APWC: Investigation of ICP-MS/MS using oxygen or hydrogen as a reaction gas for interference-free analysis of phosphorus in organic solvents

Význam tématu

Analýza fosforu v organických matricích při stopových koncentracích je komplikována polyatomovými interferencemi (NO+, OH+, C-založené ionty) v konvenčním ICP-QMS. Použití ICP-MS/MS v režimu mass-shift s reaktivními plyny O2 nebo H2 umožňuje odfiltrovat nežádoucí signály a snížit limit detekce (BEC) o řády vůči klasickému helia-only provozu.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo porovnat dvě strategie snižování interferencí v triple kvadrupólové hmotnostní spektrometrii (Agilent 8900) při stanovení P v isopropylalkoholu (IPA):

• O-atom transfer s O2 (P+ → PO+, m/z 47)
• hydridová reakce s H2 (P+ → PH3+/PH4+, m/z 34/35)

Optimalizovaly se parametry článku (toky plynů, Octopole bias, přídavné He) a porovnaly citlivost i BEC.

Použitá metodika a instrumentace

Agilent 8900 ICP-MS/MS v režimu MS/MS s Q1 na m/z 31 (P+) a Q2 podle režimu mass-shift (47 pro PO+, 34/35 pro PHx+). Horká plazma: RF 1500 W, spařovací hloubka 18 mm, quartzová hořák, PFA nebulizér, průtok vzorku 0,17 mL/min.

• Reakční plyny: O2 (0,075–0,45 mL/min), H2 (10 mL/min), He (5–12 mL/min)
• Optimalizace Octopole bias (0 až –50 V) a energiové discrimination
• Standard: SPEX PLP9-3Y, matice IPA (elektronická třída)

Hlavní výsledky a diskuse

V režimu O2 mass-shift bylo možné dosáhnout minimálního BEC 0,082 ppb při O2 0,45 mL/min a Octopole bias 0 V. Přidáním He (0,075 mL/min O2 + 12 mL/min He) a nastavením –5 V se snížilo BEC až na 0,027 ppb při citlivosti 6660 cps/ppb. Nízká kolizní energie potlačila vedlejší reakce C-založených iontů. V H2 režimu byl nejnižší BEC 0,021 ppb (jako PH4+) při bias –30 V, citlivost 1150 cps/ppb. Produkce PH3+ i PH4+ závisí na vyšší energii pro iniciální endothermní krok.

Přínosy a praktické využití metody

Výrazné snížení detekčního limitu P v organických rozpouštědlech:

• O2+He mass-shift: BEC 0,027 ppb, citlivost 6660 cps/ppb
• H2 hydridová metoda: BEC 0,021 ppb, citlivost 1150 cps/ppb
• Řádově nižší BEC než u klasického helia (0,8 ppm) a vyšší citlivost

Metody jsou vhodné pro QA/QC v polovodičovém průmyslu, farmaceutické analýzy či ekologické monitorování.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj může směřovat k kombinaci reaktivních plynů s vylepšenou kinetikou reakcí, vývoji dynamických režimů toku plynů pro během analýzy a aplikaci na širší spektrum prvků s obtížnými interferencemi. Integrace s automatizovanými vzorkovači a online monitorovacími platformami umožní real-time kontrolu kvality matric.

Závěr

ICP-MS/MS s O2 a H2 v režimu mass-shift významně překonává konvenční metody helia-only pro stanovení fosforu v organických matricích. Nejlepší dosažené BEC jsou 0,027 ppb (PO+) a 0,021 ppb (PH4+), přičemž O2+He režim nabízí vyšší citlivost. Tyto přístupy umožňují spolehlivou detekci stop fosforu v náročných vzorcích.

Reference

• [1] Journal of Physical and Chemical Reference Data, Vol. 17, Supplement No. 1, 1988.
• [2] Mizobuchi K., Yamada N., Yukinari M. The Japan Society for Analytical Chemistry, 66th Nenkai, G4002, 2017.