ICP-Massenspektrometer für die Spurenelementanalyse

Die induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) ist eine leistungsstarke Analysetechnik, die zur Messung von Spurenelementen im gesamten Periodensystem eingesetzt wird. Seit ihrer Markteinführung in den 1980er Jahren hat sich die ICP-MS aufgrund ihrer Fähigkeit, hohe Produktivität mit niedrigen Nachweisgrenzen zu kombinieren, zu einem Standardinstrument in verschiedenen Branchen entwickelt, darunter Umweltüberwachung, Lebensmittel- und Pharmatests, Metallurgie und Geochemie.

ICP-MS analysiert in erster Linie flüssige Proben, die direkt eingeleitet werden können, wenn die Gesamtmenge der gelösten Feststoffe gering ist. Feste Proben werden in der Regel vor der Analyse aufgelöst. Ein Standard-Setup umfasst einen Autosampler und eine Peristaltikpumpe für die Probenzufuhr, wobei optionale Ventilsysteme den Durchsatz erhöhen, indem sie die Zeit zwischen den Proben verkürzen.

Die quantitative Analyse ist die häufigste Anwendung von ICP-MS, bei der Isotopensignale mit Kalibrierkurven verglichen werden, um die Elementkonzentrationen zu bestimmen. Die semiquantitative Analyse bietet einen schnellen Überblick über die Elementzusammensetzung und hilft bei der Auswahl von Standards und der Identifizierung möglicher Interferenzen. Darüber hinaus eignet sich die ICP-MS für die Analyse des Isotopenverhältnisses und die Isotopenverdünnung, die präzise Elementmessungen ermöglichen und Umwelt-, geologische und biologische Prozesse verfolgen können.

SPECTRO und sein Schwesterunternehmen Nu Instruments bieten fortschrittliche ICP-MS-Spektrometer für eine breite Palette von Anwendungen:

Entdecken Sie unsere ICP-MS Spektrometer

SPECTROGREEN MS

Das SPECTROGREEN MS ist ein fortschrittliches ICP-MS, das für Routineanwendungen in der Umwelt-, Pharma- und Konsumgüteranalytik entwickelt wurde. Modernste Technologien, ein Hochmatrix-Interface, ein Gasverdünnungssystem und ein leistungsstarker LDMOS-Generator, kombiniert mit der modernen, anpassbaren und intuitiven Software SPECTRO ICP-MS Analyzer Pro, machen das SPECTROGREEN MS Massenspektrometer zu einem Routinegerät, das die Messempfindlichkeit, Stabilität, den Dynamikbereich, die Matrixkompatibilität, die Interferenzkontrolle, die Geschwindigkeit und vor allem die Benutzerfreundlichkeit bietet, die in modernen Labors gefordert werden. Das SPECTROGREEN MS ist auf maximale ICP-MS-Leistung und Benutzerfreundlichkeit ausgelegt und erfordert nur wenig Wartung, die schnell und mühelos durchgeführt werden kann. Alle Komponenten für den Probeneintrag sind leicht zugänglich, eine haubengestützte Abschirmung garantiert hohe mechanische Stabilität und eine lange Lebensdauer.


Vitesse (Nu Instruments)

Vitesse ist ein Time-of-Flight-Massenspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma, das speziell als ultimatives Werkzeug für Hochgeschwindigkeits-Multielementanwendungen wie Laserablation und Nanopartikelanalyse entwickelt wurde.

Erfahren Sie mehr über Vitesse auf der Website von Nu Instruments.

Wichtige Anwendungen der ICP-MS-Technologie

1. Umweltüberwachung

• Wasseranalyse: ICP-MS wird in großem Umfang zur Analyse von Trinkwasser, Abwasser und natürlichen Wasserquellen auf Spuren von Metallen und Schadstoffen wie Blei, Arsen und Quecksilber eingesetzt, um die Einhaltung von Umweltvorschriften zu gewährleisten.
• Überwachung der Luftqualität: Die Technik wird zur Messung von Partikeln in der Luft auf toxische Metalle eingesetzt und leistet einen Beitrag zu Studien über die Luftverschmutzung und zur Überwachung von Vorschriften.

 
2. Pharmazeutische Tests

• Prüfung auf elementare Verunreinigungen: ICP-MS ist von entscheidender Bedeutung bei der Prüfung pharmazeutischer Produkte auf elementare Verunreinigungen im Spurenbereich, wie dies in behördlichen Richtlinien wie ICH Q3D gefordert wird. Durch den Nachweis von toxischen Metallen wie Cadmium und Blei wird sichergestellt, dass Medikamente den Sicherheitsstandards entsprechen.
• Nahrungsergänzungsmittel: Die Technologie wird auch zur Überprüfung der elementaren Zusammensetzung von Nahrungsergänzungsmitteln eingesetzt, um sicherzustellen, dass sie den Qualitäts- und Sicherheitsstandards entsprechen.

 
3. Lebensmittelsicherheit

• Nachweis von Kontaminanten: ICP-MS weist Spuren toxischer Elemente in Lebensmitteln nach, wie z. B. Blei, Quecksilber und Arsen, und gewährleistet so die Lebensmittelsicherheit und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.
• Nährstoff-Analyse: Sie wird zur quantitativen Bestimmung von essenziellen Nährstoffen wie Eisen, Zink und Selen in Lebensmitteln eingesetzt und unterstützt die Nährwertkennzeichnung und Qualitätskontrolle.

 
4. Geologische und Umweltwissenschaften

• Geochemische Analyse: ICP-MS wird bei der Analyse von Gesteinen, Mineralien und Böden eingesetzt, um deren Elementzusammensetzung zu bestimmen, was bei der geologischen Kartierung, der Mineralexploration und bei Umweltstudien hilfreich ist.
• Analyse des Isotopenverhältnisses: Sie wird zur Untersuchung von Isotopenverhältnissen in geologischen Proben verwendet, was bei der Datierung von Gesteinen, der Verfolgung von Umweltprozessen und dem Verständnis von Klimaveränderungen hilfreich ist.

 
5. Metallurgie und Materialwissenschaft

• Metallreinheitsanalyse: ICP-MS wird eingesetzt, um die Reinheit von Metallen und Legierungen durch den Nachweis von Spurenverunreinigungen zu beurteilen, was in Branchen wie der Elektronik- und Luftfahrtindustrie von entscheidender Bedeutung ist.
• Korrosionsuntersuchungen: Die Technik hilft bei der Untersuchung von Korrosionsprozessen durch die Analyse der elementaren Zusammensetzung von Korrosionsprodukten.

 
6. Biologische und klinische Forschung

• Spurenelementanalyse in biologischen Proben: ICP-MS misst Spurenelemente in biologischen Proben wie Blut, Urin und Gewebe und leistet damit einen Beitrag zur medizinischen Forschung, zu Ernährungsstudien und zur Toxikologie.
• Isotopische Tracer: Es wird in Stoffwechselstudien und in der Pharmakokinetik eingesetzt, um isotopisch markierte Verbindungen im Körper zu verfolgen.

 
7. Nuklearindustrie

• Nachweis von radioaktiven Isotopen: ICP-MS wird zum Nachweis und zur Quantifizierung radioaktiver Isotope eingesetzt und spielt eine wichtige Rolle bei der nuklearen Sicherheit, der Umweltüberwachung und der Abfallentsorgung.
• Analyse von Uran und Plutonium: Die Technologie wird zur Analyse dieser Elemente in Kernbrennstoffen eingesetzt, um eine angemessene Kontrolle und Überwachung zu gewährleisten.

  
8. Forensische Wissenschaft 

• Elementanalyse im Spurenbereich: ICP-MS hilft bei forensischen Untersuchungen durch die Analyse von Spurenelementen in Beweismitteln wie Glas, Farbe und Schussrückständen und trägt dazu bei, Verbindungen zwischen Tatorten und Verdächtigen herzustellen. 

 
Insgesamt ist die ICP-MS ein unverzichtbares Werkzeug für alle Branchen, die eine präzise Elementanalyse im Spurenbereich benötigen, und bietet eine unübertroffene Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit für eine Vielzahl von Anwendungen.

 

1. Was ist ICP-MS?

ICP-MS (induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie), ist eine leistungsstarke Analysemethode, mit der sich fast alle Elemente des Periodensystems im Spurenbereich nachweisen lassen. Daher wird die ICP-MS in vielen Industriezweigen, wie zum Beispiel in der Umwelt- und Pharmaindustrie, zur Prüfung und Überwachung eingesetzt.

2. Welche Elemente lassen sich mit der ICP-MS-Technologie nachweisen?

Bis auf wenige Ausnahmen kann ein ICP-MS alle natürlich vorkommenden Elemente und ihre Isotope messen. Wasserstoff (H) und Helium (He) haben Atommassen, die zu gering sind, um von dem Massenspektrometer erfasst zu werden. Fluor (F) und Neon (Ne) lassen sich nicht durch ein Argonplasma ionisieren und können daher nicht gemessen werden. Und aufgrund des hohen Anteils der Gase Argon (Ar), Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) in der Luft und im Plasma ist eine Analyse dieser Gase nicht möglich.

3. Wofür wird ein ICP-MS verwendet?

ICP-MS wird heute in vielen Bereichen regelmäßig genutzt – zum Beispiel für Tests bei Lebensmitteln, Medikamenten, Umweltproben oder in der Geochemie. Hauptsächlich misst sie, welche Elemente in einer Probe stecken und wie viel davon. Dabei dient eine aus Kalibrierstandards erstellte Kalibrierkurve als Referenz, um die Konzentration der in der Probe vorhandenen Elemente zu bestimmen.

4. Welche Probenarten können mit der ICP-MS analysiert werden?

Am häufigsten werden flüssige Proben mit der ICP-MS analysiert. Folglich werden die Materialien bei der Probenvorbereitung häufig durch Verfahren wie Aufschluss oder Auflösung in eine flüssige Form überführt. Es ist jedoch auch möglich, Aerosole direkt aus Feststoffen durch Techniken wie Laserablation zu erzeugen.

5. Welche Vorteile hat die ICP-MS gegenüber anderen Analysetechniken?

Die wichtigsten Vorteile der ICP-MS sind ihre Fähigkeit, nahezu alle Elemente in einer einzigen Analyse zu messen, sowie ihre hohe Empfindlichkeit. Dadurch ist der Nachweis von Spurenelementen in Konzentrationen von nur einem Teil pro Billion möglich. Außerdem hat sie einen großen dynamischen Bereich von bis zu 10 Größenordnungen. Darüber hinaus ist die ICP-MS ein wichtiges Instrument für die Isotopenanalyse, bei der Isotopenverhältnisse als Tracer oder zum besseren Verständnis bestimmter Prozesse verwendet werden.

6. Was sind häufige Interferenzen bei der ICP-MS?

Wenn zwei Ionen bei der ICP-MS die gleiche Masse pro Ladung haben, kann das zu Störungen im Messsignal führen – man nennt das spektrale Interferenz.

- Bei Isotopen verschiedener Elemente, die die gleiche Atommasse aufweisen (innerhalb der Auflösung des Massenspektrometers), spricht man von einer isobaren Interferenz.
- Polyatomare Interferenzen werden durch Ionen verursacht, die aus dem Plasma, der Probenmatrix oder den atmosphärischen Gasen stammen und ein identisches Masse-Ladungs-Verhältnis wie die Ionen des Analyten aufweisen.
- Doppelt geladene Ionen entstehen, wenn Elemente eine zweite Ionisierungsenergie besitzen, die niedriger ist als die erste Ionisierungsenergie von Argon. Diese Elemente bilden eine kleine Anzahl doppelt geladener Ionen, die bei der Hälfte ihrer nominalen Masse gemessen werden. 

Matrixinterferenzen beeinträchtigen die Analysensignale generell und sind auf die Probenmatrix zurückzuführen.  Dazu zählen Probentransporteffekte, Plasmaeffekte und Raumladungseffekte.

7. Was ist der Unterschied zwischen ICP-OES und ICP-MS?

Obwohl beide Verfahren ähnliche Namen tragen, da sie ein induktiv gekoppeltes Plasma (ICP) verwenden, sind ihre Funktionsprinzipien grundlegend verschieden. Bei einem ICP-MS dient das Plasma zur Ionisierung der Probe, und die entstehenden Ionen werden dann in einem Massenspektrometer analysiert. Bei einem ICP-OES hingegen wird ein optisches Spektrometer verwendet, um das von angeregten Atomen und Ionen emittierte Licht zu untersuchen. Aus analytischer Sicht gilt die ICP-MS als die empfindlichere Technik und wird daher vorwiegend für die Spurenanalytik eingesetzt. Die ICP-OES hingegen ist robuster und wird in der Regel für die Analyse von Proben mit höherer Konzentration verwendet.

8. Was macht der Zerstäuber bei der ICP-MS?

Der Zerstäuber bei der ICP-MS macht aus der flüssigen Probe ein feines Aerosol – also winzige Tröpfchen im Gas. Dieses Aerosol wird dann ins Plasma geleitet.