如何實(shí)現(xiàn)ICP-MS低檢出限

2/2如何實(shí)現(xiàn)ICP-MS低檢出限？

2023-06-1519:18電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）具有高靈敏度和低背景，使其能夠提供ng/L（ppt）水平的痕量元素分析。但日常要想實(shí)現(xiàn)低檢測(cè)限，不僅是需要高靈敏的儀器。清潔的工作區(qū)域、精心挑選的試劑和良好的樣品處理技術(shù)才是成功進(jìn)行痕量和超痕量元素分析的關(guān)鍵。

本文提供了控制污染物和實(shí)現(xiàn)低檢出限的五個(gè)實(shí)用技巧。以下建議可以在任何實(shí)驗(yàn)室實(shí)施，并有助于確保數(shù)據(jù)質(zhì)量不會(huì)受到本可輕松預(yù)防的污染的影響。

1、選擇適合的實(shí)驗(yàn)室分析環(huán)境

在環(huán)境、食品、制藥和臨床等行業(yè)中進(jìn)行微量元素分析的實(shí)驗(yàn)室往往不需要特殊的潔凈實(shí)驗(yàn)環(huán)境即可達(dá)到所需的方法檢出限（MDL）。不過即便是普通的微量元素分析實(shí)驗(yàn)室，其設(shè)計(jì)和建造方式也應(yīng)盡量減少元素污染源。

在集成電路制造和高純化學(xué)品行業(yè)中，元素通常以ppt和亞ppt水平進(jìn)行量測(cè)，因此半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室通常會(huì)安裝專用潔凈室。潔凈室根據(jù)每單位實(shí)驗(yàn)室空氣體積0.1~5微米之間的各種尺寸顆粒的數(shù)量進(jìn)行分類。例如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）3類實(shí)驗(yàn)室（相當(dāng)于早期的美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209E[FS209E]1類）每立方米空氣中最多包含8個(gè)1微米顆粒和1000個(gè)0.1微米顆粒。ISO7級(jí)實(shí)驗(yàn)室（FS209E10,000級(jí)）最多包含83,200個(gè)每立方米1微米的顆粒。

ISO1~4級(jí)潔凈室的建造和維護(hù)成本很高，并且只能通過嚴(yán)格的訪問控制和工作實(shí)踐來保持其額定分類。一種成本較低的替代方案是將ICP-MS安裝在位于10,000級(jí)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的10級(jí)小隔間中。另一種選擇是將自動(dòng)進(jìn)樣器放置在干凈的保護(hù)罩中，比如高效微?？諝猓℉EPA）過濾層流罩。樣品和標(biāo)準(zhǔn)品的制備可以在罩中進(jìn)行，避免在工作臺(tái)上打開時(shí)造成樣品瓶和溶液的污染。

2、限制顆粒污染源

在典型的實(shí)驗(yàn)室中，樣品污染重要來源之一是空氣中的顆粒材料，因此在探尋樣品污染可能的來源時(shí)，必須盡量消除實(shí)驗(yàn)室中的顆粒源。實(shí)驗(yàn)室中常見的顆粒來源包括空調(diào)裝置（尤其是帶有高架通風(fēng)口的空調(diào)）、被腐蝕的裸露金屬表面、打印機(jī)、個(gè)人電腦（PC）以及循環(huán)水冷卻機(jī)，尤其是風(fēng)冷式熱交換機(jī)。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的鞋子、衣服和個(gè)人物品上的污垢和灰塵也可能造成污染。

通過簡(jiǎn)單的步驟可以消除或減少這些來源對(duì)污染的貢獻(xiàn)。例如將循環(huán)水機(jī)放置在隔間；使用遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行打??；入口門旁的粘性墊子可以顯著減少人們鞋子上帶入實(shí)驗(yàn)室的灰塵量。在實(shí)驗(yàn)室活動(dòng)中使用適當(dāng)?shù)牟牧弦灿兄跍p少污染。出于安全考慮，在處理腐蝕性酸時(shí)通常使用手套，其中無粉丁腈手套將有助于最大限度地減少顆粒污染?？傊?，只要對(duì)實(shí)驗(yàn)室服務(wù)、設(shè)備和人員的管理方式稍加思考和關(guān)注，就可以最大限度地減少實(shí)驗(yàn)室中的顆粒污染，降低潔凈室安裝和操作的高成本。

3、盡量降低塑料器皿中元素背景

以下建議適用于在稀酸溶液中制備并穩(wěn)定的ICP-MS典型樣品分析實(shí)驗(yàn)室。如果使用其他溶劑，則需要適當(dāng)調(diào)整清潔和漂洗方案的細(xì)節(jié)。

樣品瓶、移液槍頭和其他與樣品溶液接觸的實(shí)驗(yàn)器皿均可能是重要的污染源。酸性溶液不應(yīng)制備或儲(chǔ)存于玻璃器皿中，即使它已經(jīng)預(yù)清潔過，因?yàn)樗釙?huì)從玻璃中提取金屬。氫氧化銨（NH4OH）和四甲基氫氧化銨（TMAH）等堿性溶劑也會(huì)從玻璃容器中提取金屬。盡管塑料器皿要比玻璃清潔得多，但仍應(yīng)避免使用含金屬添加劑顏料的產(chǎn)品。建議使用由聚丙烯（PP）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）或含氟聚合物（PTFE、FEP和PFA）等材料制成的透明塑料器皿，以獲得最佳的耐化學(xué)性和最低的污染水平。新的實(shí)驗(yàn)室器具在使用前應(yīng)進(jìn)行酸洗，以去除表面污染物和制造殘留物。

聚丙烯樣品瓶和離心管（15或50mL）價(jià)格低廉，基本上沒有金屬污染，并且是A級(jí)刻度，可用于樣品制備。許多實(shí)驗(yàn)室制備標(biāo)準(zhǔn)品并按重量法稀釋樣品。錐形底的離心管由于周圍配有裙邊，因此可以直立于天平或工作臺(tái)上，無需放置于樣品架中。

4、有效的實(shí)驗(yàn)室器具清潔、儲(chǔ)存和使用程序

如果實(shí)驗(yàn)室工作流程和樣品通量允許，最好在使用前將樣品瓶和試管浸泡在裝有稀酸（例如0.1%HNO3）的有蓋透明塑料箱中。這些塑料容器可從日用商店以相對(duì)較低的成本購(gòu)買。這種預(yù)清潔方法有助于去除制造殘留物，比如脫模劑，其中可能含有金屬，包括Al和Zn。當(dāng)然可能需要更為積極的清潔才能達(dá)到超痕量分析的最低背景水平。樣品瓶等容器在使用前應(yīng)在超純水中沖洗三次。

同樣的預(yù)清潔方法也可用于移液槍頭，盡管在槍頭盒中提供的透明吸頭是無塵的，除非需要超低水平分析，否則通常不需要預(yù)清潔。酸缸不應(yīng)受到嚴(yán)重污染，通常可以在需要更換超純水或酸之前使用一年或更長(zhǎng)時(shí)間。

類似的透明密閉塑料盒可用于清潔和儲(chǔ)存ICP-MS進(jìn)樣系統(tǒng)組件，理想情況下，不同類型進(jìn)樣系統(tǒng)組件使用單獨(dú)容器收納，比如標(biāo)準(zhǔn)和惰性進(jìn)樣系統(tǒng)對(duì)應(yīng)單獨(dú)容器。進(jìn)樣系統(tǒng)，如石英霧室和炬管，可以在酸中浸泡，然后在使用前干燥。接口錐可以在超純水或稀釋的清潔劑（如Citranox）中進(jìn)行超聲處理，然后干燥并儲(chǔ)存在密封容器中。對(duì)于受嚴(yán)重污染的錐體，可以使用細(xì)磨料拋光粉和尖頭棉簽（Q-tip）進(jìn)行處理，然后在超純水中進(jìn)行超聲處理。

5、使用合適品質(zhì)試劑進(jìn)行分析

高品質(zhì)的去離子水（18MΩ.cm）對(duì)于保持痕量分析所需的低元素背景水平至關(guān)重要，特別是對(duì)于Na、Al和Fe等常見污染物。元素B和Si對(duì)于離子交換系統(tǒng)來說更難去除，因此要特別注意這些元素的背景水平。B或Si背景的增加可能表明需要更換超純水系統(tǒng)的離子交換柱。

酸等試劑的品質(zhì)需適應(yīng)于被測(cè)量的微量元素水平，但一般來說，使用質(zhì)量更好的酸將減少處理污染所花費(fèi)的時(shí)間。獲取高品質(zhì)酸的可行替代方案是購(gòu)買普通試劑級(jí)酸，并在實(shí)驗(yàn)室中使用亞沸蒸餾對(duì)其進(jìn)行純化。

使用高品質(zhì)濃酸制備樣品、校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)品和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)品（QCS）時(shí)，應(yīng)將少量濃酸倒入全氟烷氧基烷烴（PFA）瓶中，然后再移液到樣品或標(biāo)準(zhǔn)瓶中。這將有助于避免污染瓶中的酸。一旦高品質(zhì)濃酸用盡，其PFA瓶就可以被沖洗和干燥，然后成為極好的無金屬容器，供后續(xù)使用。這些瓶子可用于制備和儲(chǔ)存稀釋劑，甚至可以用于低濃度水平標(biāo)準(zhǔn)加入法分