai keduanya alat penyemprot dan pengion. Sampel solusi dapat diperkenalkan oleh konvensional atau nebulizer ultrasonik. Sampel padat dapat dilarutkan dalam larutan atau volatized dengan cara dari percikan tegangan tinggi atau laser bertenaga tinggi sebelum dimasukkan ke dalam ICP. Ion terbentuk dalam plasma kemudian dimasukkan ke dalam penganalisa massa, seringkali quadrupole, di mana mereka diurutkan berdasarkan rasio massa terhadap biaya dan terdeteksi.

Ekstraksi ion dari plasma dapat menimbulkan masalah teknis utama dalam ICPMS. Sementara ICP beroperasi pada tekanan atmosfer, spektrometer massa beroperasi pada suhu tinggi ruang hampa, biasanya kurang dari 1026 torr. Wilayah antarmuka antara ICP dan spektrometer massa sangat penting untuk memastikan bahwa sebagian besar ion yang dihasilkan diangkut ke penganalisa massa. Antarmuka biasanya terdiri dari dua logam kerucut, disebut sampler dan skimmer. Setiap kerucut memiliki lubang kecil (<1 mm) untuk memungkinkan ion melewati ke ion optik yang kemudian membimbing mereka ke penganalisa massa. 5 Sinar yang dimasukkan ke dalam spektrometer massa memiliki komposisi ionik yang hampir sama sebagai wilayah plasma dari mana ion diekstraksi. Angka

29-6 pertunjukan bahwa spektrum ICPMS seringkali sangat sederhana dibandingkan dengan ICP konvensional spektrum emisi atom. Spektrum ICPMS yang ditunjukkan pada gambar terdiri dari sederhana serangkaian puncak isotop untuk setiap elemen hadir bersama dengan beberapa ion latar belakang puncak. Ion latar belakang meliputi Ar+, ArO+, ArH+, H2O+, O+, O2+, dan Ar2+, sebagai serta tambahan argon dengan logam. Selain itu, beberapa ion poliatomik dari konstituen dalam sampel juga ditemukan dalam spektrum massa ICP. Ion latar belakang seperti itu dapat mengganggu dengan penentuan analit seperti yang dijelaskan dalam Bagian 29 C-2. Instrumen komersial untuk ICPMS telah ada di pasaran sejak tahun 1983. ICPMS spektra digunakan untuk mengidentifikasi elemen-elemen yang ada dalam sampel dan untuk menentukan elemen-elemen ini secara kuantitatif. Biasanya, analisis kuantitatif didasarkan pada kalibrasi kurva di mana rasio sinyal ion untuk analit dengan internal standar diplot sebagai fungsi konsentrasi.

Sumber Ionisasi Lainnya untuk Spektrometri Massa Atom Dari sumber yang tercantum dalam Tabel 29-2, sumber percikan dan pelepasan cahaya milikimenerima perhatian terbesar. Spektrometri massa atom sumber percikan (SSMS) pertama kali diperkenalkan pada 1930-an sebagai alat umum untuk multielemen dan jejak isotopanalisis. Namun, baru pada tahun 1958 massa sumber percikan komersial pertama spektrometer muncul di pasar. Setelah periode perkembangan pesat di1960-an, penggunaan teknik ini mendatar dan kemudian menurun dengan penampilan dari ICPMS. Saat ini, spektrometri massa sumber percikan masih diterapkan pada sampel padat yang tidak mudah dibubarkan dan dianalisis oleh ICP. Selain itu, sumber percikan digunakan dalam hubungannya dengan sumber ICP untuk menguap dan menyemprotkan sampel padat sebelum diperkenalkan ke plasma. Sebagaimana dibahas dalam Bagian 28B-5, sumber pelepasan cahaya adalah perangkat yang berguna untuk berbagai jenis jenis spektroskopi atom. Selain sampel atomisasi, itu juga menghasilkan awan ion analit positif dari sampel padat. Perangkat ini terdiri dari dua elektroda sederhana sistem tertutup yang mengandung argon pada tekanan 0,1 hingga 10 torr. Tegangan 5 sampai 15 kV dari catu daya dc berdenyut diterapkan antara elektroda, menyebabkan pembentukan ion argon positif, yang kemudian dipercepat menuju katoda. Itu katoda dibuat dari sampel, atau sampel diendapkan pada logam inert katoda. Sama seperti pada lampu berongga-katoda (lihat Bagian 28D-2), atom sampel tergagap dari katoda ke wilayah antara dua elektroda, di mana mereka dikonversi menjadi ion positif dengan tabrakan dengan elektron atau ion argon positif. Ion analit kemudian ditarik ke dalam spektrometer massa dengan pemompaan diferensial.

Ion-ion tersebut kemudian disaring dalam penganalisa quadrupole atau didispersi dengan sektor magnetikanalisa untuk deteksi dan penentuan. Sumber pelepasan cahaya, seperti sumber percikan, sering digunakan dengan obor ICP. Pelepasan cahaya berfungsi sebagai alat penyemprot, dan Obor ICP adalah ionizer.

Spektrum Massa dan Gangguan Atom Karena sumber ICP mendominasi dalam spektrometri massa atom, kami memfokuskan diskusi kami pada ICPMS. Kesederhanaan spektrum ICPMS, seperti spektrum cerium ditunjukkan pada Gambar 29-6b, menyebabkan pekerja awal di lapangan memiliki harapan “bebas gangguan metode. ”Sayangnya, harapan ini tidak terwujud dalam penelitian lebih lanjut, dan gangguan serius masalah kadang-kadang ditemui dalam spektrometri massa atom, seperti pada spektroskopi atom optik. Efek interferensi dalam spektroskopi massa atom termasuk dalam dua kategori besar: interferensi

spektroskopi dan interferensi matriks. Spektroskopi Gangguan terjadi ketika spesies ionik dalam plasma memiliki nilai m/z yang sama dengan ion analit. Sebagian besar gangguan ini berasal dari ion poliatomik, unsur yang memiliki isotop dengan massa yang pada dasarnya sama, ion bermuatan ganda, dan ion oksida tahan api spektrometer resolusi tinggi dapat mengurangi atau menghilangkan banyak gangguan ini. Efek matriks menjadi nyata ketika konsentrasi spesies matriks melebihi sekitar 500 hingga 1000 μg / mL. Biasanya, efek ini menyebabkan pengurangan analit sinyal, meskipun perangkat tambahan kadang-kadang diamati. Secara umum, efek seperti itu bisa diminimalkan dengan mengencerkan sampel, dengan mengubah prosedur pengantar, atau dengan memisahkan spesies yang mengganggu. Efeknya juga dapat diminimalkan dengan menggunakan suatu standar internal yang sesuai, elemen yang memiliki massa dan ionisasi yang hampir sama potensial sebagai analit (lihat Bagian 8D-3).

Aplikasi Spektrometri Massa Atom ICPMS sangat cocok untuk analisis multi elemen dan untuk penentuan seperti isotoprasio. Teknik ini memiliki rentang dinamis yang luas, biasanya empat kali lipat, dan menghasilkan spektrum yang, secara umum, lebih sederhana dan lebih mudah diinterpretasikan daripada spektrum emisi optik. ICPMS menemukan penggunaan luas dalam semikonduktor dan industri elektronik, dalam geokimia, dalam analisis lingkungan, dalam biologi dan penelitian medis, dan di banyak bidang lainnya. Batas deteksi untuk ICPMS tercantum pada Tabel 28-4, di mana mereka dibandingkan dengan yang dari beberapa metode spektrometri atom lainnya. Sebagian besar elemen dapat dideteksi jauh di bawah tingkat bagian per miliar. Instrumen quadrupole biasanya memungkinkan deteksi ppb untuk seluruh rentang massa mereka. Instrumen resolusi tinggi dapat secara rutin mencapai batas deteksi subbagian-triliun karena tingkat latar belakangnya instrumen sangat rendah. Analisis kuantitatif biasanya dilakukan dengan menyiapkan kurva kalibrasi menggunakan standar eksternal. Untuk mengkompensasi drift instrumen, ketidakstabilan, dan efek matriks, standar internal dapat ditambahkan ke standar dan sampel. Berganda standar internal kadang digunakan untuk mengoptimalkan pencocokan karakteristik standar untuk berbagai analit. Untuk solusi sederhana di mana komposisi diketahui atau matriks dapat cocok dengan baik antara sampel dan standar, akurasi dapat lebih baik dari 2% untuk analit pada konsentrasi 50 kali batas deteksi. Untuk solusi yang tidak diketahui komposisi, akurasi 5% adalah tipikal.