Investigation of matrix effects in liquid analyses by ICP-OES/MS applying mono-disperse droplet injection
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Atomisierungs- und Ionisationsprozesse, sowie die Diffusion von Elementatomen und –ionen im induktiv-gekoppelten Argon-Plasma (ICP) wurden durch optische End- und Side-On-Spektroskopie gemessen. Hierbei wurden die Proben mittels monodisperser Tröpfchen im Bereich 30-50 μm durch den ICP-Injektor eingebracht. Die Tröpfchen wurden aus Elementstandardlösungen mit einem kommerziellen Tröpfchengenerator piezo-elektrisch erzeugt. In einem Falle wurden auch monodisperse SiO2 Partikel im Größenbereich 0.55-2 μm mittels Tröpfchen in das ICP eingeführt. Es wurde festgestellt, dass der Einsatzpunkt der Atomisierung und Ionisation im ICP außerordentlich stark vom Injektorgasfluss und der Größe der Tropfen abhängt. So verschob sich bei einer Verdopplung der Injektorgasflussrate die Atomisierung um 25 mm in dem nur etwa 45 mm langen ICP. Der Grund hierfür liegt in der stärkeren Kühlung des zentralen Plasmakanals, in dem die Atomisierung stattfindet. Größere Analyttröpfchen benötigten deutlich längere Zeiten zur Trocknung im Plasma, so dass die Atomisierung auch hierbei lokal verschoben wird. Auch die Größe der Begleitmasse (Matrixmasse) zeigte einen starken Einfluss auf den Einsatzpunkt der Analytatomisierung. Der Verdampfungsprozess einer größeren Matrixmasse führte zu einer stärkeren lokalen Kühlung und verschob die Atomisierung der interessierenden Analyten im Plasma. Durch Side-On-Spektroskopie von Atom- und Ionenlinien ließ sich feststellen, wann die Ionisations- und Rekombinationsprozesse im Gleichgewicht waren. Gleichgewicht lag dann vor, wenn die Intensitäten von Ionen- und Atomlinien zeitlich nicht gegeneinander verschoben waren. Wenn der Gleichgewichtszustand noch nicht erreicht war, waren die Intensitätsverläufe der Ionenlinien zeitlich verzögert. Darüber hinaus ließen sich aus den Breiten der Intensitätsverläufe die relativen Diffusionskoeffizienten der untersuchten Elemente entnehmen. Die gefundenen Erkenntnisse sind wichtig für eine Optimierung der Ionendetektionseffizienz bei der ICP-Massenspektroskopie (MS). Typischerweise liegen die Detektionseffizienzen bei den meisten kommerziellen ICP-MS-Geräten im Bereich 10-7–10-4 liegen. Durch Verschiebung der Atomisierung und Ionisierung in Richtung des Massenspektrometers lassen sich die Effizienzen verbessern, weil die Ionenwolken der Analyten dann noch kleine Durchmesser haben. Es wurde außerdem darauf hingewiesen, dass andere Injektionsgase als Argon oder Mischungen von Argon mit anderen Gasen Temperaturänderungen im zentralen ICP-Kanal bewirken und damit sowohl die Atomisierung und Ionisation als auch die ICP-MS-Detektionseffizienz verändern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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“Simulation and experimental studies on plasma temperature, flow velocity and injector diameter effects for an inductively coupled plasma”, Anal. Chem. 83 (2011) 9260-9266
H. Lindner, A. Murtazin, S. Groh, K. Niemax, A. Bogaerts
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“Consideration about the detection efficiency in inductively coupled plasma mass spectrometry”, Spectrochim. Acta, Part B (2012)
K. Niemax
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“Investigation of sample introduction- and plasmarelated matrix effects in inductively coupled plasma spectrometry applying single analyte droplet and particle injection“, Spectrochim. Acta, Part B 67 (2012) 3-16
A. Murtazin, S. Groh, K. Niemax
