L evoluzione tecnologica nelle analisi elementari: da ICP-MS singolo a ICP MS triplo quadrupolo

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1 L evoluzione tecnologica nelle analisi elementari: da ICP-MS singolo a ICP MS triplo quadrupolo Marco De Santis Milano, 23 Giugno 2017 The world leader in serving science

2 2 Application areas

3 icap RQ: ICP-MS a singolo Quadrupolo SEM for improved life time Interface with innovative skimmer cone Quadrupole Collision cell (QCell) RF generator without plasma shield RAPID Lens A novel 90 deflection for removal of neutral gas molecules Torch design for easy handling 3

4 Semplicità e Produttività in ICP-MS Come eliminare le interferenze Quale modalità di misura utilizzare Per quali analiti Misure di matrici complesse 4

5 Interferenze Cosa sono? Ar, Aria (O, N) H 2 O, Ca, Na, K, Mg, Cl, etc Reagenti 5

6 Interferenze Cosa sono? Ar, Aria (O, N) ArAr, ArO, ArN, ArC, ArH, ArCa, ArNa, ArK, ArMg, ArCl, ClO, NO, CO, CaO, NaO, etc H 2 O, Ca, Na, K, Mg, Cl, etc Prodotti Reazione Interferenze Reagenti 6

7 Cella di reazione e collisione il fascio di ioni viene fatto collidere con gas inerte o reattivo. Queste collisioni causano dei fenomeni chimico fisici che alterano la natura stessa del fascio ionico Rimuove o abbatte le interferenze. La sfida è: Massima trasmissione dell analita al quadrupolo Massimo abbattimento dell interferenza + + Quad

8 Rimozione Interferenze QCell He KED Target Analyte 75 As + Comprehensive Interference Removal KED = Kinetic Energy Discrimination QCell in He KED elimina le interferenze poliatomiche Alta trasmissione consente l analisi di masse basse in KED mode Una sola modalità di acquisizione per tutti gli analiti Quadrupole set to filter out exact mass of target analyte e.g. 75 As + ArCl +, Ca(OH) 2 H + Quadrupole isolates ions wanted for measurement He KED filters out unwanted polyatomic interferences, based on difference in cross-sectional size of the analyte and polyatomic Complex Matrix 8

9 Rimozione Interferenze QCell Low Mass Cut-off Il Flatapole applica automaticamente il Low Mass Cut Off (LMCO) a seconda dell analita target Anal LMCO Interferences Precursors Target Analyte 75 As + Comprehensive Interference Removal 51 V Cl 16 O, 37 Cl 14 N, 34 S 16 OH H, N, O, S, Cl 56 Fe Ar 16 O, 40 Ca 16 O O, Ar, Ca 63 Cu Ar 23 Na, 12 C 16 O 35 Cl, 31 P 32 S 75 As Ar 35 Cl, 40 Ca 35 Cl, 40 Ar 34 SH, 37 Cl 2 H C, N, O, Na, P, S, Cl, Ar H, S, Cl, Ca, Ar QCell (collision cell) flatapole design Quadrupole set to filter out exact mass of target analyte e.g. 75 As + 40 Ar +, 40 Ca +, 35 Cl +, 16 O +, 1 H + Quadrupole isolates ions wanted for measurement Low mass cut off filters out unwanted precursor ions; ions are then unable to recombine later in the QCell and backgrounds are reduced further than KED alone Complex Matrix 9

10 Rimozione Interferenze QCell Low Mass Cut-off Il Flatapole applica automaticamente il Low Mass Cut Off (LMCO) a seconda dell analita target Anal LMCO Interferences Precursors 51 V Cl 16 O, 37 Cl 14 N, 34 S 16 OH H, N, O, S, Cl 56 Fe Ar 16 O, 40 Ca 16 O O, Ar, Ca 63 Cu Ar 23 Na, 12 C 16 O 35 Cl, 31 P 32 S 75 As Ar 35 Cl, 40 Ca 35 Cl, 40 Ar 34 SH, 37 Cl 2 H C, N, O, Na, P, S, Cl, Ar H, S, Cl, Ca, Ar Tutti i precursori che contribuiscono alle interferenze sono eliminati Sistema semplice ed efficace per la rimozione delle intereferenze Target Analyte 75 As + Complex Matrix Quadrupole set to filter out exact mass of target analyte e.g. 75 As + 40 Ar +, 40 Ca +, 35 Cl +, 16 O +, 1 H + Comprehensive Interference Removal Quadrupole isolates ions wanted for measurement Low mass cut off filters out unwanted precursor ions; ions are then unable to recombine later in the QCell and backgrounds are reduced further than KED alone 10

11 Cella di Collisione e Reazione 75As He 75ArCl 75 CaCl As Cl Ar Cl Ca Q-Cell: GUIDA IONICA + FILTRO DI MASSA Dinamico Taglio m\z 47 CONTROLLO DELLA POPOLAZIONE IONICA CON TAGLIO AUTOMATICO delle specie NON TARGET 11

12 STD mode Vs KED mode Calibration curve for 75 As in a solution containing 1.2% v/v HCl STD mode: Polyatomic interference leads to poor IDL and elevated BEC KED mode: Polyatomic interference removed - IDL below 5 ppt 12

13 Matrici Complesse US EPA 6020 for Waste Water/Solid Waste 4.5 mm insert US EPA Method 6020 Bianco & Calibrazione di 28 Analiti QC check iniziali: ICV, ICB, LFB, QCS QC check: CCB, CCV Time/hours Standard Interni - 6 Li, 45 Sc, 71 Ga, 89 Y, 115 In e 159 Tb Acqua di rubinetto ppm Ca (Waste Water/digested solid waste) 13

14 14 ICP-MS Triplo Quadrupolo

15 Differenze tra SQ e TQ icap RQ ICP-MS icap TQ ICP-MS Reale Q1 come filtro di massa prima della cella 15

16 Matrice Filtrata a 5 livelli FILTRO LIVELLO 5 Q3: SOLO I PRODOTTI DI REAZIONE FILTRO LIVELLO 3 Q1: SOLO IONI TARGET FILTRO LIVELLO 4 Q2: CELLA DI COLLISIONE E REAZIONE FILTRO LIVELLO 2: RAPID a 90 FILTRO LIVELLO 1: INSERTO 16

17 Triplo Quad quando è indispensabile? Quando la mia matrice è molto complessa! Alte concentrazioni di un determinato elemento possono generare INTERFERENZE AGGIUNTIVE che normalmente non sarebbero significative 17

18 Analisi accurata di Arsenico e Selenio in Terre Rare Single Quad ICP-MS: KED Interferenze da M Nd +, 150 Sm + 75 As Nd 2+, 150 Sm

19 Analisi accurata di Arsenico e Selenio in Terre Rare Single Quad ICP-MS: KED Interferenze da M 2+ Soluzione: Reazione con O 2: mass shift As e Se 75 As + 91 AsO Nd 2+, 150 Sm

20 Analisi accurata di Arsenico e Selenio in Terre Rare Single Quad ICP-MS: KED Interferenze da M 2+ Soluzione: Reazione con O 2: mass shift As e Se Altre interferenze: 91 Zr +, 94,96 Mo +, se presenti nel campione 75 As + 91 AsO Nd 2+, 150 Sm Zr

21 icap TQ ICP-MS es. 75As 91 [AsO] + Q3 isola solo il prodotto di reazione AsO (m/z 91) proveniente da Q2 59 Co 16 O +, 150 Sm ++ Q3 : ISOLA SOLO I PRODOTTI DI REAZIONE [AsO] E RIMUOVE OGNI RESIDUA INTERFERENZA Q2 reazione (O 2 ) totalmente controllata 75 As + 91 [AsO] + Q2 : OTTIMALE CONDIZIONE DI REAZIONE CON O 2 : Isobari di m75 (es CoO e Sm 2+ ) non reagiscono con Ossigeno Q1 filtra SOLO (m/z 75) 59 Co +, 91 Zr + Q1 : FILTRA TUTTI GLI IONI UNTARGET COMPRESI GLI IONI PARENTS 59Co (75-16) e 91Zr(75+16) 75 As + 21

22 Come eliminare la complessità di un ICP-MS Triplo Quadrupolo Analita Reaction Finder per il software Qtegra Sviluppo metodo semplificato Gas 1. Selezionare Elemento/Isotopo di interesse M + Ione Prodotto 2. Reaction Finder propone la migliore combinazione gas/scan setting Risultato Facilità di utilizzo di un ICP-MS Triplo Quadrupolo 22

23 Applicazioni Analisi ambientali As, Se Ricerca Clinica - Ti Applicazioni avanzate Metallurgia 23 Speciazione Laser Ablation Nanoparticelle

24 La Potenza della Tecnologia Triplo Quadrupolo Impurezze in leghe base Ni As in Vitamina B12 (alta concentrazione Co) Cd in presenza di alta concentrazione di Mo P, Ti in matrice di Si Ti in campioni clinici As, Se in campioni contenenti elementi delle terre rare S, P in acciai o leghe con alte concentrazioni di Fe Analisi di nanoparticelle 24

25 Applicazioni in ICP-MS Liquid Chromatography Field Flow Fractionation Gas Exchange Device Laser Ablation 25

26 Speciazione La colonna cromatografica separa le specie metalliche (es CrIII e CrVI) Il campionatore inietta il campione ICP-MS rileva la specie Il software comanda interamente il sistema 26

27 Speciazione Cromo in acque naturali Anion exchange: Dionex AG7 (2x50mm) Eluizione isocratica: 0,4 mol/l HNO 3 Flusso: 0,4 ml/min Volume iniezione: 20 µl From: AN43098_E 03/12C 27

28 Grazie!!! Marco De Santis