Śladami pierwiastków za pomocą technik sprzężonych ICP-MS 22-24.05.2017, Ślesin Monika Stochaj-Yamani, icpms@perlan.com.pl Perlan Technologies Polska sp. z o.o. WWW.PERLAN.COM.PL
TECHNIKI ANALIZ WIELOPIERWIASTKOWYCH Absorpcja atomowa Światło o określonej długości z lampy z katodą wnękową (Hollow Cathode Lamp HCL) Atom absorbuje światło o określonej długości fali i przeskakuje do stanu wzbudzonego Absorpcja światła jest proporcjonalna to stężenia Emisja Atomowa Energia świetlna i cieplna ze źródła wysokiej intensywności (np. plazma) Spektrometria Mas Energia świetlna i cieplna ze źródła wysokiej intensywności (plazma) Wysoka energia (ze światła i płomienia) wzbudza elektron na wyższy poziom energetyczny (stan wbudzony). Elektron powraca do stanu podstawowego emitując światło o określonej długości. Emisja światła jest proporcjonalna do stężenia Wysoka energia wybija elektron z powłoki (jonizacja). W efekcie otrzymuje się jon pozytywnie naładowany Jony są filtrowane i mierzone w spektrometrze mas STRONA 2
TECHNIKI ANALIZ WIELOPIERWIASTKOWYCH STRONA 3
ZASADA DZIAŁANIA Jonizacja Analizator mas Detektor Cząsteczkowa spektrometria mas Atomowa spektrometria mas STRONA 4
Inwestycja Techniki analiz wielopierwiastkowych ICP-MS- QQQ ICP-MS- Q (z UHMI) ICP-MS- Q ICP-OES GFAAS MP-AES AAS ppq ppt ppb ppm 0,1% 100% PAGE 5
CHARAKTERYSTYKA TECHNIKI Czułość i precyzja Możliwość jednoczesnego oznaczania wielu pierwiastków Selektywność możliwość oznaczania poszczególnych izotopów w złożonych matrycach Szeroki zakres liniowości (możliwość oznaczania pierwiastków śladowych i makroskładników) STRONA 6
ZASTOSOWANIA Badania Środowiskowe (od próbek gleby po wodę pitną) Żywność, suplementy Produkty farmaceutyczne (Q3D) Próbki biologiczne Badania i nauka (geologiczne, metalomika, środowisko, żywność, specjacja) Nanocząstki, pojedyncze nanocząstki PROTEOMICS 0.3% PHARMACEUTICAL 5.4% PETROCHEMICAL 2.8% NUCLEAR 3.4% METALS 0.5% GEOLOGICAL 1.0% FORENSIC 1.5% FOODS 7.2% WW ICP-MS Sales FY 07 - by App - All Vendors (est.) SEMICON 14.3% ACADEMIC 7.7% BIOMEDICAL 4.6% ENVIRO 47.2% CHEMICAL 2.8% CONSUMER PRODS 1.0% STRONA 7
ZASADA DZIAŁANIA - BUDOWA ICP MS STRONA 8
TANDEMOWY SPEKTROMETR MAS ICP-MS/MS (ICP-QQQ) High matrix introduction (HMI) Soczewki jonowe Pierwszy kwadrupol Komora kolizyjno-reakcyjna z 4 liniami gazów Niskoprzepływowy układ wprowadzania próbek Powielacz elektronów Komora mgielna Drugi kwadrupol Generator RF Palnik Obszar separacji jonów System utrzymania próżni STRONA 9
April Advanced 2017 ICP-MS Training Woda pitna- analiza wielopierwiastkowa Analiza 200-400 próbek wody dziennie
April 2017 Element Mass MDL (ppb) Cell mode Element Mass MDL (ppb) Cell mode Be 9 0.005 No gas Zn 66 0.014 He B 11 0.005 No gas As 75 0.011 He Na 23 0.058 No gas Se 78 0.017 He Mg 24 0.002 No gas Sr 88 0.002 He Al 27 0.007 No gas Mo 95 0.006 He K 39 0.076 He Ag 107 0.002 He Ca 44 0.090 No gas Cd 111 0.002 He V 51 0.014 He Sb 121 0.006 He Cr 52 0.004 He Ba 137 0.005 He Mn 55 0.008 He Hg 202 0.001 He Fe 56 0.014 He Tl 205 0.002 He Co 59 0.004 He Pb 208 0.001 He Ni 60 0.014 He Th 232 0.001 He Cu 63 0.002 He U 238 0.001 He Page 11
TECHNIKI ŁĄCZONE Łącznik Rozdzielanie Detekcja HPLC GC CE FFF IC Opcjonalne detektory konwencjonalne Opcjnalny organiczny detektor MS ICP-MS Analiza specjacyjna jest postępowaniem analitycznym prowadzącym do identydikacji i oznaczenia ilości jednej lub większej liczby form chemicznych pierwiastka obecnego w danej próbce STRONA 12
TECHNIKI ŁĄCZONE
Stężenie arsenu w żywności Schoof et al. 1999, Williams et al. EST 2005, Raab et al. 2004 (slide courtesy J. Feldmann, U. Aberdeen) >500 0.05-0.09 0.5-1,5 3.0 0.001 0.005-0.01 0.22-1.1 [Arsen] 0.01 mg/kg 0.1 mg/kg 1 mg/kg 20-200
Toksyczny! Mniej toksyczny Nietoksyczny? PAGE 15
Bezpieczeństwo żywności Potrzeba wytycznych w celu oceny przestrzegania limitów legislacyjnych dotyczących pierwiastków śladowych w warzywach konserwowych. Migracja metali z opakowań Sn, Fe, Cd, Pb Arsen nieorganiczny Stal ocynkowana Stal chromowana Aluminium Wnętrze puszki pokryte żywicą uszkodzenie powłoki żywicznej. PAGE 16
Bezpieczeństwo żywności,cd PAGE 17
271 346 439 543 633 752 751 960 1072 LICZBA PUBLIKACJI (SCIENCE DIRECT) HPLC-ICP-MS 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2016 2017 STRONA 18
HPLC-ICP-MS PAGE 19
HPLC-ICP-MS Instytut Włókiennictwa w Łodzi PAGE 20
Płyny ustrojowe Krew pełna, surowica, mocz, osocze Medical Lab Bremen Germany 5 systemów ICP-MS Agilent Medycyna pracy Toksykologia Medycyna środowiskowa Monitorowanie działania leków 4x SQ-ICP-MS (2x 7500, 1x 7700, 1x 7900) 1x ICP-QQQ 8800 1000 2000 próbek dziennie
April 2017 Płyny ustrojowe Krew pełna, surowica, mocz, osocze Pomiary pierwiastków śladowych w płynach biologicznych (toksyczne i kluczowe) Próbki rozcieńczone (10-20 razy) roztworem zawierającym: Butanol EDTA Triton X100 Amoniak (r-r wodny) > 100 próbek możliwych do przygotowania w ciągu godziny!
April 2017 Płyny ustrojowe Krew pełna, surowica, mocz, osocze
Analiza pierwiastków toksycznych Identyfikacja Screening próbek moczu rozcieńczonych 1:10 (usuwanie interferencji w trybie He) Unikalna zdolność ICP-MS skanowania w całym zakresie mas w 2 minuty, od Nieznany 1000 ppm pierwiastek do poziomuw sub-ppb próbce 5.0E5 1.0E5 [1] Spectrum No.1 [ 181.531 181.525 sec]:004smpl.d# sec]:002smpl.d# / Tune #1 [CPS] [Linear] [1] Spectrum No.1 [ 175.118 sec]:003smpl.d sec]:005smpl.d# / / Tune #1 #1 [CPS] [Linear] 1.0E5 5.0E5 C Na Mg Rb Obecność danego pierwiastka można potwierdzić za pomocą obwiedni izotopowej 2.5E5 5.0E4 5.0E4 2.5E5 205 Tl Nieznany pierwiastek Ca Zn a Li Cu Br Fe As Mo203 Tl Sr I Sb Cs Ba Sn m/z-> 194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 214 216 m/z-> 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160170180190200210220230240250260 Tl 208 Pb Pb 210 Po Pb
Medical Lab Bremen
Dalsza diagnostyka: Cr(VI) Początkowy stężenie Cr (wartości normalne) Krew: 2180 µg/l (<0.5 µg/l) Osocze: 1070 µg/l (<0.15 µg/l) Erytrocyty: 4540 µg/l Cr(VI) (<0.5 µg/l) Mocz: 3410 µg/l (<0.6 µg/l) Wątroba: 11700 µg/kg (<50 µg/kg) Zatrucie związkami Cr(VI) Terapia: erytroafereza i przeszczep wątroby Hemodializa jest niewystarczająca
GC-ICP-MS GALAB Hamburg PAGE 27
GC-ICP-MS: 1 ng/g związki cynoorganiczne (OTC)
GC-ICP-MS (OTC) OTC Trimethyltin (TMT) RT (min) Concentration ng/l ng/l µg/kg µg/kg µg/kg Drinking Surface Sediment Fish PVC toy water water 2.59 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. Dimethyltin (DMT) 3.06 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. Monomethyltin 3.56 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. (MMT) Tetraethyltin 4.02 Tin Tin Tin Tin Tin (TET) Monobutyltin 4.67 0.07 1.66 4.1 0.35 14.01 (MBT) Tripropyltin (TPT) 4.90 IS IS IS IS IS (IS) Tetrapropyltin 5.15 IS IS IS IS IS (TTPT) (IS) Dibutyltin (DBT) 5.22 0.06 0.75 4.8 0.71 55.04 Monophenyltin 5.55 <0.01 0.16 <0.1 <0.01 <1 (MPT) Monoheptyltin 5.65 IS IS IS IS IS (MHT) (IS) Tributyltin (TBT) 5.68 <0.01 1.05 9.38 0.05 3.16 Monooktyltin 5.94 0.01 0.15 1.64 0.04 <1 (MOT) Tetrabutyltin 6.08 <0.01 <0.01 <0.1 <0.01 <1 (TTBT) Diheptyltin (DHT) 6.82 IS IS IS IS IS (IS) Dioktyltin (DOT) 7.28 <0.01 0.015 3.88 0.01 <1 Triphenyltin (TPT) 7.82 <0.01 0.07 <0.1 0.07 <1 Tricyclohexyltin (TcHT) 7.85 <0.01 <0.01 <0.1 <0.01 <1
TECHNIKI ŁĄCZONE Analiza wielopierwiastkowa: ICP-MS 7800 / 7900 (typu pojedynczego kwadrupola) ICP-MS 8900 (typu potrójnego kwadrupola) Techniki łączone: HPLC-ICP-MS GC-ICP-MS CE-ICP-MS LA-ICP-MS FFF-ICP-MS Multi-MS Tradycyjne detektory organiczne STRONA 30
TECHNIKI SPRZĘŻONE - APLIKACJE STRONA 31
Dziękuję za uwagę! Monika Stochaj Yamani E-mail: icpms@perlan.com.pl mstochaj-yamani@perlan.com.pl www.perlan.com.pl