МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ С ИНДУКТИВНО
СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ (ИСП-МС)

Официальный представитель в Российской Федерации - Группа компаний «Ай Эм Си»

Тандемная масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой – ИСП-МС/МС (ICP-MS/MS)

Современный уровень развития науки и техники привел к появлению на рынке тандемных масс-спектрометров с индуктивно связанной плазмой - ИСП-МС/МС. Тандемная масс-спектрометрия уже давно и широко используется для количественного определения и установления структуры органических веществ. Принцип МС/МС-анализа заключается в том, что на первой стадии разделения ионов из потока выделяется ион с определенным m/z, с этим ионом проводят дополнительные манипуляции, например, фрагментируют, а на второй стадии детектируют продукты фрагментации.

В случае масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой принцип МС/МС используется для устранения спектральных наложений. Принципиальная конструкция тандемного ИСП-МС показана на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема тандемного масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой.

После прохождения через интерфейс и некоторые элементы ионной оптики ионы попадают в первый масс-фильтр (Q1). Q1 настраивается на пропускание ионов с определенным m/z в зависимости от аналитической задачи. Выбранные ионы поступают в реакционно-столкновительную ячейку (Q2). Реакционно-столкновительная ячейка не обязательно является квадрупольной, в ней может быть использован гексаполь, как в спектрометре Expec 7350, или октаполь, как в спектрометре Agilent 8800/8900, поэтому часто используемое в обычной речи название этого типа приборов - "трехквадрупольный ИСП-МС" является не точным.

В любом случае, основное предназначение ячейки Q2 - осуществление взаимодействия ионов и подаваемого в ячейку газа. Газ подбирается таким образом, чтобы после реакции ион-аналит и мешающие ионы имели разные m/z. Это может произойти либо если ион-аналит вступит в реакцию с газом, а мешающие ионы - нет, либо если аналит останется неизменным, а мешающие ионы прореагируют с изменением массы или заряда. В результате такого селективного взаимодействия ион-аналит и мешающие ионы можно будет разделить в следующем за ячейкой аналитическом квадруполе (Q3). Результатом этого процесса будет получение чистого сигнала аналита, свободного от спектральных наложений.

ИСП-МС/МС гораздо эффективнее обычных квадрупольных ИСП-МС с реационно-столкновительными ячейками. Для того чтобы объяснить разницу в эффективности, рассмотрим пример определения мышьяка в горной породе, содержащей Nd и Zr. На определяемый ион ⁷⁵As⁺ накладывается ион ¹⁵⁰Nd²⁺. Известно, что ион As⁺ быстро реагирует с кислородом с образованием иона-продукта ⁷⁵As¹⁶О⁺ (m/z = 91), который уже не страдает от наложения неодима. Такую реакцию можно провести в любой реакционно-столкновительной ячейке. Но если в растворе содержится цирконий, имеющий изотоп с m/z = 91, то он будет мешать определению мышьяка в виде AsО⁺.

Если у нас есть возможность ограничить диапазон m/z ионов, поступающих в ячейку, то эту проблему можно легко решить. Q1 тандемного ИСП-МС настраивается так, чтобы в ячейку попадали ионы с m/z не более 90 а.е.м. Таким образом, в ячейку попадут только ⁷⁵As⁺ и ¹⁵⁰Nd²⁺, а ион ⁹¹Zr⁺ не пройдет. В результате реакции в Q2 образуется целевой ион ⁷⁵As¹⁶О⁺, который отделяется от ¹⁵⁰Nd²⁺ в основном аналитическом квадруполе.

Ионы-продукты также используются в ИСП-МС/МС при определении серы, селена, фосфора с кислородом в виде ионов SO⁺, SeO⁺ и РO⁺, соответственно. Кислород можно использовать для разрешения изобарного наложения ⁸⁷Rb⁺ на ⁸⁷Sr⁺. Рубидий реагирует с кислородом достаточно быстро, а реакция стронция с кислородом практически не идет, что делает возможным определение изотопного отношения ⁸⁸Sr/⁸⁷Sr в геологических образцах без предварительного отделения стронция. В ИСП-МС/МС успешно используют аммиак, например, для определения низких концентраций титана в пробах с относительно высоким содержанием кальция. Титан определяют по наиболее распространенному изотопу 48 а.е.м. в виде кластерного иона [Ti(NH₃)₃NH]⁺, свободного от наложения ⁴⁸Са⁺. Кластерные ионы с аммиаком использую при определении некоторых платиноидов в горных породах с целью устранения оксидных наложений.

Подобные процессы можно проводить в динамической реакционной ячейке (dynamic reaction cell, DRC). DRC обладает возможностью ручной установки верхней и нижней границы пропускания. Однако следует отметить, что ИСП-МС/МС обладает более высокой эффективностью. Это объясняется тем, что в тандемном ИСП-МС в ячейку поступает ограниченный набор ионов. В результате этого сводится к минимуму вероятность трудно предсказуемых последовательных ион-молекулярных реакций, которые могут привести к образованию неопознанных ионов, искажающих результаты анализа. В этом плане недостатком DRC является то, что в контакт с газом вступают все ионы, попавшие в ячейку из плазмы, и фильтрация ионов происходит непосредственно в ячейке. В таких условиях нежелательные реакции могут протекать быстрее, чем ионы-прекурсоры этих реакций будут исключены из ячейки. Возможность протекания побочных неконтролируемых ион-молекулярных реакций при анализе образцов с богатым качественным составом в ячейке DRC подтверждена публикациями.