מבוא לספקטרומטריית מסה

ICP-MS משלב מקור ICP בטמפרטורה גבוהה (פלזמה משולבת באופן אינדוקטיבי) עם ספקטרומטר מסה.

דגימות צריכות להיות בצורה יונית לפני הזנת מנתח המסה כדי להתגלות. תהליך העיכול של דגימות מוצקות מורכב מדגירה של דגימות מוצקות לחומצה חזקה ומחמצן בטמפרטורה גבוהה ולתקופת זמן ממושכת בהתאם לנתח המתכת. המדגם מוצג כמו תרסיס לתוך פלזמת ICP (טמפרטורה של 6,000-10,000 K) כדי להמיר אטומים גזיים, אשר מיוננים.

מנתח המסה הנפוץ ביותר הוא מסנן המסה של quadrupole. זה עובד כמסנן אלקטרוסטטי המאפשר רק יונים של יחס מסה לטעינה אחת (m/ z) להגיע לגלאי בזמן נתון. זה יכול להפריד עד 15,000 דלטון (Da) לשנייה ולכן נחשב בעל תכונות ניתוח רב אלמנטרי בו זמנית. ICP-MS היא שיטה רגישה מאוד המאפשרת זיהוי של אלמנטים עם ריכוזים מתחת לחלקיקים למיליארד (ppb), ומתחת לחלקיקים לטריליון (ppt) עבור אלמנטים מסוימים.

לבסוף, מערכת הגלאים ממירה את מספר היונים ההולכים את הגלאי לאות חשמלי. באמצעות תקני כיול (דגימות של ריכוז ידוע עבור אלמנט מסוים), ניתן להעריך את הריכוז של מדגם עבור אלמנט אחד או כמה עניין.

ניתוח ICP-MS של דגימות המכילות חלקיק תחמוצת ברזל מוצג להלן. עקומה סטנדרטית בוצעה בריכוז ידוע של ⁵⁶Fe (איור 1). מקדם המתאם קרוב ל- 1 (R² = 0.999989) הראה את הקשר הליניארי הטוב בין ריכוזי המדגם לבין העוצמה הנמדדת על ידי הגלאי. דוגמאות של תחומי עניין הראו ערכים בטווח הכיול(איור 2). הריכוזים שחושבו על ידי התוכנה הותאמו לאחר מכן על פי הדילול שבוצע במהלך הפרוטוקול. הפרוטוקול הנוכחי תיאר דילול של 1/50 בעקבות דילול בחומצה (1/10) ובמים מילי-Q (1/5). לדוגמה, נמדד ריכוז של 51.427 מיקרוגרם/L עבור המדגם 51 (איור 2). ריכוז המדגם המקורי היה גבוה פי 50 מ"ג/ל'.

איור 1. עקומת כיול עבור מדידות Fe ^56. ארבע נקודות סטנדרטיות (0.01, 0.1, 1 ו- 10 מיקרוגרם/מ"ל) מציגות מקדם מתאם (R²) של 0.999989. זה מאשר את הקשר הליניארי הטוב בין עוצמת האות שזוהתה לבין ריכוזי ההתייחסות.

איור 2. תוצאות מייצגות בעקבות מדידות ICP-MS על דגימות חלקיק תחמוצת ברזל. הריכוז של כל דגימה מדוללת מחושב באופן אוטומטי על פי עקומת הכיול המוגדרת.

השדות הסביבתיים וההיאולוגיים מייצגים את השימוש הראשון עבור ICP-MS למשל למדידת מזהמים הקיימים במים, בקרקע או באטמוספירה. נוכחות של מזהמים בריכוז גבוה במי ברז כגון Fe, Cu, או Al ניתן לפקח באמצעות ICP-MS.

תחומי המדע הרפואי והמז"פ משתמשים גם בזיהוי ICP-MS. במקרה של חשד להרעלת מתכת כגון ארסן, ניתן לנתח דגימות כגון דם ושתן באמצעות ICP-MS. טכניקה זו יכולה גם לספק מידע בעל ערך במקרה של פתולוגיה המערבת חששות מטבוליים או בעיות הפטולוגיות וכתוצאה מכך הפרשה לקויה של אלמנטים מסוימים.

ICP-MS מאפשר כימות של מתכות בכל חומר. באיור 3נמדד ריכוז ה-Fe בננו-חלקיקים וקשור למאפייני הדמיית התהודה המגנטית שלהם (MRI). ICP-MS מספק כימות אמין של Fe של חלקיקים שונים כדי להפלות אילו חלקיקים הם היעילים ביותר עבור יישום הדמיה.

יישום נוסף הוא לחקור את biodistribution של חלקיקים הקשורים מתכות. איור 4 מציג את ההזרקה הביולוגית של האיברים של חלקיקים המכילים תחמוצת ברזל בעכברים לאחר הזרקה תוך ורידי. בשעה 24 שעות, כל איבר נאסף ומעוכל בחומצה חנקתית מרוכזת עד לעיכול איברים מלא. ריכוז ⁵⁶Fe היה כימות על ידי ICP-MS. התוצאות מראות ריכוז גבוה יותר של ⁵⁶Fe בכבד טחול לעכברים מוזרקים עם חלקיקים מאשר באיברים מבעלי חיים תמימים. לכן, סוכם כי חלקיקים מצטברים בעיקר לתוך כבד ואיברי טחול.

איור 3. הדמיית תהודה מגנטית (MRI) מדידה של פונקציית חלקיקים של ריכוז Fe שלהם. חמישה ריכוזי ברזל שימשו (0.25, 0.5, 0.75, 1 ו-1.25 מ"מ) שצוו עבור תכונות ה-MRI שלהם (קצב הרפיה, R₂*).

איור 4. ייחוס ביולוגי של חלקיקי תחמוצת ברזל בעקבות הזרקה תוך ורידי בעכברים. דגימות תמימות מראות את רמת האיברים הבזלית של ברזל בעכברים לא מטופלים. לאחר הזרקת חלקיקים המכילים תחמוצת ברזל, כמות הברזל באיברים מסוימים עולה אשר קשורה הצטברות של חלקיקים.