Analysis of Soil and Sediments by ICP-MS with Advanced Sample Introduction Tools

Shrnutí aplikace: Analýza půd a sedimentů pomocí ICP‑MS s pokročilými nástroji pro zavádění vzorku

Význam tématu

Analýza stopových i makro prvků v půdách a sedimentech je klíčová pro environmentální monitorování, hodnocení znečištění a rozhodování v oblasti ochrany životního prostředí. Robustní a efektivní ICP‑MS metoda, která minimalizuje přípravu vzorku a riziko ucpání systému, zvyšuje produktivitu laboratoří a snižuje provozní náklady.

Cíle a přehled studie

Studie ověřila použití Agilent 9500 ICP‑QQQ vybaveného Ultra High Matrix Introduction (UHMI), Dual‑Cell System (DCS) pracujícím v Advanced Helium Mode (AHM) a Air cell mode, společně s Mira Mist nebulizérem a in‑line částicovým filtrem. Cílem bylo zjednodušit přípravu sedimentních vysoce matricových vzorků (bez HF), vyhodnotit limity detekce, stabilitu signálu, zatěžovací (washout) chování a přesnost vůči certifikovaným referenčním materiálům (CRM) podle kritérií EPA Method 6020B.

Použitá metodika

- Vzorky: pět CRM (NIST 1643f, River Sediment A/B, Soil A/B) jako předtavené roztoky a reálný estuární sediment digesovaný v mikrovlnné digesční soustavě bez HF (0,25 g vzorku, 9 mL HNO3 + 3 mL HCl; rampy na 180 °C a následné ochlazení a dolití na 200 mL; finální matrix ~4,5 % HNO3, 1,5 % HCl; TDS ~200 mg/L).

- Příprava a kalibrace: šestibodová kalibrace (rozsahy pro minerální prvky 100–100 000 ppb; trace prvky 1–1 000 ppb; speciální rozsahy pro Li, Ag, Hg), interní standardy Sc, Ge, Rh, In, Tb, Lu přidávané on‑line. EPA 6020B preset method v softwaru OpenLab použita pro nastavení metodiky.

- Měření: Agilent 9500 ICP‑QQQ s UHMI, DCS (AHM pro většinu prvků, Air cell pro vybrané analyty jako K, Ca, As, Se), volitelný AVS MS diskretní odběrový systém s vysokorychlostním pístovým čerpadlem a autosamplery SPS 4/SPS 6. Nebulizér Mira Mist (paralelní dráha, větší vnitřní průměr) a in‑line částicový filtr (zachycuje částice >120 µm) umožnily analýzu bez předchozí filtrace.

Použitá instrumentace

• Agilent 9500 ICP‑QQQ s UHMI a Dual‑Cell System (DCS)
• Mira Mist nebulizér (PEEK) od Agilent
• In‑line částicový filtr (Glass Expansion, 120 µm)
• AVS MS diskretní vzorkovací systém a autosamplery SPS 4 / SPS 6
• Agilent Ni sampler a skimmer cones, extrakční/omega lens a přidružené tubing sady
• Mikrovlnná digesční soustava Mars 6 (CEM) pro přípravu reálného sedimentu

Hlavní výsledky a diskuse

- Limity detekce: Pro většinu analyzovaných 30 prvků byly LODs v nízkých ng/L (ppt) úrovních, potvrzující vysokou citlivost 9500 ICP‑QQQ. Mira Mist dosáhl srovnatelných LODs jako standardní MicroMist i přes mírně horší RSD díky většímu id.

- Washout a paměťové efekty: Testy pro prvky s náchylností k paměťovým efektům (As, Se, Sb, Hg) ukázaly, že in‑line filtr významně neovlivňuje washout; rozdíly byly minimální a rychle klesaly po prvním oplachu. I pro Sb byl zjištěn velmi nízký reziduální signál, nevýznamný pro běžné půdní měření.

- Stabilita a dlouhodobý běh: Během sekvence ~180 vzorků + 38 QC během ~8 hodin byly interní standardy stabilní (ISTD recoveries nad 70 %), CCV opakování stabilní, bez závažného hmotnostně závislého driftu. To dokládá robustnost plazmatu a odolnost vůči matrici při použití UHMI a Mira Mist.

- Početné analýzy CRM a reálného sedimentu: Recoveries certifikovaných hodnot v CRM i spike recoveries v Soil A a v reálném sedimentu byly obecně v rámci ±10 %, což odpovídá požadavkům EPA 6020B. Některé vysoké koncentrace v analytických matricích mohou narušit interpretaci spike recovery, ale celkově byla přesnost velmi dobrá.

Přínosy a praktické využití metody

• Eliminace nebo omezení kroků filtrace digesátů šetří čas, spotřební materiál a snižuje provozní náklady.
• Mira Mist + in‑line filtr minimalizují riziko ucpání nebulizéru a dalších komponent vzorkovací cesty, zvyšují provozuschopnost a snižují prostoje.
• Air cell mode využívá kyslík ze vzduchu namísto O2 lahví, čímž se snižují provozní náklady a logistické nároky.
• Vysoká citlivost a efektivní odstraňování interferencí (AHM a Air cell) umožňují spolehlivou kvantifikaci prvků od major až po trace hladiny v komplexních matricích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další integrace automatizace přípravy vzorku a online standardizace pro zvýšení průchodnosti v rutinních environmentálních laboratořích.
• Rozšíření aplikace na ještě náročnější matrice nebo doplnění o HF digesci tam, kde je nezbytné úplné rozložení minerálů (za cenu vyšších bezpečnostních opatření).
• Vývoj robustnějších nebulizérů a filtrů pro ještě vyšší TDS a větší obsah pevných částic, čímž by se ještě více eliminovala potřeba manuální filtrace.
• Využití Air cell principu a DCS v dalších oblastech, kde jsou kritické doubly charged a oxide interferences.

Závěr

Konfigurace Agilent 9500 ICP‑QQQ s Mira Mist nebulizérem a in‑line 120 µm filtrem umožnila analýzu sedimentních digesátů připravených bez HF s vysokou citlivostí, přesností a dlouhodobou stabilitou. Metoda splnila požadavky EPA 6020B na LOD, přesnost CRM a stabilitu QC, a navíc výrazně zjednodušila workflow díky omezení potřeby filtrace. Celkově byla prokázána robustnost a provozní výhody pro rutinní environmentální monitoring.

Reference

1. U.S. EPA. Method 6020B (SW-846): Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry, Revision 2, 2014.
2. Kubota, T. Fast and Reliable Analysis of Soil and Sediments using ICP-MS with an Innovative Cell, Agilent publication, 5994-9128EN.
3. Agilent. Dual-Cell System (DCS) and Advanced Helium Mode (AHM), Agilent publication, 5994-8985EN.
4. Agilent. Air Cell Mode of Agilent 9500 ICP-QQQ with Dual-Cell System, Agilent publication, 5994-8987EN.
5. Sugiyama, N. Solving Doubly Charged Ion Interferences using an Agilent 8900 ICP-QQQ, Agilent publication, 5994-1155EN.