ICP-OES và ICP-MS – Bí quyết khi phân tích các mẫu có nhiễu nền cao

Nhiễu nền cao có nghĩa là trong mẫu phân tích có phức hợp nhiều thành phần, và có thể làm kết quả phân tích kém chính xác. Các thành phần này có thể tạo ra các nhiễu vật lý, hóa học và nhiễu phổ khi đo bằng kỹ thuật ICP-OES và ICP-MS. Không giống như nước uống, mẫu nước môi trường (nước thải, mẫu đất…) thường có chứa lượng lớn các chất phân tích và tạp chất với nồng độ rất khác nhau.

Bí quyết 1: Sử dụng Chất Nội chuẩn

Các chất chuẩn nội được dùng để hiệu chuẩn các nhiễu vật lý và hóa học ảnh hưởng đến độ chính xác kết quả. Trong quá trình phân tích, tỷ lệ giữa các tín hiệu của các chất chuẩn nội với chất phân tích đang quan tâm được dùng để bổ chính độ sai lệch có thể tạo ra do hiện tượng sai lệch của thiết bị và sự thay đổi trong quá trình tạo hỗn hợp aerosol và do quá trình vận chuyển.

Để sử dụng quá trình nội chuẩn với sai số nhỏ nhất, chuẩn nội phải có mặt trong các dung dịch với cùng một nồng độ và không được xuất hiện trong các mẫu phân tích chưa biết thành phần. Khi đo các chuẩn nội, lựa chọn bước sóng phát xạ để đảm bảo không bị ảnh hưởng bởi nhiễu phổ và lựa chọn chính xác điểm bổ chính nền. Nếu các chất phân tích được đo ở cả chế độ dọc trục và xuyên tâm, phải đảm bảo các nguyên tố chuẩn nội được lựa chọn có thể dùng được cả 2 chế độ phân tích này. Có thể sử dụng các kit nội chuẩn on-line để cho quá trình thêm chuẩn được ổn định và chính xác.

Sơ đồ hệ thống ICP-OES (Nguồn ảnh: http://sites.cord.edu/)

Bí quyết 2: Hiệu chuẩn với các chất chuẩn phù hợp với nền

Đối với máy ICP-OES, các chất chuẩn với nồng độ khác nhau được sử dụng để tạo đường chuẩn từ đó tính toán ra nồng độ chất phân tích. Có 2 phương pháp hiệu chuẩn được sử dụng với các mục đích chuẩn khác nhau.

Phương pháp chuẩn ngoại đơn giản được dùng để hiệu chuẩn khi mẫu và chuẩn có nền tương tự nhau.

Phương pháp thêm chuẩn được sử dụng khi các chất chuẩn có nền kết hợp với mẫu có nền khác và nền này rất khó có thể tạo ra được trong phòng thí nghiệm. Phương pháp thêm chuẩn giảm thiểu được ảnh hưởng của nền (cả vật lý và hóa học) và là lựa chọn đúng với các mẫu đã kiểm tra được nền. Bằng cách thêm một nồng độ xác định chất phân tích vào trong mẫu và đo đối chiếu với mẫu trống, từ đó tạo ra đường chuẩn để tính toán ra các mẫu lúc chưa được tăng thêm.

Bí quyết  3.Thêm dung dịch đệm ion hóa

Nhóm 1 và 2 trong bảng hệ thống tuần hoàn là các nguyên tố dễ bị ion hóa (EIE) và có thể tạo ra các nhiễu hóa học với các nguyên tố khác khi nồng độ chất phân tích thấp được đo ở chế độ dọc trục để đạt độ nhạy cao hơn. Vì chúng dễ bị ion hóa, nên cũng có thể dễ tạo ra các điện tử làm thay đổi cân bằng ion với các nguyên tố khác, bao gồm cả chất phân tích, lệch về phía tạo nguyên tử, và cách xa phía tạo ion, dẫn đến sai lệch kết quả. Bằng cách sử dụng dung dịch đệm ion hóa, (như Liti clorid 500 đến 1000ppm), việc hình thành các điện tử sẽ được giữ không đổi, giảm thiểu các ảnh hưởng của EIE. Dung dịch đệm ion hóa có thể được thêm on-line để đảm bảo độ chính xác (giống như phương pháp thêm chuẩn nội on-line).Tuy nhiên, nếu nồng độ của các chất phân tích là đủ lớn để thực hiện phương pháp đo xuyên tâm, thì không cần thiết sử dụng phương pháp này.

Bí quyết 4: Loại bỏ nhiễu phổ

Các mẫu có nhiễu nền cao cũng có thể tạo ra kết quả sai lệch do ảnh hưởng nhiễu phổ. Sự chồng đa phổ của nhiều chất phân tích với các tạp chất có thể được bổ chính để cho kết quả chính xác nhất. Có 3 cách để loại bỏ nhiễu nền:

1/ Chọn một vạch phổ khác không bị nhiễu

2/ Không dùng hoặc tắt chế độ các điểm nền để loại bỏ ảnh hưởng của nhiễu nền

3/ Sử dụng phương pháp bổ chính nguyên tố bổ trợ (IEC) để bổ chính nhiễu

Bí quyết 5: Các phương pháp pha loãng trong ICP-MS

Nước thải từ các nhà máy hay khu đô thị cũng như nước sản xuất thường là các mẫu phức hợp, có nhiễu nền cao, đặc biệt khó để phân tích các kim loại gây độc khi phân tích bằng ICP-OES và ICP-MS. Có một cách khác để giảm nhiễu nền đó là pha loãng mẫu.

Một thông số để mô tả lượng hợp chất nền có trong mẫu là tổng lượng chất rắn hòa tan (TDS). Trong khi ICP-OES có thể phân tích được mẫu có TDS cao lên tới 30% thì với ICP-MS lại chỉ có thể phân tích được các mẫu có TDS thâp <0.2% . Lý do là vì các hợp chất này có thể dần dần bị tích tụ trên đầu côn kim lấy mẫu giữa nguồn ion hóa ICP và máy khối phổ và có thể gây ra các tín hiệu trôi (nhiễu). Các mẫu có nhiễu nền cao do đó cần được pha loãng trước khi phân tích. Để đạt được độ đúng và chính xác cao, thương sử dụng phương pháp thêm chuẩn vào các dung dịch.

Sơ đồ hệ thống ICP-MS (Nguồn ảnh: http://www.jsg.utexas.edu)

Phương pháp pha loãng thủ công

Pha loãng thủ công là phương pháp đơn giản và rẻ tiền nhất. Nhược điểm là cần có nhiều lao động và dễ bị lỗi hay nhiễm bẩn. Phương pháp này khuyến cáo chỉ nên dùng khi phân tích mẫu với số lượng nhỏ.

Phương pháp pha loãng online có nồng độ và tốc độ không đổi

Phương pháp pha loãng sử dụng một thanh trộn chữ T và một bơm nhu động của thiết bị để trộn mẫu với chất pha loãng trước khi bơm vào đầu phun sương (nebulizer). So với cách pha loãng thủ công, phương pháp giảm được nhiều thời gian và nguy cơ tạo sai số trong quá trình đưa mẫu hay nhiễm bẩn. Tuy nhiên, cách này cũng không dùng được các hệ số pha loãng khác nhau với các mẫu khác nhau. Các mẫu cần các hệ số pha loãng lớn hơn phải được pha loãng offline (thường là pha loãng thủ công). Các mẫu có chưa chất phân tích ở các nồng độ ngoài dải hiệu chuẩn biết bị cần phải được lưu ý và tốt nhất là pha loãng offline trước.

Pha loãng bằng khí Argon

Kỹ thuật pha loãng bằng khí argon (AGD) dùng một dòng khí argon có tốc độ dòng không đổi để pha loãng mẫu khi mẫu đi qua buồng phun để đến đuốc plasma. Phương pháp này cho quá trình pha loãng không đổi, online với từng mẫu, tuy nhiên quá trình pha loãng lại diễn ra dùng dòng khí không đổi chứ không phải dòng lỏng (như phương pháp trên). Phương pháp AGD tự động có thể dùng để phân tích các mẫu có nhiễu nền cao, ví dụ như dùng ICP-MS để phân tích nước biển có hàm lượng TDS ở mức ~3.5% mà không cần pha loãng bằng dung dịch lỏng trước khi phân tích. Nhược điểm: hệ số pha loãng không đổi.

Pha loãng lỏng online, tự động, có lập trình

Đây là phương pháp linh hoạt nhật, được dùng trong hệ thống thông minh tự động. Với hệ thống này, hệ số pha loãng lên tới 400 lần trước khi đưa tới ngọn lửa plasma để phân tích. Do đó, mỗi hệ số pha loãng thích hợp sẽ được áp dụng lên từng mẫu nền cụ thể trong cùng một lần phân tích. Nếu như hệ số pha loãng ban đầu chưa đủ, tiếp tục tự động thực hiện pha loãng lần 2 để đảm bảo mẫu được pha đủ loãng để phân tích. Ngoài ra, nếu kết quả phân tích và các tiêu chuẩn QC bị lệch ra khỏi dải hiệu chuẩn, những dung dịch này tự động được phân tích lại với hệ số pha loãng thích hợp và thực hiện lại qui trình. Các mẫu được pha loãng và phân tích lại (nếu cần) trong suốt quá trình phân tích mẫu, không cần thực hiện lại qui trình.. Việc này tiết kiệm được rất nhiều thời gian xử lý, phù hợp với các phòng thí nghiệm có công suất lớn cho độ đúng và chính xác cao, giảm lỗi và nhiễm bẩn…

Nguồn: analyteguru.com