M Ở ðẦ U
1.2.7.Phương pháp quang phổ plasma ghép nối khối phổ (ICP – MS)
Kỹ thuật ICP – MS là một trong những kỹ thuật phân tích hiên ñại có khả năng phân tích trên 60 nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn với ñộ nhạy cao. Kỹ thuật này ñược nghiên cứu và phát triển mạnh trong những năm gần ñây. Chính vì có những ưu ñiểm vượt trội hơn hẳn các phương pháp phân tích trước ñó nên kỹ thuật này ñược nghiên cứu và ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều ñối tượng khác nhau, ñặc biệt là trong lĩnh vực phân tích vết và siêu vết, phục vụ nghiên cứu vật liệu bán dẫn, vât liệu hạt nhân, mẫu ñịa chất, nông nghiệp, sinh học, môi trường.
ðiểm mạnh của phương pháp này là có thể phân tích ñồng thời nhiều nguyên tố kim loại trong một mẫu, có thể phân tích ñịnh lượng, bán ñịnh lượng. Ngoài ra kỹ thuật này còn có thể phân tích xác ñịnh các ñồng vị của một nguyên tố trong cùng một ñối tượng mẫu. Vì vậy nó ñược sử dụng mạnh mẽ trong phân tích, ñánh giá mức ñộ phơi nhiễm ñộc tố kim loại trong nhiều ñối 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 ñiểm của hai phương pháp này so với các phương pháp thông thường khác là sử dụng nguồn plasma có thể tạo ra nhiệt ñộ từ 5000-10000K. Với nhiệt ñộ 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 ñịnh các ñồng vị trong mẫu dựa trên giá trị tỷ lệ m/z và ñược tính toán theo các ñường chuẩn ñộc 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, … ñã ñược nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Bảng sau cho thấy khả năng phát hiện của ICP-MS hơn so với các kỹ thuật khác
Bảng 2: So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích
STT Nguyên tố ICP-MS (ppb) ICP-AES (ppb) F-AAS (ppb) GFA-AAS (ppb)
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 ñược) *Phương pháp ICP-MS có ưu ñiểm
- Phân tích nhanh và ñồng thời nhiều nguyên tố
- Giới hạn phát hiên thấp thích hợp phân tích lượng vết và siêu vết - Khả năng phân tích ñịnh lương và bán ñịnh lượng
- Có thể phân tích và ñưa ra ñầy ñủ thông tin về các ñồng vị của một nguyên tố trong một mẫu.
*Nhược ñiểm của phương pháp
Kết quả phân tích thường bị ảnh hưởng bởi các khí: Argon, O2, H2 và các axit dùng ñể chuẩn bị mẫu vì ở nhiệt ñộ cao chúng bị phản úng với các nguyên tố trong mẫu ñể 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 ñược loại bỏ dựa vào các kỹ thuật phân tích của ICP-MS và lựa chọn ñồng vị thích hợp ñể phân tích
*Nguyên tắc chung của phương pháp
Mẫu phân hủy tới dạng ñồng nhất bằng các phương pháp phân hủy mẫu thích hợp, sau ñó ñược ñưa vào phân tích trên thiết bị ICP-MS. Mẫu ở dạng ñồng nhất ñược sol hóa thành sol khí và ñưa tới tâm ngọn lửa ICP, ở ñây xảy ra quá trình nguyên tử hóa và ion hóa. Các ion kim loại ñược thu nhận qua hệ thống phân giải phổ theo số khối (tỉ số khối lượng /ñiện tích ion m/z) và ñược thu nhận các tín hiệu qua bộ nhân quang ñiện. Pic phổ hoặc số hạt thu nhận ñược lưu giữ trong máy tính.
*Các yếu tốảnh hưởng ñến phép ño ICP-MS
- Nồng ñộ muối ảnh hưởng từ 0,1 – 0,4%.
- ðồng 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 ñã ñược lắp ñặt và sử dụng trong một số viện nghiên cứu như Viện xạ hiếm, Viện nghiên cứu ñịa chất-khoáng sản, Viện công nghệ môi trường, Khoa Hóa học-ðại học khoa học tự nhiên Hà Nội,..
Do có khả năng phân tích hàng loạt các nguyên tố kim loại cùng một lúc với ñộ nhạy và ñộ chính xác cao, nên ICP-MS ñược ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau như công nghệ luyện kim, chế tạo máy, ñịa chất, lĩnh vực môi trường,…