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La mwbwspettrometria di massa a plasma accoppiato induttivamente, indicata con mwcaICP-MS (dall'mwcqinglese mwcginductively coupled plasma-mass spectrometry), è una tecnica di mwcwchimica analitica basata sull'utilizzo della mwdaspettrometria di massa abbinata al mwdqplasma accoppiato induttivamente. Il primo ICP-MS commerciale è stato l'ELAN 250 inventato e prodotto dalla PerkinElmer nel 1983. È una tecnica molto mwdwsensibile e in grado di determinare diverse sostanze inorganiche mweametalliche e mweqnon metalliche presenti in mwegconcentrazioni anche di circa una mwewparte per miliardo (ppb). Sfrutta l'utilizzo di una mwfatorcia al plasma ICP per produrre la mwfqionizzazione e di uno spettrometro di massa per la separazione e rivelazione degli mwfgioni prodotti. Con la ICP-MS è anche possibile effettuare l'analisi mwfwisotopica.

• Generalità

• Il plasma

• Spettrometro di massa

• Esecuzione dell'analisi

• Introduzione del campione

• Passaggio degli ioni nel vuoto

• Usi

• Note

• Bibliografia

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

La mwhqtorcia al plasma utilizzata nella ICP-MS è costituita da tre tubi concentrici, solitamente in mwhgquarzo, con l'estremità finale della torcia posta in una mwhwbobina di mwiainduzione magnetica alimentata da mwiqcorrente elettrica ad alta mwigradiofrequenza. Il mwiwplasma viene prodotto utilizzando un flusso di mwjaargon (solitamente di 14-18 litri per minuto); in tal modo vengono prodotti mwjqelettroni liberi e ioni Armwjg+. Gli elettroni interagiscono con il mwjwcampo magnetico indotto subendo delle mwkaaccelerazioni in direzione variabile in funzione delle variazioni di frequenza. Questi, collidendo con mwkqatomi di argon, sono in grado di produrre ulteriori ioni Armwkg+ ed elettroni: si raggiungerà una situazione di mwkwequilibrio dinamico quando la produzione di nuovi elettroni per collisione sarà bilanciata dalla combinazione degli elettroni con gli ioni Armwla+, processo che porta alla nuova formazione di atomi di mwlqargon. Il plasma prodotto in tale modo è in grado di raggiungere temperature dell'ordine dei 6.000-10.000 mwlgK.

Vengono utilizzati altri due differenti flussi di argon, solitamente di un litro per minuto, uno ausiliario tra i due tubi più esterni con lo scopo di mantenere il plasma lontano dalle pareti della torcia e un terzo flusso introdotto dal tubo centrale per creare una zona a temperatura minore.

Lo mwmgspettrometro di massa sfrutta solitamente un mwmwanalizzatore di massa a quadrupolo. Gli ioni vengono separati in base al loro rapporto mwnamassa/mwnqcarica e viene prodotto un segnale proporzionale alla concentrazione. La concentrazione può essere determinata tramite mwngcalibrazione con standard o anche tramite mwnwdiluizione isotopica.

Altri analizzatori di massa utilizzati nella ICP-MS includono sistemi a mwoqdoppia focalizzazione, sia con collettori singoli che multipli, e sistemi a mwogtempo di volo con acceleratori assiali o ortogonali.

Il campione viene introdotto mwpwnebulizzato dal tubo centrale della torcia tramite il flusso di argon che funge da carrier. L'analita subisce quindi l'evaporazione della fase liquida a cui segue la vaporizzazione e atomizzazione dei solidi presenti. Gli atomi prodotti subiscono successivamente la perdita dell'elettrone legato con minore forza formando ioni con singola carica positiva (i mwqametalli alcalino-terrosi, a causa del basso mwqqpotenziale di seconda ionizzazione, possono dare anche ioni doppiamente carichi).

L'utilizzo ottimale dei nebulizzatori riguarda i campioni liquidi quali le mwqwsoluzioni, comunque possono essere utilizzati anche nel caso in cui si lavori con materiale più denso e consistente (semisolido). La nebulizzazione può essere ottenuta tramite l'utilizzo di diversi dispositivi tra i quali spiccano quelli pneumatici e a mwraultrasuoni con diverse varianti. L'mwrqaerosol prodotto viene spesso trattato in modo da ottenere gocce molto piccole e di dimensione pressoché omogenea facendolo passare in una apposita camera.

L'mwrwablazione laser è un metodo di introduzione del campione utilizzato meno comunemente. In questo metodo un fascio laser viene fatto incidere sul campione creando del materiale ablato che viene introdotto nel plasma. Questo metodo è particolarmente utile nel caso di campioni solidi, anche se la calibrazione con standard può risultare non particolarmente accurata. La tecnica in questo caso si indica con LA-ICP-MS.

Altri metodi utilizzati nella ICP-MS per l'introduzione del campione sono la vaporizzazione elettrotermica (ETV) e la vaporizzazione in torcia (in torch vaporization, ITV), che utilizzano superfici calde di mwsqgrafite o metalli per la vaporizzazione dell'mwsganalita. In questo modo possono essere utilizzate quantità molto piccole di campione.

L'introduzione avviene tramite la mwtacamera di nebulizzazione (spray chamber) della quale esistono varie forme e modelli. Le camere sono raffreddate mediante l'utilizzo di mwtqcelle di Peltier, che consentono un raffreddamento intorno ai 5mwtg °C che evita la formazione di ossidi e la migliore aspirazione dei componenti organici volatili.

Lo spettrometro di massa effettua la separazione massa/carica degli ioni in condizioni di mwuqvuoto. Tale vuoto viene creato e mantenuto da una serie di mwugpompe. Il primo stadio sfrutta comunemente una pompa rotativa che rimuove la maggior parte del gas e permette di raggiungere pressioni di 133 mwvaPa. Gli stadi successivi sono volti a generare un vuoto ancora più spinto tramite mwvqpompe turbomolecolari.

Il fascio di ioni viene guidato. I metodi utilizzati a tale scopo variano in funzione della strumentazione utilizzata. Alcuni utilizzano semplici piatti indirizzanti, mentre altri sfruttano metodi più complessi quali i mwvwquadrupoli, esapoli o ottupoli per guidare gli mwwqioni.

Negli ultimi anni i produttori hanno immesso sul mercato molti strumenti che utilizzano una mwwwcella di collisione o una mwxacella di reazione dinamica in cui il fascio di ioni viene fatto collidere con dei gas a pressione relativamente bassa. Queste collisioni causano delle reazioni che alterano la natura stessa del fascio ionico, generalmente rimuovendo o attenuando le interferenze che potrebbero influire sull'analisi.

Il campione passa infine verso l'analizzatore massa/carica e il rivelatore.

La cella di reazione dinamica (DRC, mwyqDynamic Reaction Cell) è una camera collocata prima del tradizionale mwygquadrupolo di una strumentazione ICP-MS, con lo scopo di eliminare le interferenze isobare. L'uso di gas di cella puri in una cella di reazione dinamica con quadrupolo di scansione consente una riduzione dell'interferenza molto più elevata e specifica rispetto alla discriminazione dell'energia cinetica con l'elio.

La sensibilità dell'analita viene mantenuta o addirittura aumentata dalla focalizzazione collisionale. Allo stesso tempo, anche gli sfondi spettrali più elevati vengono rimossi istantaneamente da una reazione chimica prevedibile. La prima cella di reazione è stata brevettata e montata dall'azienda PerkinElmer sul modello ELAN DRC II.

La tecnologia che sfrutta l'interfaccia di reazione collisionale (CRI, mwzwCollisional Reaction Interface), utilizzata dagli strumenti Varian, rappresenta un altro approccio per la distruzione di ioni interferenti.cite-ref-1[1] Tali ioni vengono rimossi tramite l'iniezione di un gas collisionale (mwbqelio), un gas reattivo (mwbgidrogeno), o una miscela dei due, direttamente nel flusso di mwbwplasma. In questo modo vengono provocate ulteriori collisioni e reazioni in grado di distruggere gli ioni poliatomici presenti nel plasma.

La tecnologia del campo assiale (AFT, mwcgAxial Field Technology) è un brevetto della PerkinElmer che rappresenta un miglioramento della cella di reazione dinamica. Consiste di due barre supplementari, più piccole rispetto alle normali barre del quadrupolo, collocate nella camera DRC al fine di rendere più veloce l'uscita degli ioni tramite la creazione di un potenziale elettrico supplementare. Il tempo necessario di permanenza del gas nella camera DRC viene minimizzato e la velocità di esecuzione dell'analisi aumenta.

Il sistema di reazione a ottapolo (ORS, mwdgOctopole Reaction System), si differenzia dalla cella di reazione dinamica per l'utilizzo di un ottapolo (piuttosto che un mwdwquadrupolo) e per il fatto che sfrutta principalmente gas di collisione (mweaelio) e, in alcuni casi, gas moderatamente reattivi come l'mweqidrogeno o l'mwegammoniaca diluita; il volume della camera ORS è minore rispetto a quello della camera DRC e richiede una maggiore manutenzione per rimuovere eventuali impurezze che potrebbero generare nuove interferenze. I piccoli atomi di mwewelio e le piccole molecole di mwfaidrogeno collidono con le molecole poliatomiche formatesi nel plasma, con una maggiore frequenza rispetto agli ioni di interesse (singoli atomi). Il maggior numero di collisioni, dovuta alla maggiore sezione di impatto, produce una riduzione dell'mwfqenergia cinetica per gli mwfgioni poliatomici, che possono essere poi utilmente bloccati all'uscita della camera. Da rimarcare che il sistema ORS è basato principalmente sulla Discriminazione di Energia Cinetica in seguito a collisione e non consente una discriminazione basata sulla separazione di massa, come nel caso della DRC.

La tecnica ICP-MS può essere utilizzata in analisi ambientali di campioni di acqua (o di altro tipo) oppure in determinazioni mwgqtossicologiche quale la determinazione della concentrazione urinaria di metalli tossici.

È possibile effettuare anche l'analisi elementare, con un intervallo di mwgwelementi chimici determinabili compresi tra la mwhamassa atomica del mwhqlitio fino a quella dell'mwhguranio (in teoria tra 7 e 250 unità). Si possono rivelare concentrazioni dell'ordine dei mwhwng/mwiaL. Diversamente dall'mwiqassorbimento atomico, che può misurare un solo elemento per volta, la ICP-MS consente invece la determinazione simultanea degli elementi con il conseguente vantaggio di velocizzare tale tipo di analisi.

L'utilizzo di una tecnica mwiwcromatografica, quale la mwjacromatografia a permeazione di gel o la cromatografia liquida, associata alla ICP-MS quale metodo separativo, consente anche determinazioni mwjgbiochimiche quali quelle sulle mwjwmetalloproteine o altre mwkaproteine o mwkqbiomolecole. Le proteine o i mwkgpeptidi possono essere determinati dopo marcatura con un mwkwmetallo (solitamente un mwlalantanide) realizzata con l'utilizzo di un opportuno reagente denominato mwlqMeCAT (Metal Coded Tagging). È così possibile, ad esempio, effettuare studi di mwlgfarmacocinetica o di mwlwproteomica.

cite-note-11. ↑ I. Kalinitchenko, Patent Application under the Patents Cooperation Treaty WO 2004/012223 A1

• Jarvis k.E., Gray A.L,. Houk R.S.: mwoqInductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, Blackie, 1992, ISBN 0-216-92912-1

• Date A.R., Gray A.L.: mwpaInductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, Blackie, 1989, ISBN 0-216-92488-X

• mwqqPlasma accoppiato induttivamente

• mwqwLA-ICP-MS

• mwrqSpettrometria di massa

Altri progetti

• Wikimedia Commons

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su ICP-MS

• citerefbritannica-com(EN) Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.