Aplicación del ICP-MS al análisis de elementos traza y … · Nebulizador y cámara de...
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Aplicación del ICP-MS al análisis de elementos
traza y especiación
Rubén García
ICP-MS Product Specialist Spain
Agilent Technologies
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Especiación metálica ¿Qué es? ¿Por qué es necesaria?
Casi todos los elementos forman especies las cuales pueden alterar su toxicidad, mobilidad, comportamiento biológico, etc
• CrIII vs CrVI; As inorgánico vs As orgánico; Complejos húmicos; metaloproteínas, etc
Algunas especies son especificamente empleadas por sus propiedades tóxicas, (o químicas)
• Especies organoestannicas
– Pinturas anti-incrustantes; estabilizadores poliméricos; fungicidas
• Especies organofosforadas
– Pesticidas; agentes nerviosos
De forma natural o antropogénica, estas especies pueden pasar al agua de bebida, mar, sedimentos y entrar en la cadena trófica. Si los compuestos contienen un componenteinorgánico, este podría ser usado para la detección específica de la molécula.
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El reconocimiento definitivo: especiación en Hollywood
Cr(III) vs Cr(VI)Tóxico
Esencial
2000
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Acoplamientos con ICP-MS para especiación metálica
Optional
Conventional
(Organic compound)
Detector(s)
GC-ICP-MS
LC-ICP-MS(IC, RP-LC, SEC, FFF)
CE-ICP-MS
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Por qué un ICP-MS como detector en cromatografía?
•Exactitud – compuestos tóxicos en muestras y campos críticos(medioambiente, food, pharma, clínicas)
• Algunos analitos podrían sufrir interferencias espectrales – eliminadas con la tecnologíade la celda de colisión.
•Sensibilidad – pueden darse efectos tóxicos a bajas concentraciones
•Estabilidad – para secuencias largas desatendidas
•Reproducibidad
• Respuesta elemental independiente del compuesto – compuestos desconocidos puedenser cuantificados tomando como referencia al compuesto conocido.
• Respuesta elemental constante para diferentes matrices
•Especificidad – cuantificación fiable a pesar de la matriz
•Selectividad – seguridad de la MS en la detección por masas
•Amplia cobertura elemental e intervalo dinámico
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Especiación mediante LC-ICP-MS
LC-ICP-MS es la técnica idónea para especies térmicamente inestables siendo el acoplamiento más común
Acoplamiento sencillo mediante un capilar de PFA/PEEK al ICP-MS
Nebulizador ycámara de
nebulización
gas controller
ICP torch
turbomolecularpump
Cuadrupolo
Ar gas
rotary pump
turbomolecularpump
Cromatografo de líquidos
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Requisitos del acoplamiento LC-ICP-MS
•Capacidad para trabajar con un amplio rango de flujosdesde 20 µL (LC capilar) a 2 mL por minuto
•Capacidad para trabajar con fases móviles orgánicase.g. gradiente de MeOH, Acetonitrilo
El plasma ICP debe ser capaz de soportar matrices orgánicas de forma rutinaria
•Capacidad para trabajar con altas concentraciones salinas en “buffers”Interfase y nebulizador deben poder trabajar con altas concentraciones de sales durante largos periodos de tiempo sin obturarse
•Transferencia del eluyente al ICP-MS rápida y eficazpara minimizar la degradación de la resolución cromatográfica
•Rápida adquisición de datos – múltiples medidas dentro de un mismo picoAunque no tan rápido como CE o GC, debido a la mayor anchura de picos en LC
•Software para controlar LC e ICP-MSMáxima automatización para análisis de rutina
•Software que permita combinar cromatogramas de LC-UV e ICP-MS
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Especiación de Hg mediante UHPLC-ICP-MS
0
20
40
60
80
100
0 50 100 150 200
% M
eO
H
time (s)
Gradient: % MeOH
1 min
Condiciones HPLC:
Columna: Zorbax SB-C18, 4.6 x 50 mm, 1.8 µm
Mobile phase: A: 0.5 g/L L-Cys,
0.5 g/L L-Cys,HCl, H20B: Metanol
Gradiente: inicio: 2% MeOHhasta: 90% MeOH en 1 min90% MeOH durante 3 mincond. iniciales: 2% MeOH
Volumen de inyección: 50 µL
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Adición de oxígeno para combustión del carbono
• 20% O2 en Ar
• Antorcha 1.0 mm id torch
• Conos Pt
Generación de RF de oscilación libre para evitar inestabilidades del plasma con altos contenidos de MeOH.
Especiación de Hg mediante UHPLC-ICP-MSConfiguración 7700
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
0 50 100 150 200
CP
S
time (s)
std 8 ppb
Hg201
Hg2+
MeHg+
EtHg+
PhHg+
4 especies separadas en menos de 3 min
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Especiación de Hg mediante UHPLC-ICP-MSCaracterísticas del análisis
Calibración para 201PhHg+
BEC= 10 ppt
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Especiación de Cr(III) y Cr(VI)
RT(min)
1.0 2.0 3.0
4x10
0.5
1
0.885
2.405
1.0 µg/L STD , inyección 100 µL
Esta determinación es de gran importancia debido a las propiedades tóxicas del Cr (VI) y al carácter esencial del Cr (III).
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Injection Volumne Noise
52Cr(III) 52Cr(VI) 52Cr(III) 52Cr(VI) 52Cr(III) 52Cr(VI)
100μL 632808 475244 273.5 10204281 9796463 0.13 0.17
Peak Height/counts Area/counts DL (conc. /ul/L)
G3268-80001 (30mm x 4.6 mm id)
CondicionesColumna G3268B (30 mm x 4.6 mm i.d.)
Fase móvil 5mM EDTA(2Na)/5mM NaH2PO4/ 15mM
Na2SO4 pH 7.0 ajustado con NaOH
Flujo 1.2 mL/min
Temp. Ambiente
Volumen inyección 100 µL
LC Modelo 1200 con Biocompatibility kit
ICP-MS Modelo 7700x
Preparación Muestra Incubación con 5 mM EDTA (pH 7.00)
Temperatura incubación 40℃
Tiempo incubación 3h
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Especiación de Cr – agua mineral adicionada y no adicionada
Estudio de recuperacionesComponentes mayoritarios en la muestra estudiada (ppm)
Na 9.4
Ca 468
Mg 74.5
K 2.8
Sulfate 1121.0
Mineral Water C + 10ppb de Cr (III), Cr (VI)
Mineral Water C original
Found (ppb)
Element Original Water C Spike Amount Spike Found Recovery (%)
Cr (III) DL 10.0 10.18 101.8
Cr (VI) 0.09 10.0 9.20 92.0
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RT(min)
1.0 2.0 3.0
4x10
0
2
100SMPL
001SMPL
Test de reproducibilidad 8H(n=100)Height Area Conc. [ ug/l ] Height Area Conc. [ ug/l ]
Average 28672 395084 5.0 17110 374145 4.9
STD 777 8219 0.1 467 9837 0.1
RSD% 2.7 2.1 2.1 2.7 2.6 2.6
Height Area Conc. [ ug/l ] Height Area Conc. [ ug/l ]
Average 3514 47831 4.8 2148 46126 5.0
STD 102 1435 0.2 77 1775 0.2
RSD% 2.9 3.0 3.2 3.6 3.8 3.7
52 Cr(III)-EDTA 52 Cr(VI)
53 Cr(III)-EDTA 53 Cr(VI)
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Separación isocrática de AsB & Cl del As inorgánico usando una nueva columna
*Surface Aminated Polymer Substrate
Agilent Application Note:Routine Analysis of Toxic Arsenic Species in Urine Using HPLC with ICP-MS, 5989-5505EN, by TetsushiSakai and Steven Wilbur, Agilent Technologies
Column G3288-80000 (4.6 x 250 mm)Guard Column G3154-65002
Fase móvil (alcalina):2 mM phosphate buffer solution (PBS)pH 11.0 ajustado con NaOH0.2 mM EDTA10 mM, CH3COONa3.0 mM NaNO3
1% etanol
Especiación de As por LC-ICP-MS
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*Ajustado a pH 11 para separar la AsB. La fuerza iónica de la fase móvil acorta la elución del As V10ug/L de cada especie de As
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Especiación multielemental mediante IC-ICP-MS
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Combinando Cromatografía de Intercambio Aniónico y quelación con AEDT se puede alcanzar la separacióneficaz de múltiples especies de 13 elementos así como su preservaciónquímica (CrVI) bajo las mismascondiciones de medida.
Interferencias poliatómicas que pueden afectar a algunos elementos (Cr, Se y As) son todas eliminadas bajo condiciones de modo He en la celda de colisión del ICP-MS
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Especiación multielemental mediante IC-ICP-MS
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ICP-MS puede extraer cada uno de los cromatogramas elementales, por lo que no es necesario resolver cromatograficamente todas las especies como en conductividad
Rápida adquisición de datos – múltiples medidas dentro de un mismo pico
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Nuevo software Mass Hunter
Control directo del HPLC
Todos los detalles
del método de
HPLC en el SW del
7700
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Chromatographic Data Analysis - Secuencia– Vista del Chromatographic Data Analysis, incluyendo actualización a tiempo real,
calibraciones y “outliers”.
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• Mismos factores de respuesta para diferentes especies• “Compound Independent Calibration” para
cuantificación de desconocidos.
Calibraciones para diferentes especies de As
• Sensibilidad y linealidad son excelentes• Estándares de calibración a 1, 5 y 10ppb
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Interfase GC-ICP-MS totalmente calentada
Linea de transferencia totalmente calentada y aisladaAntorcha modificada inyector calentado. Linea de trasnsferencia y liner de acero “Sulfinert”.
Efluente del GC inyectado directamente dentro de la base del plasma– importante para especies de alto punto de ebullición
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Gas ChromatographInjection Splitless
Injection volume 1ul
Inlet temp. 290oC
Column HP-1 (30m, 0.32mm, 0.25um)
Carrier gas He 1.0mL/min, constant flow
Oven programs 70oC (1min): ramp (30oC/min) to 190oC (0min):
ramp (15oC/min) to 270oC (4min)
GC-ICP/MS interface
Temperature 250oC
ICP-MSPower 1300w
Sampling depth 8mm
Carrier gas flow 0.8 L/min
Oxygen (100%) 0.02 L/min added to auxiliary gas line
Tuning gas : Xenon (50ppm, balanced by Ar)
5ml/min, added to the carrier gas line
measured mass: 126m/z
Condiciones instrumentales para Organoestannicos por
GC-ICP-MS
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20 ppb Organo-Tin mix en Agilent GC-ICP-MS
Cromatograma mezcla de
organoestannicos (20ng/mL (ppb)
de cada compuesto.
Orden de elución:
Sn, MBT, TPrT, DBT, MPhT, TBT,
TeBT, TPeT, DPhT TPhT.
DL(3s)
MBT : 4.4 fgTPrT : 5.3 fgDBT : 9.4 fgMPhT : 44 fgTBT : 9.9 fgDPhT : 10 fgTPhT : 11 fg
Injection volume : 1ul
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Análisis de siloxanos por GC-ICP-MS
Siloxanos (especies volátiles de Si) pueden estar presentes en los residuosusados para generar biogas.
En la combustión, estos siloxanospueden formar sílice abrasiva (dióxidode Si).
Silica puede acumularse en bombas y turbinas, llevando al desgasteprematuro del motor.
La monitorización de los siloxanos en la alimentación del biogas permiteidentificar y controlar los niveles de deposición de la sílice, extendiendo la vida del motor
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*MDL de aprox 0.5 pg Si *ORS en modo H2 para bajos DLs Si
GC-ICP-MS es un excelente detector para Si. H2 usado para eliminar N2 y CO que afectan a 28Si (relativamente bajos con GC)
Buena respuesta para todas las especies –Mismo factor de respuesta
Siloxane standard mix.
Todas las especiesentre 30-60 ppb como Si
Análisis de siloxanos por GC-ICP-MS
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Handbook de especiación
.
Artículos contribución de un grannúmero de laboratoriosreferencia en estudios de especiación
Descargable desde la web.
5989-6160EN
68 páginas – Aug 2007 (1st ed)
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