634040, г. Томск, ул. Высоцкого, 28, стр.4

Тел/факс: (3822)63–42–44

    Вы здесь

    • You are here:
    • Главная > Блоги > Блог admin > Масс-спектрометрический анализ с индуктивно связанной плазмой и особенности его применения в археологии.

Масс-спектрометрический анализ с индуктивно связанной плазмой и особенности его применения в археологии.

Масс-спектрометрический анализ с индуктивно связанной плазмой и особенности его применения в археологии.

Долгое время основными областями использования масс-спектрометров были изотопный анализ элементов и точное измерение атомных масс. Однако очевидные достоинства масс-спектрометров, такие, как высокая скорость анализа, быстродействие, высокая чувствительность, вывод результатов в виде электрического сигнала, стимулировали расширение сферы применения масс-спектрометров. В настоящее время масс-спектрометры применяются для прецизионного определения массы ионов, изотопного и элементного анализа, молекулярного химического анализа, идентификации и установления структуры сложных органических соединений.

Существенное отличие масс-спектрометрии от других аналитических физико-химических методов состоит в том, что в оптических, рентгеновских, ядерных и некоторых других методах детектируется излучение или поглощение энергии молекулами или атомами, а в масс-спектрометрии непосредственно детектируются сами частицы вещества.

В настоящее время, благодаря созданию новых компьютеризированных масс-спектрометров с мощным программным обеспечением, метод масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) широко используется для количественного мультиэлементного анализа горных пород, руд и минералов, металлов, растительных и биологических объектов, различных вод и др. природных и техногенных объектов. Основными преимуществами метода являются высокая чувствительность (для большинства элементов предел определения составляет менее 10-6 % масс для твёрдых проб или для растворов - менее 0.001 мкг/л) и возможность определения практически всех элементов периодической системы из одного измерения пробы, будь то раствор или твердый образец (в случае использования лазерного испарения пробы). Широкий диапазон определяемых содержаний элементов (до 9 порядков), прямолинейность калибровочного графика позволяет определять как макросостав объектов (100-0.01 %), так и микросодержания элементов до предела определения. Реально достигаемая точность анализа 0,5-5% при высокой правильности анализа, обеспечиваемой контрольными измерениями государственных стандартных образцов состава (ГСО).

Экспрессность анализа и одновременное определение всего спектра элементов обеспечивает высокую производительность при массовом анализе, когда в партии содержится более 20 однотипных проб.

Метод позволяет работать с малым количеством вещества (до 10-6г), что обуславливает его применение в криминалистике. Однако в этом случае не решается задача представительности пробы для многих исследуемых объектов, которая определяется гомогенностью пробы, самой задачей определения состава, усредненного по всему объёму пробы или локальной его части. Поэтому, например, для решения геохимических поисковых задач используют навеску массой 0.1г усреднённой пробы горной породы или руды. Эту же величину навески можно принять достаточной и для решения некоторых задач археологии.

К недостаткам метода можно отнести трудоёмкий процесс пробоподготовки, связанный с гомогенизацией пробы, а также необходимость перевода пробы в раствор. Для ускорения процесса разложения пробы применяются смеси различных кислот, микроволновое облучение и подогрев в специальных СВЧ-печках.

Применяя микрозондовые искровые или лазерные ионизаторы исследуемого вещества можно избавиться от химического разложения пробы и выполнять локальный анализ в различных точках артефакта при минимальном его повреждении и минимальном количестве испаряемого вещества. Но такие ионизаторы значительно удорожают масс-спектрометрический комплекс.

Следует отметить, что получить достоверный и качественный во всех отношениях результат анализа можно только в лаборатории или центре, аккредитованных на техническую компетентность и независимость в соответствии с требованиями ГОСТ-Р ИСО/МЭК 17025/2005.

Кроме того, в настоящее время дефицитом являются аттестованные и внесённые в Госреестр методики анализа методом МС-ИСП, как например, методика МВИ № 001-ХМС-2007 III категории точности, разработанная в аккредитованном ООО «Химико-аналитический центр «Плазма» на масс-спектрометре ELAN DRC-E фирмы «PerkinElmer Instruments LLS».

Методика мультиэлементного анализа основана на растворении навески пробы в смеси кислот с использованием СВЧ-микроволнового разложения и нагрева, распылении полученного раствора в плазму индуктивно связанного разряда, где происходит процесс возбуждения и ионизации атомов, разделении ионов квадрупольным масс-анализатором по отношению массы к заряду и определении содержания элементов путем сравнения измеренных интенсивностей пиков элементов масс-спектра пробы со значениями интенсивностей, полученными при построении градуировочного графика.

Методика предназначена для определения массовой доли 30-ти элементов: бериллия, ванадия, висмута, вольфрама, галлия, гафния, германия, железа, золота, кадмия, кобальта, марганца, меди, молибдена, мышьяка, никеля, ниобия, олова, палладия, платины, рутения, свинца, селена, серебра, сурьмы, тантала, теллура, фосфора, хрома, цинка методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой при анализе горных пород различного состава. Под горными породами различного состава понимаются также руды и продукты их переработки и обогащения, а также минеральное сырье. Анализ горных пород, руд, продуктов их переработки и обогащения и минерального сырья проводится в целях поиска полезных ископаемых (в том числе золота), а также в целях подсчета запаса полезных ископаемых и для геоэкологических, археологических и других исследований. Модифицируя данную методику можно определять в одном спектре одновременно до 70 элементов, из которых аттестованы пока только 30.

Таблица 1 демонстрирует высокую правильность, воспроизводимость и точность анализа метода ИСП-МС на примере анализа стандартного образца меди Мр2 СОП № 4008-2000 для аттестованных элементов.

Результаты анализа стандартного образца меди Мр2 СОП № 4008-2000

Элемент Содержание аттестованное, % масс. Погрешность аттестации % масс. Результаты анализа ИСП-МС, % масс.
Mg 0,0019 0,0017-0,0021 0,0019 0,0017 0,0020
Al 0,0021 0,0020-0,0022 0,0021 0,0021 0,0021
Cr 0,00073 0,00069-0,00077 0,00080 0,00087 0,00089
Mn 0,00058 0,00050-0,00066 0,00056 0,00056 0,00058
Fe 0,0035 0,0032-0,0038 0,0034 0,0034 0,0037
Ni 0,0143 0,0137-0,0149 0,0147 0,0140 0,0139
Cu 99,91 99,85-99,97 99,91 99,89 99,88
Zn 0,0069 0,0066-0,0072 0,0072 0,0067 0,0069
As 0,0040 0,0036-0,0044 0,0040 0,0040 0,0038
Se 0,0054 0,0051-0,0057 0,0053 0,0056 0,0057
Ag 0,0071 0,0069-0,0073 0,0081 0,0082 0,0081
Cd 0,0100 0,0094-0,0106 0,0101 0,0106 0,0097
Sn 0,0039 0,0036-0,0042 0,0039 0,0039 0,0041
Sb 0,0099 0,0092-0,0106 0,0096 0,0096 0,0102
Te 0,005 0,0045-0,0058 0,0049 0,0054 0,0049
Au 0,00045 0,00041-0,00049 0,00045 0,00045 0,00043
Pb 0,0122 0,0114-0,0130 0,0122 0,0121 0,0120
Bi 0,0101 0,0096-0,0106 0,0102 0,0101 0,0102

Из истории применения аналитики в различных областях науки и техники известно, что анализ любой партии проб без контроля стандартными образцами становится браком, который невозможно поправить, а результаты невозможно сравнить с аналогичными, выполненными в другой лаборатории.

Метод ИСП-МС по сравнению с рентгено-спектральным флуоресцентным анализом имеет более чем на два порядка ниже пределы определения, что значительно повышает информативность анализа и расширяет число решаемых археологических задач.

По сравнению с полуколичественным спектральным анализом метод ИСП-МС позволяет определить состав матрицы до 100% и значительно расширить диапазон определяемых содержаний элементов за счёт более низких пределов определения. Следует также отметить, что методика массового анализа всегда сокращает число определяемых элементов для повышения своей экспрессности и снижения себестоимости анализа. Полный анализ индивидуальных проб может быть проведён по нескольким методикам в исследовательском режиме, что расширит число элементов, снизит пределы их определения и повысит точность результатов анализа.

Для решения задач археологии метод количественного элементного масс-спектрометрического анализа с индуктивно связанной плазмой ИСП-МС позволит получить новую информацию, например, для идентификации металлических артефактов по микропримесям, особенно в благородных металлах и сплавах.

Литература:

  1. Металлы и сплавы. Анализ и исследование. Масс-спектрометрия. Ядерно-физические и радиохимические методы. Газы в металлах. Том 4., СПб, 2009, 376с.
  2. МВИ № 001-ХМС-2007 «Методика выполнения измерений массовых долей элементов в горных породах методом масс–спектрометрии с индуктивно связанной плазмой», ООО «ХАЦ «Плазма», Томск, 2007.

Оставить комментарий

Popup tags

Filtered HTML

  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Разрешённые HTML-теги: <a> <em> <strong> <cite> <blockquote> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Full HTML

Plain text

  • HTML-теги не обрабатываются и показываются как обычный текст
  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.