7, 31]
Kỹ thuật ICP – MS là một trong những kỹ thuật phân tích hiên đại có khả năng phân tích trên 60 nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn với độ nhạy cao. Kỹ thuật này được nghiên cứu và phát triển mạnh trong những năm gần đây. Chính vì có những ưu điểm vượt trội hơn hẳn các phương pháp phân tích trước đó nên kỹ thuật này được nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều đối tượng khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực phân tích vết và siêu vết, phục vụ nghiên cứu vật liệu bán dẫn, vât liệu hạt nhân, mẫu địa chất, nông nghiệp, sinh học, môi trường.
Điểm mạnh của phương pháp này là có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố kim loại trong một mẫu, có thể phân tích định lượng, bán định lượng. Ngoài ra kỹ thuật này còn có thể phân tích xác định các đồng vị của một nguyên tố trong cùng một đối tượng mẫu. Vì vậy nó được sử dụng mạnh mẽ trong phân tích, đánh giá mức độ phơi nhiễm độc tố kim loại trong nhiều đối tượng sinh học và môi trường.
Hai phương pháp phân tích ICP phổ biến hiện nay là phương pháp quang phổ phát xạ Plasma (ICP-AES) và ICP – MS. Ưu điểm của hai phương pháp này so với các phương pháp thông thường khác là sử dụng nguồn plasma có thể tạo ra nhiệt độ từ 5000-100000C . Với nhiệt độ này có thể nguyên tử hóa hoàn toàn các nguyên tố các nguyên tố cần phân tích. So với ICP-AES thì kỹ thuật ICP-MS có khả năng phân tích tốt hơn bởi vì nó có thể phân tích chính xác các ion khác nhau, xác định các đồng vị trong mẫu dựa trên giá trị tỷ lệ M/z và được tính toán theo các đường chuẩn độc lập. Hiệu quả phân tích của ICP-MS so với các kỹ thuật phân tích khác như quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), ICP-OES, … đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Bảng 1.4 cho thấy khả năng phát hiện của ICP-MS hơn so với các kỹ thuật khác.
Bảng 1.3: So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích (ppb)
STT Nguyên
tố ICP-MS ICP-AES F-AAS GFA-AAS
1 As < 0,050 < 20 < 500 < 1 2 Al < 0,010 < 3,0 < 50 < 0,5 3 Ba < 0,005 < 0,2 < 50 < 1,5 4 Be < 0,050 < 0,5 < 5 < 0,05 5 Bi < 0,005 < 20 < 100 < 1 6 Cd < 0.010 < 3,0 < 5 < 0,03 7 Ce < 0.005 < 15 < 200000 KPH 8 Co < 0,005 < 10 < 10 < 0,5 9 Cr < 0,005 < 10 < 10 < 0,15 10 Cu < 0,010 < 5,0 < 5 < 0,5 11 Gd < 0,005 < 5,0 < 4000 KPH 12 Ho < 0,005 < 1,0 < 80 KPH
13 In < 0,010 < 30 < 80 < 0,5 14 La < 0,005 < 0,05 < 4000 KPH 15 Li < 0,020 < 1 < 5 < 0,5 16 Mn < 0,005 < 0,5 < 5 < 0,06 17 Ni < 0,005 < 10 < 20 < 0,5 18 Pb < 0,005 < 20 < 20 < 0,5 19 Se < 0,10 < 50 < 1000 < 1 20 Tl < 0,010 < 30 < 40 < 1,5 21 U < 0,010 < 30 < 100000 KPH 22 Y < 0,005 < 0,5 < 500 KPH 23 Zn < 0,02 < 1,0 < 2 < 0,01
(KPH : không phát hiện được) *Phương pháp ICP-MS có ưu điểm
- Phân tích nhanh và đồng thời nhiều nguyên tố
- Giới hạn phát hiên thấp thích hợp phân tích lượng vết và siêu vết - Khả năng phân tích định lương và bán định lượng
- Có thể phân tích và đưa ra đầy đủ thông tin về các đồng vị của một nguyên tố trong một mẫu.
*Nhược điểm của phương pháp
Kết quả phân tích thường bị ảnh hưởng bởi các khí: Argon, O2, H2 và các axit dùng để chuẩn bị mẫu vì ở nhiệt độ cao chúng bị phản ứng với các nguyên tố trong mẫu để tạo ra các oxit, các hạt ion có cùng khối lượng với các nguyên tố cần phân tích. Tuy nhiên ảnh hưởng này có thể được loại bỏ dựa vào các kỹ thuật phân tích của ICP-MS và lựa chọn đồng vị thích hợp để phân tích.
*Nguyên tắc chung của phương pháp
Mẫu phân hủy tới dạng đồng nhất bằng các phương pháp phân hủy mẫu thích hợp, sau đó được đưa vào phân tích trên thiết bị ICP-MS. Mẫu ở dạng đồng nhất được sol hóa thành sol khí và đưa tới tâm ngọn lửa ICP, ở đây xảy ra quá trình nguyên tử hóa và ion hóa. Các ion kim loại được thu nhận qua hệ thống phân giải phổ theo số khối (tỉ số khối lượng /điện tích ion m/z) và được thu nhận các tín hiệu qua bộ nhân quang điện. Pic phổ hoặc số hạt thu nhận được lưu giữ trong máy tính.
*Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo ICP-MS
- Nồng độ muối ảnh hưởng từ 0,1 – 0,4%.
- Đồng vị của các nguyên tố khác nhau có số khối trùng nhau. Sự kết hợp giữa các nguyên tử tạo ra một phân tử mới có số khối trùng với số khối của nguyên tố cần phân tích.
- Các nguyên tử khi ion hóa bậc 1 hoặc bậc 2 sẽ cho các số khối khác nhau trùng với số khối của nguyên tố cần phân tích.
- Ảnh hưởng của mẫu phân tích trước. *Phạm vi ứng dụng của phương pháp ICP-MS
Ở Việt Nam, thiết bị ICP-MS đã được lắp đặt và sử dụng trong một số viện nghiên cứu như Viện xạ hiếm, Viện nghiên cứu địa chất-khoáng sản, Viện công nghệ môi trường, Khoa Hóa học-Đại học khoa học tự nhiên Hà Nội,..
Do có khả năng phân tích hàng loạt các nguyên tố kim loại cùng một lúc với độ nhạy và độ chính xác cao, nên ICP-MS được ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau như công nghệ luyện kim, chế tạo máy, địa chất, lĩnh vực môi trường,…