Плазменная спектрохимия. Теория и практика
ПЛАЗМЕННАЯ СПЕКТРОХИМИЯ
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
1. Введение
5. Индуктивно-связанная плазма (ИСП)
6. Оптико-эмиссионная спектроскопия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-ОЭС)
6.1 Калибровка
6.2 Стандартизация
6.3 Методика
7. Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС)
7.1 Калибровка
7.2 Стандартизация
7.3 Методика
8. Глоссарий
1. Введение
Цель настоящей главы заключается в предоставлении общего обзора основных принципов, оборудования и применения оптико-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-ОЭС) и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС). Глоссарий находится в конце главы.
2. Подготовка образцов
Подготовка образцов имеет решающее значение для успешного проведения анализа с индуктивно-связанной плазмой и является первым шагом в выполнении ИСП-ОЭС или ИСП-МС. Анализы с индуктивно-связанной плазмой в значительной степени зависят от переноса образца в плазму, и поскольку ИСП-ОЭС и ИСП-МС используют одну и ту же систему введения образца, способы подготовки образцов могут быть применимы к любому из методов. Наиболее распространенным способом введения образцов в плазму является распыление раствора (в этом случае твёрдые образцы необходимо растворить). Образцы могут быть растворены в любом подходящем растворителе. Предпочтительнее использовать водные или разбавленные растворы азотной кислоты, поскольку эти растворители обеспечивают минимальную интерференцию по сравнению с другими возможными вариантами. Для растворения образца могут быть использованы перекись водорода, хлористоводородная, серная, перхлорная кислоты, комбинации кислот или их различные концентрации. Можно использовать разбавленную фтористоводородную кислоту, но при её использовании необходимо соблюдать предельную осторожность, чтобы обеспечить безопасность лаборанта и защитить детали системы введения образца, в частности: трубка для перистальтического насоса, распылитель, распылительная камера и наконечник внутренней горелки должны быть изготовлены из материалов, устойчивых к фтористоводородной кислоте. Для защиты лаборанта также должен соблюдаться надлежащий уровень техники безопасности. Кроме того, могут быть использованы альтернативные способы растворения образца. К ним, в частности, относятся: использование разбавленных оснований, разбавленных или неразбавленных органических растворителей, комбинаций кислот или оснований, а также комбинаций органических растворителей или любого растворителя, совместимого с деталями оборудования.
Когда образцы вводятся в плазму посредством распыления раствора, важно учитывать потенциальное влияние матрицы и интерференции (взаимодействие между присутствующими веществами), которые могут возникнуть из-за растворителя. В тех случаях, когда точность и прецизионность не отвечают требованиям, для анализов ИСП-ОЭС и ИСП-МС следует применять соответствующий внутренний стандарт и/или сопоставление стандартной матрицы с образцами. В случае анализа ИСП-МС использование внутреннего стандарта следует рассматривать скорее как правило, чем как исключение. Так или иначе при выборе соответствующего внутреннего стандарта следует учитывать исследуемое вещество, энергию ионизации, длины волн или массы и свойства матрицы образца.
Если образец не растворим ни в одном приемлемом растворителе, можно использовать различные методы расщепления (расщепление на нагревательной пластине или с помощью СВЧ излучения). Решение относительно типа используемого метода расщепления зависит от свойств образца и исследуемых веществ.
При выполнении ИСП-МС используют кислоты, основания и перекись водорода сверхвысокой степени чистоты. Деионизированная вода должна быть не менее 18 МОм. Перед анализом разбавители проверяют на наличие примесей. Поскольку не всегда возможно получить органические растворители, не содержащие металлов, используют органические растворители наивысшего качества. Для анализа летучих металлов, например, селена и ртути, расщепление образца в системе открытого типа обычно не рекомендуется. Пригодность метода расщепления, будь то система открытого или закрытого типа, должна быть подтверждена испытаниями по степени извлечения, чтобы убедиться, что в пределах допустимого отклонения летучие металлы не испарились во время подготовки образца. Кроме того, может потребоваться извлечение исследуемого аналита(ов), если образец не полностью растворился. В этом случае пригодность экстракта должна быть доказана с помощью метода «введено-найдено».
При анализах ИСП-ОЭС и ИСП-МС важно учитывать тип и материал изготовления лабораторной посуды, а также способ её предварительной обработки и очистки. Материал должен быть инертным и, в зависимости от конкретного применения, устойчивым к воздействию щелочных растворов, кислот и /или органических растворителей. При проведении некоторых испытаний необходимо проявлять должную тщательность, чтобы предотвратить абсорбцию исследуемых веществ на поверхности сосуда, особенно в ультраследовых анализах. Контаминация испытуемых растворов присутствующими в контейнере металлами или ионами может привести к неточным результатам.
Использование мерных колб, которые не сертифицированы на соответствие класса точности А, допустимо, если экспериментально доказано, что линейность, точность и прецизионность метода отвечают данной цели.
3. Введение образцов
Существует два способа введения образца в распылитель: с помощью перистальтического насоса или режима самораспыления. Перистальтический насос предпочтителен и служит для обеспечения того, чтобы скорость потока образца и стандартного раствора в распылителе была одинаковой независимо от вязкости образца. Установка скорости перистальтического насоса должна оставаться постоянной на протяжении всего анализа в течение того времени, когда прибором снимаются показания. В некоторых случаях, когда перистальтический насос не требуется, можно использовать режим самораспыления.
Цель распылителя состоит в преобразовании очень маленьких капель образца в мелкодисперсный туман. Существует широкий выбор типов распылителей – пневматические (концентрические и поперечные), решётчатые и ультразвуковые. Также доступны микрораспылители, высокоэффективные и высокоэффективные с прямым вводом распылители и распылители с вводом образца в поток. При выборе распылителя для конкретного анализа следует учитывать матрицу образца, исследуемое вещество и требуемую чувствительность. Некоторые распылители лучше подходят для использования с вязкими растворами или растворами, содержащими высокую концентрацию растворенных твердых частиц, тогда как другие лучше подходят для использования с органическими растворами.
Следует отметить, что самораспыление жидкости обусловлено эффектом Бернулли (или Вентури). Не все виды распылителей будут поддерживать режим самораспыления. Например, для самораспыления раствора необходимо использование концентрического распылителя.
Как только образец выходит из распылителя в виде аэрозоля, он попадает в распылительную камеру, которая предназначена для впуска в плазму только мельчайших капель испытуемого раствора. В результате, как правило, только 1-2 % аэрозоля образца достигает ИСП, хотя были разработаны некоторые специальные распылители, которые позволяют практически всему аэрозолю образца попасть в ИСП.
Как и в случае распылителей, имеется более одного типа распылительной камеры при анализах ИСП-ОЭС и ИСП-МС. В качестве примеров можно привести двухпроходную распылительную камеру Скотта и циклонные распылительные камеры различных конфигураций. Распылительная камера должна быть совместима с образцом и растворителем и должна уравновешиваться и промываться за максимально короткое время. При выборе распылительной камеры следует учитывать свойства матрицы образца, распылитель, требуемую чувствительность и исследуемое вещество. Газовая и жидкостная хроматографические системы могут сочетаться с ИСП-ОЭС и ИСП-МС для разделения молекулярного или ионного состава или других режимов разделения химических веществ, основанных на излучении элементов или масс-спектрометрии.
В конечном счёте выбор оборудования для введения образцов должен быть подтвержден экспериментально для обеспечения надлежащей специфичности, чувствительности, линейности, точности и прецизионности для предстоящего анализа.
В дополнение к распылению раствора можно анализировать твердые образцы непосредственно с помощью лазерной абляции (ЛА). В таких случаях образец поступает в горелку в виде аэрозоля твёрдых частиц. ЛА-ИСП-ОЭС и ЛА-ИСП-МС лучше подходят для качественного анализа фармацевтических соединений из-за сложности в получении соответствующих стандартных образцов. Тем не менее возможен и количественный анализ, если с помощью надлежащей валидации метода можно продемонстрировать, что имеющиеся стандартные образцы являются приемлемыми (1).
4. Стандартный раствор
При приготовлении рабочих стандартных растворов могут быть использованы одноэлементные или многоэлементные стандартные растворы, концентрации которых соответствуют первичным стандартным образцам (например, образцам Национального института стандартов и технологии, NIST). В качестве альтернативы стандартные растворы элементов могут быть точно приготовлены из эталонных веществ, и их концентрации могут быть определены независимо друг от друга. Рабочие стандартные растворы, особенно те, которые используются для ультраследовых анализов, могут иметь ограниченный срок хранения в зависимости от исследуемого вещества, типа контейнера для хранения, концентрации раствора и условий хранения. Как правило, рабочие стандартные растворы с концентрациями менее 10 ppm (масса/объём) следует хранить в течение не более 24 ч, если только стабильность не будет подтверждена экспериментально. Выбор стандартной матрицы имеет решающее значение при приготовлении стандартных растворов элементов. Для определения точности метода испытания по степени извлечения должны проводиться с определенными матрицами образца. Если эффекты матрицы образца вызывают чрезмерные погрешности, то стандартные образцы, холостые и испытуемые растворы должны быть, по возможности, согласованы с матрицей для минимизации интерференции.
В тех случаях, когда совмещение матриц невозможно, для ИСП-ОЭС или ИСП-МС следует использовать соответствующий внутренний стандарт или метод добавления стандарта. Метод добавления стандарта может быть необходим даже при использовании совместимых с матрицей растворов и внутренних стандартов. В любом случае при выборе соответствующего внутреннего стандарта следует учитывать испытуемые вещества, их ионизацию и энергию возбуждения, химические процессы, длины волн или массу и свойства матрицы образца. В конечном счёте выбор внутреннего стандарта должен быть подтвержден экспериментально для обеспечения надлежащей специфичности, чувствительности, линейности, точности и прецизионности для предстоящего анализа.
Метод добавления стандарта подразумевает прибавление известной концентрации определяемого элемента к образцу не менее чем на двух уровнях концентрации, включая приготовление образца без добавленного вещества. Спектральный сигнал отображается в зависимости от концентрации добавленного определяемого элемента, и через точки данных проводится линия линейной регрессии. Абсолютная величина отрезка, отсекаемого на оси X, умноженная на любой коэффициент разведения, представляет собой концентрацию анализируемого вещества в образце.
Оптимизация метода ИСП-ОЭС или ИСП-МС также сильно зависит от параметров плазмы и способа введения образца. Для обеспечения наилучшего сигнала могут быть оптимизированы мощность прямой волны, интенсивность газового потока и положение горелки. Выбор длин волн или изотопов должен быть тщательно продуман. Наличие растворенного углерода в небольших концентрациях в водных растворах усиливает ионизацию селена и мышьяка в индуктивно-связанной плазме аргона. Это явление часто приводит к положительному смещению измерений количественного определения селена и мышьяка в ИСП-ОЭС и ИСП-МС, которое может быть исправлено с помощью метода добавления стандарта или путем прибавления малого процента углерода (например, химически чистой ледяной уксусной кислоты) к стандартной линейности.
5. Индуктивно-связанная плазма (ИСП)
Детали, составляющие источник возбуждения ИСП, включают в себя подвод газообразного аргона, горелку, высокочастотную индукционную катушку, устройство для согласования полных сопротивлений и ВЧ-генератор. Газообразный аргон почти повсеместно используется в ИСП. Плазменная горелка состоит из трех концентрических труб, обозначенных как внутренняя, промежуточная и внешняя трубки. Промежуточные и внешние трубки почти всегда выполнены из кварца. Внутренняя трубка может быть изготовлена из кварца или окиси алюминия, если анализ проводится с растворами, содержащими фтористоводородную кислоту. Газовый поток распылителя переносит аэрозоль испытуемого раствора во внутреннюю трубку горелки и через нее – в плазму. Промежуточная трубка подаёт промежуточный (иногда упоминаемый как вспомогательный) газ. Поток промежуточного газа помогает поднять плазму с внутренней и промежуточной трубок, чтобы предотвратить их плавление и осаждение углерода и солей на внутренней трубке. Внешняя трубка подаёт внешний (иногда называемый плазмой или теплоносителем) газ, который используется для создания и поддержания тороидальной плазмы. Тангенциальный поток газового теплоносителя через горелку сжимает плазму и препятствует расширению ИСП для заполнения внешней трубки, предотвращая плавление горелки.
ВЧ-индукционная катушка, также называемая индуктором электронагревателя, обводит горелку и создаёт переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, производит колебательный ток в ионах и электронах, образующихся в аргоне. Устройство для согласования полных сопротивлений обеспечивает эффективную подачу электромагнитной энергии от генератора к индуктору электронагревателя. Устройство может быть как активного, так и пассивного типа. Блок согласования активного типа регулирует сопротивление ВЧ-мощности с помощью ёмкостной цепи, тогда как пассивный тип регулирует сопротивление непосредственно через цепь генератора. Внутри индуктора электронагревателя ВЧ-генератора передача энергии между катушкой и аргоном создает самоподдерживающуюся плазму. Столкновения ионов и электронов, выделяющихся из аргона, ионизируют и возбуждают атомы исследуемого вещества в высокотемпературной плазме. Плазма формируется с температурой 6000-10000 К, поэтому большинство ковалентных связей и взаимодействия анализируемого вещества с анализируемым веществом исключаются.
6. Оптико-эмиссионная спектроскопия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-ОЭС)
При ИСП может использоваться оптическая или масс-спектральная система детектирования. В первом случае (ИСП-ОЭС) детектирование достигается при длине волны излучения исследуемого вещества. За счёт различий в технологии существует большое разнообразие систем ИСП-ОЭС, каждая из которых имеет свои возможности, а также свои преимущества и недостатки. Системы одновременного детектирования способны анализировать несколько элементов одновременно, тем самым сокращая время анализа и улучшая коррекцию фона. Для выполнения анализа последовательные системы перемещаются от одной длины волны к другой (иногда называемые поворотными) и часто предоставляют большее количество вариантов анализа для выбора.
В современных приборах в качестве средств детектирования обычно используются матричные детекторы. Матричные детекторы, включая устройства с зарядовой связью и с инжекцией заряда, оборудованы детекторами, помещенными на микросхеме, что позволяет сочетать преимущества как одновременных, так и последовательных систем. Эти типы устройств детектирования используются в самых мощных спектрометрах, обеспечивающих ускоренный анализ и широкий выбор вариантов анализа. Некоторые приборы могут использовать для детектирования фотоэлектронные умножители (ФЭУ). ФЭУ лучше всего подходят для одновременного анализа. Однако использование ФЭУ быстро идет на убыль, и чаще всего встречаются матричные детекторы.
ИСП можно рассматривать в аксиальной или радиальной (поперечной) моде. В плазме с аксиальным обзором горелка обычно расположена горизонтально концом вперёд, тогда как в плазме с радиальным обзором она располагается вертикально и сбоку. Аксиальный обзор плазмы может обеспечить более высокое соотношение сигнал/шум (лучшие пределы детектирования и прецизионность). Однако, это также влечет за собой большие матричные и спектральные помехи. Плазма с аксиальным обзором обычно требует использования сдувающего газа, который эффективно удаляет холодный «хвост» плазмы, что позволяет минимизировать эффекты самоабсорбции. Методы, валидированные на приборе с радиальной конфигурацией, не могут быть полностью перенесены на прибор с аксиальной конфигурацией, и наоборот.
Кроме того, доступны системы контрольно-измерительной аппаратуры с двухсторонним отображением, позволяющие воспользоваться преимуществами любой конфигурации горелки. Выбор оптимальной конфигурации горелки будет зависеть от матрицы образца, исследуемого вещества, аналитической длины волны, стоимости и типа приборного оснащения и требуемой чувствительности.
Независимо от конфигурации горелки или типа детектора, ИСП-ОЭС – это метод, обеспечивающий качественное и/или количественное измерение оптического излучения возбужденных атомов или ионов на определенных длинах волн. Эти измерения затем используются для определения концентрации исследуемого вещества в указанном образце. При возбуждении атом или ионизированный атом испускает разные частоты света, которые характерны для определённого энергетического перехода, допустимого для конкретного элемента. Интенсивность светового излучения, как правило, пропорциональна концентрации испытуемого вещества. Необходимо скорректировать фоновое излучение плазмы. Измерения концентрации образца обычно проводятся по рабочей кривой известных стандартных образцов в исследуемом диапазоне концентраций. Однако в некоторых случаях, например, при испытаниях на предельное содержание, можно выполнить калибровку по одной точке, если метод был валидирован на специфичность, чувствительность, линейность, точность, прецизионность, устойчивость к изменению внешних параметров и робастность.
Поскольку существуют различные переходы между уровнями энергии атома, и концентрация атомов в ИСП довольно низка, линии спектра излучения имеют узкую ширину полосы пропускания. Однако, поскольку спектры испускания ИСП содержат много линий, и «крылья» этих линий перекрываются, создавая почти непрерывный фон поверх сплошного спектра, возникающего в результате перестройки ионов аргона с электронами, в ИСП-ОЭС требуется спектрометр высокого разрешения.
Решение о том, какую спектральную линию измерять, должно включать оценку потенциальных спектральных помех. Все атомы в образце возбуждаются одновременно. Однако наличие нескольких элементов в некоторых образцах может привести к наложению спектров. Спектральные помехи также могут быть вызваны фоновым излучением образца или плазмы. Современные ИСП обычно предусматривают коррекцию фона, и может быть применен ряд методов коррекции фона. Простая коррекция фона обычно включает измерение интенсивности фонового излучения на базовой линии от пика определяемого компонента и вычитание этого значения из итогового измеряемого сигнала. С некоторыми типами спектрометров ИСП-ОЭС для вычитания помехового сигнала коррекция фона также может быть выполнена с помощью математического моделирования. Одним из простых способов избежать спектральных помех является выбор аналитической линии, не содержащей помех, если это возможно.
Выбор спектральной аналитической линии имеет решающее значение для успешного проведения анализа ИСП-ОЭС, независимо от конфигурации горелки или типа детектора. Хотя некоторые длины волн являются предпочтительными, окончательный выбор должен быть сделан с учётом матрицы образца, типа используемого прибора или требуемой чувствительности. Лаборанты могут начать с длин волн, рекомендованных производителем конкретного прибора, и выбрать альтернативные длины волн на основе рекомендаций производителя или опубликованных таблиц длин волн (2, 3, 4, 5, 6). В конечном счёте выбор аналитических длин волн должен быть подтвержден экспериментально для обеспечения надлежащей специфичности, чувствительности, линейности, точности и прецизионности для предстоящего анализа.
Для обеспечения наилучшего сигнала могут быть оптимизированы падающая мощность, интенсивность газового потока, высота просмотра и положение горелки. Однако следует также иметь в виду, что эти же параметры могут влиять на матричные и спектральные помехи.
При анализе элементов I группы могут возникнуть некоторые трудности. Когда ионизированные атомы образуются из элементов этой группы, они принимают электронную конфигурацию благородного газа с соответственно более высокими ступенями энергией возбуждения. Поскольку первое возбужденное состояние этих ионов чрезвычайно высоко, интенсивность излучения соответственно низка. Эта ситуация может быть улучшена путем уменьшения дробной ионизации, которая, в свою очередь, может быть достигнута за счёт использования пониженных настроек мощности прямой волны в сочетании с регулируемой высотой просмотра или потоком газа-распылителя, либо путём прибавления подавителя ионизации к образцам или стандартным растворам.
В отличие от водных растворов при использовании органических растворителей часто необходим более высокий режим падающей мощности, более интенсивные промежуточные и внешние потоки газа и более низкий поток распылительного газа. Возможно, потребуется уменьшить скорость перистальтического насоса и заменить распылительную камеру. При использовании органических растворителей может потребоваться добавление небольшого количества кислорода в горелку для предотвращения накопления в ней углерода.
6.1 Калибровка
Точность установки длины волны при детектировании ИСП-ОЭС должна соответствовать применяемым стандартным процедурам производителя. В силу существенных различий между типами доступных приборов общей проверки пригодности системы не существует. Следует соблюдать процедуры калибровки, рекомендованные производителем конкретного оборудования для ИСП-ОЭС.
6.2 Стандартизация
Для количественного определения во время использования оборудование должно быть стандартизировано. Поскольку ИСП-ОЭС – это метод, который обычно считается линейным в диапазоне 6-8 порядков, не всегда необходимо постоянно демонстрировать линейность с помощью стандартной кривой, составленной из нескольких стандартных образцов. После того, как метод был разработан и повседневно используется, его можно калибровать с помощью холостого раствора и одного раствора стандартного образца. Для проведения испытаний на предельное содержание (а также других анализов производственных материалов и готовой продукции) подходит стандартизация по одной точке, если метод был валидирован для подтверждения достаточной специфичности, чувствительности, линейности, точности, прецизионности, устойчивости к изменению внешних параметров и робастности. Применение стандартизации по одной точке также приемлемо для качественного анализа ИСП-ОЭС, где целью испытания является подтверждение наличия или отсутствия элементов без количественного определения.
Следует испытать соответствующие холостой и стандартные растворы, которые охватывают ожидаемый диапазон концентраций образца, а показание детектора – графически изобразить как функцию в зависимости от концентрации исследуемого вещества, как в случае, когда концентрация известного компонента определяется в рамках заданного предела. График зависимости концентрации испытуемого вещества от известных концентраций компонентов обычно выполняется прибором автоматически.
Когда анализ выполняется в пределах детектирования, не всегда возможно использовать контрольный раствор. Отсутствие контрольного раствора допустимо при анализах, проводимых для подтверждения отсутствия или удаления элементов ниже заданного предела. Количество и концентрации используемых стандартных растворов должны основываться на целях количественного определения, исследуемом веществе, требуемой чувствительности и матрице образца. Для оценки линейности сигнала детектора должен использоваться регрессионный анализ стандартного графика, но отдельные монографии могут устанавливать иные критерии.
6.3 Методика
Определение параметров прибора должно осуществляться в соответствии с методикой, указанной в частной фармакопейной статье. Спецификация на окончательные параметры в фармакопейной статье не исключает использования других подходящих рабочих параметров, поэтому может потребоваться корректировка условий эксплуатации. Из-за различий в конфигурациях оборудования предлагаемые производителем стандартные условия могут использоваться и изменяться по мере необходимости. Альтернативные условия должны быть подкреплены соответствующими результатами валидации, но описанные в монографии условия будут иметь первостепенное значение для официальных целей. Данные, полученные в результате введения одного образца, рассматриваются как единый результат. Этот результат может быть средним значением данных, собранных из параллельных последовательных показаний введения одного стандартного или испытуемого раствора. Концентрации образца рассчитываются в зависимости от рабочей кривой, полученной путем построения графика показаний детектора в зависимости от концентрации исследуемого вещества в стандартных растворах, что часто рассчитывается непосредственно прибором.
7. Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС)
При анализе ИСП-МС исследуемые вещества обнаруживаются непосредственно по их атомным массам. Поскольку эти массы должны быть заряжены, чтобы быть обнаруженными в ИСП-МС, метод основан на способности источника плазмы как атомизировать, так и ионизировать компоненты образца. Как и в случае с ИСП-ОЭС, доступно большое разнообразие оборудования ИСП-МС.
Чаще всего в ИСП-МС используется квадрупольный масс-спектрометр. Кроме того, доступны секторно-фокусирующие масс-спектрометры с высокой разрешающей способностью и времяпролётные масс-спектрометры. Независимо от конструкции или конфигурации прибора, ИСП-МС обеспечивает качественное и количественное определение компонентов образца.
Ионы образуются из атомов исследуемого вещества при помощи плазмы, а затем извлекаются из плазмы при атмосферном давлении через пробоотборный конус в зону более низкого давления, обычно поддерживаемую при давлении около 1 торр. В этом процессе экстракции отобранный плазменный газ, в т.ч. молекулы исследуемого вещества, образуют сверхзвуковой пучок, который обуславливает многие свойства полученных ионов определяемого компонента. Конус скиммера, расположенный за пробоотборным конусом, «снимает» сверхзвуковой пучок ионов, когда они выходят из пробоотборного конуса. В заключение снятые ионы проходят через отверстие третьей ступени, чтобы войти в зону, находящуюся вблизи давления микроторра, где они сталкиваются с оптикой формирования ионных пучков и передаются в масс-спектрометр. Перепад давления помогает перемещать ионы в масс-спектрометр, который их разделяет в соответствии с отношением массы к заряду. ИСП-МС обеспечивает сканирование в области масс до 240 атомных единиц массы.
В зависимости от конфигурации оборудования аддукты исследуемого вещества могут образовываться с разбавителями, с аргоном или с продуктами их разложения. Также образуются оксиды и многозарядные ионы определяемого компонента, которые могут усложнить процесс получения масс-спектров. Помехи могут быть сведены к минимуму путем соответствующей оптимизации рабочих параметров, включая потоки газа (центральный, промежуточный и внешний), поток испытуемого раствора, ВЧ-мощность, напряжение экстрактора, или с помощью столкновительных или реакционных ячеек, либо режима низкотемпературной плазмы, если таковой предусмотрен оборудованием. Если лаборатория не производит или не исследует изотопы, которые не встречаются в природе, то для целей анализа лаборант может использовать список встречающихся в природе изотопов. Изотопное распределение также помогает определить и подтвердить элементы. Кроме того, можно использовать таблицы часто встречающихся помех и полиатомных спектральных наложений, а также поправочные коэффициенты, которые часто заранее запрограммированы в оборудование.
ИСП-МС, в отличие ИСП-ОЭС, обычно предлагает наилучшие пределы детектирования в силу невероятно низкого фонового шума. Эта способность является главным преимуществом ИСП-МС для определения очень низких концентраций исследуемого вещества или при необходимости устранения матричных помех. В последнем случае некоторые помехи можно избежать просто путем дополнительного разбавления испытуемого раствора. В отдельных случаях с использованием ИСП-МС исследуемые вещества могут быть обнаружены ниже уровня ppt. Как правило, ИСП-МС как метод требует, чтобы образцы содержали значительно меньше общего количества растворенных твердых веществ, чем ИСП-ОЭС.
Выбор массы для исследования имеет решающее значение для успешного проведения анализа ИСП-МС, независимо от конструкции прибора. Хотя некоторые массы часто считаются первичными в силу их высокой распространенности в природе, чаще используется альтернативная масса элемента во избежание спектральных наложений. Выбор массы для исследования должен зависеть от матрицы образца, типа используемого прибора и измеряемых концентраций. Аналитики могут начать с массы, рекомендованной производителем прибора, и выбрать альтернативные массы на основе рекомендаций производителя или опубликованных таблиц природных изотопов (7).
Оптимизация метода ИСП-МС также сильно зависит от параметров плазмы и способа введения образца. Для обеспечения наилучшего сигнала может быть оптимизирована падающая мощность, интенсивность газового потока и положение горелки. При использовании органических растворителей часто требуется более высокая мощность прямой волны и более низкая скорость потока распылителя, чем при использовании водных растворов. При использовании органических растворителей может потребоваться добавление небольшого количества кислорода в центральный или промежуточный газ для предотвращения накопления углерода в горелке или в отверстии пробоотборного конуса. Кроме того, для уменьшения износа конуса при взаимодействии с некоторыми органическими растворителями может потребоваться использование пробоотборного конуса или конуса скиммера с платиновыми наконечниками.
7.1 Калибровка
Точность масс-спектрометра при детектировании ИСП-МС должна соответствовать применяемым стандартным процедурам. В силу существенных различий между типами доступных приборов общей проверки пригодности системы не существует. Необходимо соблюдать руководства, рекомендованные производителем конкретного оборудования для ИСП-МС.
7.2 Стандартизация
Для количественного определения во время использования оборудование должно быть стандартизировано. Поскольку отклик (сигнал в зависимости от концентрации) ИСП-МС обычно считается линейным в диапазоне 6-8 порядков, не всегда необходимо постоянно демонстрировать линейность с помощью рабочей кривой. После того, как метод был разработан и повседневно используется, его можно калибровать с помощью холостого раствора и одного раствора стандартного образца. Для проведения испытаний на предельное содержание (а также других анализов производственных материалов и готовой продукции) подходит стандартизация по одной точке, если метод был валидирован для подтверждения достаточной специфичности, чувствительности, линейности, точности, прецизионности, устойчивости к изменению внешних параметров и робастности. Следует испытать соответствующие холостой и стандартные растворы, которые охватывают ожидаемый диапазон концентраций образца, а показание детектора – графически изобразить как функцию в зависимости от концентрации исследуемого вещества, что обычно выполняется самим прибором автоматически. Количество и концентрация используемых стандартных растворов должны основываться на исследуемом веществе, ожидаемых концентрациях и матрице образца и должны быть оставлены на усмотрение лаборанта.
Если ожидаемы или предполагаемы матричные помехи, следует применять метод добавления стандарта. Метод добавления стандарта подразумевает прибавление известной концентрации определяемого элемента к образцу не менее чем на двух уровнях концентрации. Спектральный сигнал строится в зависимости от концентрации добавленного элемента исследуемого вещества, и через точки данных проводится линия линейной регрессии. Абсолютная величина отрезка, отсекаемого на оси X, умноженная на любой коэффициент разведения, представляет собой концентрацию анализируемого вещества в образце. Во многих случаях прибор выполнит этот расчет автоматически после того, как будет запрограммирован на использование метода добавления стандарта.
7.3 Методика
Определение параметров прибора должно осуществляться в соответствии с методикой, указанной в частной фармакопейной статье. Спецификация на окончательные параметры в фармакопейной статье не исключает использования других подходящих рабочих параметров, поэтому может потребоваться корректировка условий эксплуатации. Альтернативные условия должны быть подкреплены соответствующими результатами валидации, но описанные в монографии условия будут иметь первостепенное значение для официальных целей. Из-за различий в конфигурациях оборудования предлагаемые производителем стандартные условия могут использоваться и изменяться по мере необходимости. Данные, полученные в результате введения одного образца, рассматриваются как единый результат. Этот результат может быть средним значением данных, собранных из параллельных последовательных показаний введения одного стандартного или испытуемого раствора. Концентрации образца рассчитываются в зависимости от рабочей кривой, полученной путем построения графика показаний детектора в зависимости от концентрации исследуемого вещества в стандартных растворах, что часто рассчитывается непосредственно прибором.
8. Глоссарий
9. Список литературы