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The world leader in serving science

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

Marco De Santis

Milano, 23 Giugno 2017

2

Application areas

3

iCAP RQ: ICP-MS a singolo Quadrupolo

RF generator without

plasma shield

RF generator without

plasma shield

Torch design for

easy handling

Torch design for

easy handling

RAPID Lens –

A novel

90°deflection

for removal of

neutral gas

molecules

RAPID Lens –

A novel

90°deflection

for removal of

neutral gas

molecules

Collision cell (QCell)Collision cell (QCell)

SEM for improved

life time

SEM for improved

life time

QuadrupoleQuadrupole

Interface with

innovative skimmer cone

Interface with

innovative skimmer cone

4

Semplicità e Produttività in ICP-MS…

Come eliminare le interferenze• Quale modalità di misura utilizzare• Per quali analiti

Misure di matrici complesse

5

Interferenze – Cosa sono?

H2O, Ca, Na, K, Mg, Cl, etc

Ar, Aria (O, N)

Reagenti

6

Interferenze – Cosa sono?

H2O, Ca, Na, K, Mg, Cl, etc

Ar, Aria (O, N)

Reazione

Reagenti

ArAr, ArO, ArN, ArC, ArH, ArCa, ArNa, ArK, ArMg, ArCl, ClO, NO, CO, CaO, NaO, etc

Prodotti

Interferenze

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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.

Quad

+

+++++++

++

+

+

La sfida è:

• Massima trasmissione dell’analita al quadrupolo

• Massimo abbattimento dell interferenza

8

Rimozione Interferenze – QCell He KED

Target

Analyte 75As+

Quadrupole set to filter out exact mass of target analytee.g. 75As+

ArCl +, Ca(OH)2H+

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

Comprehensive Interference

Removal

• 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

KED = Kinetic Energy Discrimination

9

Rimozione Interferenze – QCell Low Mass Cut-off

Target

Analyte 75As+

Quadrupole set to filter out exact mass of target analytee.g. 75As+

Quadrupole isolates ions wanted for

measurement

Complex

Matrix

Comprehensive Interference

Removal

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

40Ar+, 40Ca+, 35Cl+, 16O+, 1H+

Anal LMCO Interferences Precursors

51V 35 35Cl16O, 37Cl14N, 34S16OH

H, N, O, S, Cl

56Fe 39 40Ar16O, 40Ca16O O, Ar, Ca

63Cu 45 40Ar23Na, 12C16O35Cl, 31P32S

C, N, O, Na, P, S, Cl, Ar

75As 47 40Ar35Cl, 40Ca35Cl,40Ar34SH, 37Cl2H

H, S, Cl, Ca, Ar

• Il Flatapole applica automaticamente il Low Mass Cut Off (LMCO) a seconda dell‘analita target

QCell (collision cell) flatapole design

10

• Il Flatapole applica automaticamente il Low Mass Cut Off (LMCO) a seconda dell‘analita target

• Tutti i precursori che contribuiscono alle interferenze sono eliminati

• Sistema semplice ed efficace per la rimozione delle intereferenze

Rimozione Interferenze – QCell Low Mass Cut-off

Target

Analyte 75As+

Quadrupole set to filter out exact mass of target analytee.g. 75As+

Quadrupole isolates ions wanted for

measurement

Complex

Matrix

Comprehensive Interference

Removal

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

40Ar+, 40Ca+, 35Cl+, 16O+, 1H+

Anal LMCO Interferences Precursors

51V 35 35Cl16O, 37Cl14N, 34S16OH

H, N, O, S, Cl

56Fe 39 40Ar16O, 40Ca16O O, Ar, Ca

63Cu 45 40Ar23Na, 12C16O35Cl, 31P32S

C, N, O, Na, P, S, Cl, Ar

75As 47 40Ar35Cl, 40Ca35Cl,40Ar34SH, 37Cl2H

H, S, Cl, Ca, Ar

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75As He 75ArCl 75 CaCl

CONTROLLO DELLA POPOLAZIONE IONICA CON TAGLIO AUTOMATICO delle specie NON TARGET

As ArCl CaCl

Q-Cell: GUIDA IONICA + FILTRO DI MASSA Dinamico

Taglio m \z ≤ 47

Cella di Collisione e Reazione

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• Calibration curve for 75As in a solution containing 1.2% v/v HCl

STD mode Vs KED mode

STD mode: Polyatomic interference leads to poor IDL and elevated BEC

KED mode: Polyatomic interference removed - IDL below 5 ppt

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• US EPA Method 6020• Bianco & Calibrazione di 28 Analiti

• QC check iniziali: ICV, ICB, LFB, QCS

• QC check: CCB, CCV

• Standard Interni - 6Li, 45Sc, 71Ga, 89Y, 115In e159Tb

• Acqua di rubinetto + 500 ppm Ca (Waste Water/digested solid waste)

Matrici Complesse – US EPA 6020 for Waste Water/Solid Waste

0 1 2 4 6 7 853

Time/hours

4.5 mm insert

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• ICP-MS Triplo Quadrupolo

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iCAP RQ ICP-MS iCAP TQ ICP-MS

Differenze tra SQ e TQ

Reale Q1 come filtro di massa

prima della cella

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Matrice Filtrata a 5 livelli

FILTRO LIVELLO 1: INSERTO

FILTRO LIVELLO 2: RAPID a 90°

FILTRO LIVELLO 3 Q1: SOLO IONI

TARGET

FILTRO LIVELLO 4Q2: CELLA DICOLLISIONE E

REAZIONE

FILTRO LIVELLO 5 Q3: SOLO I

PRODOTTI DIREAZIONE

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Triplo Quad… quando è indispensabile?

Quando la mia matrice è molto complessa! Alte concentrazioni di un determinato elemento possono generare

INTERFERENZE AGGIUNTIVEche “normalmente” non sarebbero significative

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Analisi accurata di Arsenico e Selenio in Terre Rare

75 150

150Nd+, 150Sm+

75As+

150Nd2+, 150Sm2+

Single Quad ICP-MS: KEDInterferenze da M2+

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Analisi accurata di Arsenico e Selenio in Terre Rare

75 150

75As+

150Nd2+, 150Sm2+

Single Quad ICP-MS: KEDInterferenze da M2+

Soluzione: Reazione con O2: mass shift As e Se

91AsO+

20

Analisi accurata di Arsenico e Selenio in Terre Rare

75 150

75As+

150Nd2+, 150Sm2+

Single Quad ICP-MS: KEDInterferenze da M2+

Soluzione: Reazione con O2: mass shift As e Se

Altre interferenze: 91Zr+, 94,96Mo+, se presenti nel campione

91AsO+

91Zr+

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iCAP TQ ICP-MS – es. 75As

Q1 :FILTRA TUTTI GLI IONI UNTARGET

COMPRESI GLI IONI “PARENTS” 59Co (75-16) e 91Zr(75+16)

Q2 :OTTIMALE CONDIZIONE DI

REAZIONE CON O2: Isobari di m75 (es CoO e Sm 2+ ) non

reagiscono con Ossigeno

Q3 :ISOLA SOLO I PRODOTTI DI

REAZIONE [AsO] E RIMUOVE OGNI RESIDUA INTERFERENZA

75As+

59Co+, 91Zr+

Q1 filtra SOLO ( m/z 75)

Q3 isola solo il prodottodi reazione AsO ( m/z 91)

proveniente da Q2

Q2 reazione (O 2)totalmente controllata

91[AsO] +

75As+ ���� 91[AsO] +

59Co16O+, 150Sm++

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Come eliminare la complessità di un ICP-MS Triplo Quadrupolo

• Reaction Finder per il software Qtegra

• Sviluppo metodo semplificato

Ione Prodotto

M+

Gas

Analita

Risultato

1. Selezionare Elemento/Isotopo di interesse

2. Reaction Finder propone la migliore combinazione gas/scan setting

Facilità di utilizzo di un ICP-MS Triplo Quadrupolo

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Applicazioni

Analisi ambientali – As, Se

Metallurgia

Applicazioni avanzate

Speciazione Laser AblationNanoparticelle

Ricerca Clinica - Ti

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• 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

La Potenza della Tecnologia Triplo Quadrupolo

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Applicazioni in ICP-MS

Liquid Chromatography Field Flow Fractionation

Gas Exchange Device Laser Ablation

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Speciazione

ICP-MS rileva la specie

La colonna cromatografica separa le specie metalliche(es CrIII e CrVI)

Il software comanda interamente il sistema

Il campionatore inietta il campione

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Anion exchange:

• Dionex AG7 (2x50mm)

• Eluizione isocratica: 0,4 mol/L HNO3

• Flusso: 0,4 mL/min

• Volume iniezione: 20 µL

Speciazione Cromo in acque naturali

From: AN43098_E 03/12C

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Grazie!!!

Marco De Santis

marco.desantis1@thermofisher.com

+39 3356259679