High precision δ41K using MC-ICP-MS in high resolution and MS/MS mode

Význam tématu

Draslík je klíčový prvek v geologii i biologii díky vysoké rozpustnosti ve vodě a významné koncentraci v zemské kůře a mořské vodě. Precizní měření poměru 41K/39K (δ41K) umožňuje sledovat izotopové frakcionace v přírodních a biologických procesech.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo porovnat dvě technologie v Thermo Scientific Neoma MC-ICP-MS pro vysoce přesné stanovení δ41K: režim extra vysokého rozlišení (XHR) a MS/MS mode s kolizně-reakčním článkem (CRC). Studie demonstruje výhody a omezení obou přístupů při různých koncentracích vzorků.

Použitá metodika a instrumentace

Pro oba experimenty byla použita přístrojová sestava:

• MC-ICP-MS Neoma s vysokosenzitivním Jet Interface.
• Režim XHR: dodatečná mezifokusová štěrbina pro rozlišení >15 000 (prakticky až >20 000 pro 39K a 41K).
• MS/MS CRC: předfiltr masové buňky a mísicí plyn H2/He ke zneutrálnění interferentu 40Ar1H.
• Vzorková introdukce: ESI Apex Omega Q desolvující nebulizér a mikroFAST MC autosampler se systémem Dual Loop Syringe Loading pro stabilní tok (5–1000 µL/min).
• Software Qtegra ISDS pro řízení analýzy, nastavování parametrů a automatické vyrovnání signálů vzorek–standard.

Hlavní výsledky a diskuse

Citlivost:

• XHR: ~22 V/ppm K.
• CRC: >1250 V/ppm K (řádově 50× vyšší citlivost), vhodné pro koncentrace pod 100 ppb.

Vliv vyrovnání signálů:

• Při 1 % odchylce intenzity se hodnota δ41K změní o 0,01 ‰; mikroFAST MC umožňuje přesné nastavení proudění pro vyrovnání vzorku a standardu.

Precision:

• XHR (1 ppm K): externí přesnost 0,020 ‰ (1SD, n=10).
• CRC (100 ppb K): externí přesnost 0,057 ‰ (1SD, n=10).

Stabilita signálu byla u XHR mírně lepší, ale CRC po delší stabilizaci dosahuje podobné úrovně.

Přínosy a praktické využití metody

Každá metoda je vhodná pro jiné aplikace:

• CRC: analýzy vzorků s nízkým obsahem K (biologické, archeologické, environmentální vzorky).
• XHR: maximální izotopová přesnost pro dostatečně koncentrované vzorky, kde není limit vzorku.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další zlepšování plazmových parametrů, rozvoj kolizně-reakčních technologií, snížení mezí detekce a rozšíření metodiky na další stabilní izotopové systémy. Integrace pokročilých algoritmů pro optimalizaci měření může dále zvýšit efektivitu a přesnost.

Závěr

Neoma MC-ICP-MS nabízí dva výkonné přístupy pro δ41K analýzu. CRC exceluje v citlivosti pro malé a řídké vzorky, XHR poskytuje nejvyšší izotopovou přesnost tam, kde není limit vzorku. Výběr metody závisí na požadavcích analýzy a dostupnosti vzorku.

Reference

1. Hobin K. a kol. Robust potassium isotopic analysis of geological and biological samples via Multicollector ICP-Mass Spectrometry Using the extra-High Resolution Mode. Analytical Chemistry. 2021.
2. Chen H. a kol. High-precision potassium isotopic analysis by MC-ICP-MS: an inter-laboratory comparison and refined K atomic weight. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2019.
3. Morgan L. E. a kol. High-precision 41K/39K measurements by MC-ICP-MS indicate terrestrial variability of δ41K. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2018.
4. Chen H. a kol. Potassium isotope fractionation during chemical weathering of basalts. Earth and Planetary Science Letters. 2020.
5. Télouk P. a kol. Steady analyses of potassium stable isotopes using a Thermo Scientific Neoma MC-ICP-MS. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2022.
6. Moynier F. a kol. Potassium isotopic composition of various samples using a dual-path collision cell-capable multiple-collector inductively coupled plasma mass spectrometer, Nu instruments Sapphire. Chemical Geology. 2021.