Série PlasmaQuant MS
En tant que méthode analytique robuste, polyvalente et de haute précision, la spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS) a gagné sa place dans l’analyse élémentaire inorganique. Caractérisée non seulement par ses limites de détection supérieures, cette méthode analytique est également difficile à résister grâce à sa vitesse de mesure rapide, sa diversité unique d’applications et ses performances robustes.
Le processus analytique ICP-MS s’est imposé dans un large éventail d’industries comme méthode puissante de détection d’éléments inorganiques tels que le mercure, le plomb et le cadmium. La palette d’applications de l’analyse des éléments traces est large, allant des applications dans l’analyse environnementale telles que la surveillance de la qualité de l’eau potable, l’analyse d’échantillons cliniques, la mesure des rapports isotopiques dans l’analyse des aliments, jusqu’à des sujets de recherche tels que la mesure de cellules individuelles et de nanoparticules.
Grâce à l’optimisation technique continue de la méthode analytique ICP-MS, les utilisateurs peuvent aujourd’hui bénéficier de limites de détection toujours améliorées, tout en augmentant le débit d’échantillons et en réduisant les dépenses opérationnelles. Entre-temps, l’utilisation du gaz noble argon a été réduite avec succès, ce qui profite à la durabilité.
ICP-MS
En tant que méthode analytique robuste, polyvalente et de haute précision, la spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS) a gagné sa place dans l’analyse élémentaire inorganique. Caractérisée non seulement par ses limites de détection supérieures, cette méthode analytique est également difficile à résister grâce à sa vitesse de mesure rapide, sa diversité unique d’applications et ses performances robustes.
Le processus analytique ICP-MS s’est imposé dans un large éventail d’industries comme méthode puissante de détection d’éléments inorganiques tels que le mercure, le plomb et le cadmium. La palette d’applications de l’analyse des éléments traces est large, allant des applications dans l’analyse environnementale telles que la surveillance de la qualité de l’eau potable, l’analyse d’échantillons cliniques, la mesure des rapports isotopiques dans l’analyse des aliments, jusqu’à des sujets de recherche tels que la mesure de cellules individuelles et de nanoparticules.
Grâce à l’optimisation technique continue de la méthode analytique ICP-MS, les utilisateurs peuvent aujourd’hui bénéficier de limites de détection toujours améliorées, tout en augmentant le débit d’échantillons et en réduisant les dépenses opérationnelles. Entre-temps, l’utilisation du gaz noble argon a été réduite avec succès, ce qui profite à la durabilité.
Bases de la spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif
La méthode ICP-MS est une méthode analytique basée sur la spectrométrie de masse dans le domaine de l’analyse élémentaire inorganique. En termes simples, elle repose sur une analyse spectrale d’un échantillon ionisé. L’échantillon testé est injecté dans un flux de plasma qui rompt les liaisons chimiques et ionise les atomes libres. Le faisceau d’ions est ensuite centré et envoyé dans le spectromètre de masse. Ici, l’instrumentation du système de détection détecte des ions uniques sous forme d’impulsions en fonction du rapport entre leur masse et leur charge (m/z), puis fait correspondre leurs signatures à celles des oligo-éléments.
En pratique, plusieurs solutions et produits peuvent être combinés en fonction de l’application. Par exemple, la combinaison d’échantillonneurs automatiques et de vannes de régulation de pointe permet d’obtenir un débit d’échantillons considérablement plus élevé, tandis que le couplage de l’ICP-MS avec la chromatographie liquide haute performance ouvre des possibilités dans de nouveaux domaines d’application.
ICP-MS : Structure et principe de fonctionnement en détail
Le principe de fonctionnement de la méthode ICP-MS repose sur l’analyse par spectrométrie de masse d’échantillons ionisés dans le plasma. Atteindre les limites de détection souhaitées tout en maintenant une stabilité élevée à long terme et une robustesse suffisante contre les interférences nécessite une configuration d’équipement très spécifique. Les composants suivants sont essentiels dans un dispositif d’analyse ICP-MS :
- Générateur haute fréquence : la tâche du générateur est de créer (de manière inductive) un champ magnétique alternatif à l’intérieur de la bobine de plasma afin de se coupler à l’énergie d’un flux de gaz. Ce procédé fournit le plasma nécessaire. Le circuit résonant du générateur est adapté à la bobine d’induction et fonctionne généralement avec une fréquence de 27,12 ou 40,68 MHz.
- Torche à plasma : La torche est un tube de quartz à parois multiples dont le canal extérieur contient le gaz rare argon. L’extrémité ouverte de la torche à plasma est entourée par la bobine de plasma ou bobine d’induction, chargée de transférer l’énergie au flux d’argon.
- Bobine de plasma : La bobine de plasma fait partie du générateur haute fréquence. Il conduit un courant oscillant qui génère un champ électromagnétique. Ce champ accélère les particules chargées, transmettant ainsi de l’énergie au plasma d’argon. Le gaz rare, l’argon, est ionisé au cours du processus et chauffé à une température comprise entre environ 6 800 et 10 000 K.
- Insertion de l’échantillon : Un mince tube injecteur en quartz, corindon ou saphir est utilisé pour insérer l’échantillon. Il injecte l’échantillon dans le plasma à l’aide d’argon supplémentaire, détruisant les liaisons chimiques dans l’échantillon et ionisant les atomes libres. La mise en œuvre pratique de l’injection d’échantillon diffère selon l’état de la matière de l’échantillon. Avec les échantillons liquides, le fluide est atomisé avec l’argon en un fin aérosol, puis introduit dans le tube d’injection. Les échantillons gazeux peuvent généralement être connectés directement au tube d’injection, tandis que les solides sont d’abord transformés en gaz et insérés dans un flux de gaz porteur.
- Interface : L’interface doit transporter l’échantillon ionisé du plasma vers la région sous vide poussé du spectromètre de masse. Dans le même temps, l’interface est chargée de diriger le faisceau d’ions vers l’optique ionique, où les lentilles d’extraction collimatent le faisceau. Deux ouvertures coniques en forme de sténopé, appelées « cônes », sont utilisées pour séparer les zones de vide.
- Gestion des interférences : dans l’ICP-MS, les interférences sont gérées grâce à l’utilisation de gaz de collision et/ou de gaz de réaction. En mode collision, les interférences polyatomiques sont supprimées par réduction de l’énergie cinétique ou par dissociation. En mode réaction, les ions interférents et les ions polyatomiques sont convertis en nouveaux produits non interférents.
- Optique ionique : L’optique ionique est un système de lentilles qui sert à focaliser le faisceau ionique et à le diriger vers le spectromètre de masse.
- Filtre de masse : Le filtre de masse prend généralement une forme quadripolaire composée de quatre tiges disposées en parallèle. Ceux-ci génèrent un champ magnétique alternatif qui guide les ions le long de trajectoires en spirale. Un paramètre de performance majeur des appareils ICP-MS est la vitesse de balayage quadripolaire. Il exprime la vitesse du processus de mesure. Les appareils hautes performances atteignent des vitesses de numérisation supérieures à 5 000 amu/s.
- Système de détection : A la sortie du filtre de masse se trouve un système de détection qui génère un signal de mesure proportionnel à la fréquence des ions détectés. En pratique, il est courant d’utiliser des multiplicateurs d’électrons secondaires et des détecteurs de Faraday.
Les progrès technologiques rapides ont permis d’optimiser continuellement la spectrométrie de masse avec un plasma à couplage inductif. Aujourd’hui, les appareils hautes performances comme la série PlasmaQuant MS sont capables d’analyser des concentrations d’éléments extrêmement faibles. Grâce aux sources d’ionisation plasma optimisées, les utilisateurs bénéficient également de coûts d’exploitation liés au plasma considérablement réduits et d’une tolérance matricielle élevée.
Les systèmes de détection modernes et entièrement numériques d’aujourd’hui couvrent une plage analytique extrêmement large en mode comptage d’impulsions, ce qui leur permet d’être utilisés de manière flexible dans l’analyse multi-éléments. Toutes les applications – de la gamme ultratrace jusqu’aux concentrations élevées – peuvent être couvertes en une seule mesure.
La gestion des interférences comme clé de la stabilité à long terme
L’un des grands défis techniques de la spectrométrie de masse ICP est la présence d’interférences. Les interférences font référence à des perturbations susceptibles de fausser le résultat de la mesure, voire de rendre l’échantillon complètement illisible. Les sources d’interférence les plus courantes dans l’ICP-MS comprennent le bruit moléculaire (spectroscopique) qui se produit après l’atomisation de l’échantillon, par exemple. Un exemple est la formation d’oxydes. La gestion des interférences se concentre donc sur l’élimination ciblée de ces perturbations de l’échantillon, garantissant ainsi la stabilité à long terme souhaitée, même avec des échantillons difficiles. L’un des paramètres les plus importants est le degré de formation d’oxyde, mesuré en % CeO+/Ce+.
Analyse élémentaire durable avec des solutions ICP-MS modernes
Les laboratoires de pointe d’aujourd’hui doivent être capables d’analyser un grand nombre d’échantillons en un temps record, tout en répondant aux exigences de précision les plus strictes. Dans le même temps, il existe une pression constante pour réduire la consommation d’argon afin d’améliorer la durabilité du processus et de minimiser les dépenses opérationnelles.
Avec le développement de la série PlasmaQuant MS , Analytik Jena a réussi à résoudre ces défis et à rendre la spectrométrie de masse ICP plus durable, plus rentable et plus puissante. Ces appareils de pointe consomment jusqu’à 50 % d’argon en moins par rapport aux autres appareils et permettent des temps d’analyse courts sans sacrifier la précision. Cela a permis aux systèmes ICP-MS de la série PlasmaQuant MS d’augmenter considérablement le débit d’échantillons d’eau potable, par exemple, tout en continuant à répondre aux exigences des normes internationales.
Applications polyvalentes de l’ICP-MS
Les avantages considérables et l’utilisation flexible de la méthode analytique ICP-MS ont depuis amené de nombreuses industries à faire confiance à la spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif. Nous souhaitons ici présenter l’un des domaines d’application les plus importants ainsi que des exemples pratiques :
- Conservation : Grâce à la technique ICP-MS d’analyse environnementale, il est possible de détecter la moindre quantité d’éléments toxiques dans les échantillons. Aujourd’hui, une mesure précise des oligo-éléments permet d’identifier précocement les effets environnementaux dangereux et de les éliminer de manière ciblée. La technologie ICP-MS permet de préserver les ressources et de prévenir la contamination de l’environnement. Sa gamme d’applications s’étend de la mesure des éléments toxiques dans les poussières de filtres à la mesure des ultratraces de mercure dans les eaux naturelles.
- Alimentation et agriculture : La production de matières premières agricoles et alimentaires est aujourd’hui industrialisée et automatisée dans de nombreuses industries. Il est donc d’autant plus important de surveiller en permanence les produits finis. L’ICP-MS apporte ici une contribution importante, par exemple en surveillant la qualité de l’eau potable ou en mesurant les rapports isotopiques du strontium dans le vin et les céréales.
- Géologie, mines et métaux : lors de l’extraction de matériaux géologiques et du traitement des métaux, la méthode ICP-MS permet de détecter de manière fiable même les plus infimes quantités d’oligo-éléments. Par exemple, des oligo-éléments peuvent ainsi être découverts dans le cuivre ou des alliages métalliques analysés avec LA-ICP-MS.
- Pharmaceutique et sciences de la vie : Grâce à son utilisation dans l’industrie pharmaceutique, l’analyse élémentaire ICP-MS contribue directement à un niveau élevé du système de santé et, à terme, à une meilleure qualité de vie. Par exemple, la méthode est utilisée pour détecter des traces de métaux lourds dans les produits à base de cannabis ou pour mesurer les rapports isotopiques du fer dans le sang humain.
- Pétrole et gaz : L’industrie pétrolière et gazière impose des normes strictes en matière de pureté et de qualité. Une utilisation de l’ICP-MS consiste à identifier les impuretés dans le naphta selon la norme ASTM D8110-17.
- Chimie et science des matériaux : tester les jouets à la recherche d’oligo-éléments indésirables et analyser des échantillons de verre : ce ne sont que deux des nombreuses applications de la méthode ICP-MS dans l’industrie chimique.
- L’industrie de l’énergie : un exemple d’utilisation de l’analyse ICP-MS est la vérification de la qualité du liquide de refroidissement afin d’optimiser la durée de vie des centrales électriques à haut rendement. Même une faible contamination du liquide de refroidissement par du sodium, du calcium ou du magnésium peut provoquer des effets secondaires indésirables tels que de la corrosion ou des dépôts.
Les domaines d’application de la spectrométrie de masse ICP décrits ici ne sont que quelques cas illustrant le large spectre d’applications dans lesquelles cette méthode est utilisée.
