Fast and Reliable Analysis of Soil and Sediments using ICP-MS with an Innovative Cell

Význam tématu

Analýza stopových prvků v půdách a sedimentech je klíčová pro environmentální monitoring, posuzování kontaminace a dodržování legislativních norem. Metoda ICP-MS nabízí vysokou citlivost a multi-prvkovou schopnost, avšak vyžaduje efektivní potlačení spektrálních interferencí a odolnost vůči vysoce matricovým vzorkům. Inovace v oblasti buněk s reakcí/kolizí (Dual-Cell System) a nových provozních režimů mohou zásadně zjednodušit workflow, zkrátit dobu analýzy a zlepšit detekční limity, což má přímý dopad na produktivitu rutinních laboratoří.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo ověřit provozní vlastnosti Agilent 9500 ICP-QQQ vybaveného Dual-Cell System (DCS) a volitelného automatického dávkovače AVS MS pro rutinní, vysoce propustnou analýzu půd a sedimentů v souladu s EPA Method 6020B. Studie hodnotila detekční limity, přesnost (recovry CRMs a ICV), stabilitu signálu během dlouhých sekvencí a schopnost odstraňovat polyatomové a dvojnásobně ionizované (M2+) interference s využitím nových režimů Advanced Helium Mode (AHM) a Air cell mode.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika zahrnovala přípravu standardů, blanků, CCV/ICV a opakované analýzy pěti certifikovaných referenčních materiálů (NIST 1643f, River Sediment A/B, Soil A/B). Vzorky byly předem rozpuštěné nebo naředěné v matrici 1 % HNO3 + 0,5 % HCl; do průtoku byl online doplňován interní standard (Sc, Ge, Rh, In, Tb, Lu) pomocí sedmého portu AVS MS.

Klíčové provozní postupy a parametry:

• Krátké integrační časy pro většinu izotopů (řádově 0.1–1 s) pro zvýšení propustnosti.
• Využití UHMI (Ultra High Matrix Introduction) pro zvýšení tolerance na vysoké koncentrace matrice a snížení depozice.
• Řízené dávkování interního standardu online přes AVS MS pro konzistentní kompensaci potlačení signálu.
• AHM jako univerzální režim nahrazující no-gas, běžný He a vysokou energii He; Air cell mode pro oxygenové mass-shifty a potlačení M2+ interferencí.

Použitá instrumentace

Hlavní přístrojové vybavení použité ve studii:

• Agilent 9500 ICP-QQQ s Dual-Cell System (DCS)
• Ultra High Matrix Introduction (UHMI)
• Agilent AVS MS diskrétní vzorkovač s vysokorychlostním pístovým čerpadlem, integrován s autosamplery SPS 4/6
• Niklové (Ni) vstupní a výstupní konusy, MicroMist nebulizér a kvartzový úvodní systém
• Připravené kalibrační a kontrolní standardy Agilent; matrice 1 % HNO3 + 0,5 % HCl

Hlavní výsledky a diskuse

Hlavní zjištění studie shrnují následující body:

• Detekční limity (LOD) pro většinu stopových prvků dosahovaly nízkých hodnot ng/L (ppt). Příklady: 7Li ~0.0013 µg/L (1.3 ng/L), 9Be ~0.0006 µg/L, Se v AHM ~0.0057 µg/L. Pro draselné pozadí Air cell mode snížil LOD K z ~0.97 µg/L (AHM) na ~0.029 µg/L (Air).
• AHM poskytuje vysokou citlivost i pro nízkomasové prvky, čímž eliminuje potřebu přepínání mezi více plynovými režimy a zjednodušuje metodiku.
• Air cell mode využívá reaktivní kyslík (z laboratorního vzduchu) k realizaci mass-shift reakcí (např. As → AsO), čímž výrazně snižuje pozadí a zlepšuje DL u kyslíkem reaktivních prvků; současně umožňuje efektivní odstranění M2+ interferencí (např. 88Sr2+ na 44Ca+).
• Přesnost a opakovatelnost: ICV a CCV výsledky byly v rámci ±10 % podle požadavků EPA 6020B; CRMs (n=18 opakování) měly většinu certifikovaných prvků v rozmezí ±10 % vůči deklarovaným hodnotám.
• Stabilita během provozu: Analýza 180 vzorků a 38 QC během ~8 hodin prokázala stabilní interní standardy (ISTD recoveries >70 %) a minimální drift, což svědčí o vysoké odolnosti plazmatu a účinné aerosolové ředicí strategii UHMI.
• Matrix spike a M2+ testy: Spike recoveries a RPD mezi dvojicemi MS/MSD byly typicky <3.5 %; Air cell mode vrátil přesné recoveries Ca, As a Se i v přítomnosti silných M2+ interferentů (Sr, Nd/Sm, Gd/Dy).

Přínosy a praktické využití metody

Praktické přínosy zavedení 9500 ICP-QQQ s DCS a AVS MS pro rutinní laboratoře:

• Zjednodušení pracovních postupů díky AHM, které nahrazuje více plynů a režimů, snižuje chybovost obsluhy.
• Vyšší propustnost díky kratším integračním časům a automatizovanému vzorkování (příklad: ~122 s mezi vzorky při konfiguraci AVS MS).
• Snížení provozních nákladů a logistické zátěže díky použití Air cell mode bez potřeby plynové láhve O2.
• Vylepšená schopnost měřit nízkomasové prvky a potlačit M2+ interference, což rozšiřuje použití na matice s vysokým obsahem Sr a REE.
• Shoda s metodou EPA 6020B, tedy vhodnost pro regulované monitorovací programy a akreditaci.

Budoucí trendy a možnosti využití

Možné směry dalšího rozvoje a aplikací této technologie:

• Širší adopce DCS/AHM v rutinních environmentálních laboratořích pro zjednodušené workflow a zvýšenou propustnost.
• Další integrace s automatizovanými systémy přípravy vzorků a LIMS pro plně sledovatelné a efektivní provozy.
• Rozšíření aplikací do dalších matric (biota, potraviny, odpadní vody) s přizpůsobením UHMI a režimů buňky.
• Vývoj pokročilých algoritmů pro automatickou identifikaci a korekci spektrálních interferencí, případně využití strojového učení pro optimalizaci provozních podmínek.
• Snížení závislosti na plynulých spotřebních médiích díky režimům využívajícím laboratorní vzduch (Air cell).

Závěr

Studie prokázala, že Agilent 9500 ICP-QQQ s Dual-Cell System a AVS MS je vysoce vhodná pro rychlou a spolehlivou analýzu půd a sedimentů. Nové režimy AHM a Air cell umožňují účinné potlačení polyatomových i M2+ interferencí, zlepšují detekční limity a současně zjednodušují rutinní provoz. Výsledky ukazují dobrou souladnost s požadavky EPA Method 6020B, vysokou reprodukovatelnost a stabilitu během dlouhých sekvencí, což potvrzuje vhodnost řešení pro akreditované environmentální laboratoře se zaměřením na vysokou propustnost.

Reference

1. U.S. EPA. 2014. Method 6020B (SW-846): Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry, Revision 2.
2. Agilent Technologies. Dual-Cell System (DCS) and Advanced Helium Mode (AHM), publikace Agilent, 5994-8985EN.
3. Agilent Technologies. Air Cell Mode of the Agilent 9500 ICP-QQQ with Dual-Cell System, publikace Agilent, 5994-8987EN.
4. Sugiyama N. Solving Doubly Charged Ion Interferences using an Agilent 8900 ICP-QQQ, Agilent publikace 5994-1155EN.