Az ICP-OES készülékek fő egységei és azok kapcsolata

Átírás

1 Az ICP-OES készülékek fő egységei és azk kapcslata (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii) Plazma sugárfrrás, ami szabad atms, szabad ins állaptba viszi és gerjeszti a mintát alktó elemeket és előállítja a minta elemeit jellemző ptikai sugárzást. Rádiófrekvenciás generátr és illesztő egység, ami előállítja és szabályzza a plazma működtetéséhez szükséges rádiófrekvenciás energiát. Gázadagló egység: biztsítja a plazma és mintabevitel argn áramait. Mintabeviteli egység (prlasztó, prlasztókamra és perisztaltikus pumpa), ami a mintaldatt aerszllá alakítja a és a kis cseppméretű frakciót bejuttatja a plazmába. Leképező egység a plazmából jövő ptikai sugárzást bejuttatja a fényfelbntó egységbe. Fényfelbntó egység, spektrméter, plikrmátr vagy mnkrmátr, ami spektrálisan felbntja a plazma ptikai sugárzását, elkülöníti az egyes elemek spektrumvnalait, megjeleníti a spektrumt. Optikai detektr, a detektr(k) az adtt hullámhsszn jelentkező fényintenzitással intenzitással aránys elektrms jelet állít elő (CCD-xy, CIDxy, CCD-sr, ftelektrn skszrzó (PM) használats). (viii) Számítógépes adatgyűjtő és vezérlő egység: felhasználói prgramn keresztül működteti a készüléket, méri és feldlgzza az adatkat.

2 Az ICP-OES készülékek fő egységei és azk kapcslata Élelmiszerek makr és mikr elemeinek meghatárzása AAS, ICP-OES és ICP-MS módszerekkel (Dr. Bezur László) Gázadagló egység, Ar RF generátr 27MHz v. 40 MHz Számítógépes adatgyűjtő és vezérlő egység Prlasztó prlasztó-kamra Leképező egység Fényfelbntó egység (plikrmátr v. mnkrmátr) Optikai detektr CCD-xy CID-xy CCD-sr PM Perisztaltikus pumpa plazma sugárfrrás Mintaldat

3 ICP-OES készülék típusk és rövid jellemzésük Krai knstrukciók (1980- (1) Mnkrmátrs ICP-OES készülék, PM detektr jellemzés: vnalválasztás szabad, felbntás közepes, pasztázó multielemes üzemmód, a direkt vnalra állás nem megbízható. (2) Plikrmátrs ICP-OES készülék, Pashen-Runge, PM-detektrk jellemzés: vnalválasztás kötött, felbntás közepes, szimultán multielemes üzemmód, szimultán pásztázó háttérkrrekció. Mdern knstrukciók (1993- ) (3) Plikrmátrs ICP-OES készülék, Echelle plikrmátr, CCD-xy, CID-xy mátrix detektr jellemzés: vnalválasztás szabad, a felbntás nagy, szimultán multielemes üzemmód. (4) Plikrmátrs ICP-OES készülék, Pashen-Runge plikrmátr, CCD detektr sr jellemzés: vnalválasztás szabad, felbntás nagy, szimultán multielemes üzemmód (5) Mnkrmátrs ICP-OES, kisebb méretű CCD detektr jellemzés: vnalválasztás szabad, felbntás nagy, pasztázó multielemes üzemmód, a spektrumt a CCD detektr pásztázással kb. 30 beállításból építi fel.

4 ICP-OES készülékek, mnkrmátr + PM A mnkrmátr + PM detektr megldás az ptikai ráccsal előállíttt vnalas spektrumból egy kb. 50µm széles kilépőréssel lkalizálunk egy spektrumvnalat a vnal intenzitását a rés mögött elhelyezett ftelektrn-skszzóval mérjük meg az ptikai rács frgatásával (pásztázás) a spektrumt vízszintes irányban elmzdítjuk és így tetszőleges elem spektrumvnalát a detektrra tudjuk vinni. a pásztázás segítségével tudunk a vnalak mellett háttérmérést végezni minden hullámhssz beállításnál 1-10s integrálással mérjük az intenzitást a részmérések ideje összeadódik ezért a mérési idő jelentően nő a mért elemek számával a mnkrmátrk nem képesek megbízhatóan, 0,0005pm abszlút pntssággal beállítani a hullámhsszt pásztázással kell a vnal maximumt megkeresni. eztvábbi időt igényel és elvi prblémákat is felvet fentiek miatt a mnkrmátr nem egy ideális berendezés ICP-OES készülékekhez.

5 Pásztázó multielemes mérés: mnktmátr + PM Elemek spektrumvnalai Optikai ráccsal felbnttt spektrum As Zn C Mn Fe Na R1&D1 A spektrum pásztázása nm tartmányban, spektrumvnalak és háttér méréshez Kilépő rés (R1) és PM detektr (D1) hullámhssz, nm Elemek pásztázó multielemes elvű mérése 1db ftelektrn-skszrzó detektrral felszerelt mnkrmátrs ICP-OES készülékkel. Spektrum pásztázó üzemmód a nm tartmányban: a mnkrmátr az ptikai rács állításával mzgatja a spektrumt a kilépő résre és detektrra vetíti a kiválaszttt spektrum vnalat (jel+háttér intenzitás mérése), illetve a vnal környezetét (háttér intenzitás mérése).

6 Szimultán multielemes mérés: plikrmátr + PM A plikrmátr + PM detektrk megldás az ptikai ráccsal előállíttt vnalas spektrumból kb. 50µm széles kilépőrésekkel lkalizáljunk a kiválaszttt elemek spektrumvnalait, az egyes kilépő réseken áthaladó fényt intenzitását ftelektrn-skszzókkal mérjük minden elem méréséhez szükséges egy ftelektrn-skszrzó és a hzzá tartzó elektrnikus egységek. az összes elemet egyidejűleg un. szimultán multielemes üzemmódban mérhetjük kb 5-10s integrálási idővel, a háttér méréséhez itt is szükséges a spektrum kb. 0,1nm-es elmzdítása, pásztázása a pásztázást egy kvarc lemez frgatásával lehet megldani minden beállítás újabb 5-10s mérési időt, összesen kb s ciklusidőt ad mintánként a mérőcsatrnák (elemek) száma elérheti a et ez a megldás jól kihasználja az ICP-OES módszerben rejlő lehetőségeket, de nagyn drága, a kiválaszttt vnalak nem cserélhetők a spektrális felbntás elmarad az ideális 4-5pm-től, ami indklatlan vnalzavaráskat kz.

7 Szimultán multielemes mérés: plikrmátr + PM-srzat Elemek kiválaszttt spektrumvnalai Optikai ráccsal felbnttt spektrum As Zn C Mn Fe Na R1&D1 R2&D2 R3&D3 R4&D4 R5&D5 R6&D6 Kilépő rések (R) és PM detektrk (D) A spektrum pásztázása háttér méréshez hullámhssz, nm Elemek szimultán multielemes elvű mérése 6db ftelektrn-skszrzó detektrral felszerelt plikrmátrs ICP-OES készülékkel. A kilépőrések és detektrk rögzített beépítésűek a kiválaszttt spektrumvnalhz, elemhez rendelve. A spektrum kismértékű (0,1nm) pásztázásával válik lehetővé a háttér intenzitásk mérése.

8 Szimultán multielemes mérés CCD-xy detektrral Élelmiszerek makr és mikr elemeinek meghatárzása AAS, ICP-OES és ICP-MS módszerekkel (Dr. Bezur László) A plikrmátr + CCD-xy vagy CID-xy, skelemes félvezető detektrral felépített készülékekben az ptikai ráccsal előállíttt vnalas spektrumt sk kis detektr elemet (262000db) tartalmazó félvezető detektrra vezetjük. egy-egy spektrum vnalat szélesség és magasság irányban is több detektr fed le, így a vnalak intenzitás elszlása is látható és számítógéppel megjeleníthető a detektrk egyidejűleg mérik a spektrum vnal és a háttér helyek intenzitását, így 10s-s integrálással az összes adatt mérhetjük ideális esetben a detektrk a teljes haszns spektrumtartmányt lefedik a háttérkrrekciós helyek tetszőlegesen megválaszthatók megfelelő plikrmátr (Echelle plikrmátr) és CCD/CID detektr kmbinációval elérhető az ideális 5pm-es felbntás, így elkerülhetők az indklatlan vnalátlaplásk is.

9 Szimultán multielemes mérés CCD-xy detektrral Elemek kiválaszttt spektrumvnalai Optikai ráccsal felbnttt spektrum As Zn C Mn Fe Na y x CCD xy detektr elemek ( pixel, 5pm/pixel) A spektrum megjelenése a detektrelemeken hullámhssz, nm Elemek szimultán multielemes elvű mérése a teljes spektrumt lefedő CCD-xy vagy CID-xy detektrral felszerelt plikrmátrs ICP-OES készülékkel. A teljes spektrumt, a spektrum vnalak és a környező háttér intenzitását kis méretű, ptikai detektr elemekkel észlejük egyidejűleg. A detektr pzíciókhz a számítógép hzzá rendeli a hullámhsszt, illetve az elemet.

10 Spektrumvnal érzékelése és megjelenítése CCD-xy detektrral Spekrumvnal I Hullámhssz, nm Spektrumvnalak megjelenítésének elve a CCD-xy detektr eleme által mért intenzitásból

11 Krszerű félvezető ptikai detektr knstrukciók (CCD v. CID) CCD/CID detektr sr struktúrája (pl 1024 pixel) CCD/CID x-y detektr (pl pixel) Krszerű félvezető ptikai detektr knstrukciók (CCD v. CID)

12 Echelle plikrmátr CID-xy detektrral ICP-OES méréshez 46,5 fks blaze, 54,5 vnal/mm, echelle rács CID detektr 14,3 x 14,3 mm F=381 mm trid camera tükör F=381 mm gömb kllimátr tükör 53 µm belépő apertura 17,5 fks kvarc prizma 1:1 leképezés A felbnttt spektrumvnal 3x3 pixelen jelenik meg Echelle plikrmátr CID-xy detektrral ICP-OES méréshez

13 Echellgram felépítése 800nm 30 spektrumrendek spektrumszegmensek 120 hullámhssz, nm 170nm Echellgram felépítése

14 Echellgram felépítése és megjelenítése 800 nm 740 nm 178 nm 177 nm Echellgramban az egyes spektrumvnalak aznsítása (bal) és az echellgram megjelenítése a készülék képernyőjén.

15 ICP-OES készülék Echelle plikrmátrának fényképe A CID detektr A detektr kamra ablaka A prizmával felbnttt sugár A prizmával (y) és ptikai ráccsal (x) is felbnttt sugár A leképező tükör előállítja a spektrumt (x-y) a detektrn belépőrés belépő sugárzás prizma, ami függőleges síkban (y) szétválasztja a spektrum rendeket klimátr tükör, ami párhuzams nyalábt állít elő Egy ICP-OES készülék Echelle plikrmátrának fényképe a sugárút rajzs megjelenítésével

16 Spektrum vnal megjelenése a detektrn és a reknstruált kép a szftverben Élelmiszerek makr és mikr elemeinek meghatárzása AAS, ICP-OES és ICP-MS módszerekkel (Dr. Bezur László) Egy spektrum vnal megjelenése a detektrn és a reknstruált kép a szftverben

17 Pixel kép megjelenítése a képernyőn Pixel kép megjelenítése a képernyőn, a tallium dublett felbntásának bemutatása (Tl dublet: nm és nm, egy pixel= 0,0035 nm)

18 Spektrum vnalak a képernyőn Spektrum vnalak a képernyőn, a tallium dublett felbntásának bemutatása (Tl dublet: nm és nm, egy pixel= 0,0035 nm)

19 Radiális és axiális leképezés váltása tükörrendszerrel, DUO mód Radiális leképezés állás (tükör le) Axiális leképezés állás (tükör fel) Radiális és axiális leképezés váltására szlgáló DUO egység

20 RF-generátrk Plazma sugárfrrás és RF generátr Frekvencia a 27,12 MHz vagy 40,68 MHz Teljesítmény 0,7-2 kw, Vízhűtéses indukciós tekercs 2-3 menetes Illesztő egység 50 hm kimeneti impedanciájú RF generátrkhz Impedancia hanglás, visszavert teljesítmény beállítása

21 RF-generátrk Az RF generátrk típusk (i) Állandó frekvenciájú generátrk un. kristályvezérelt generátrk a frekvenciáját a nminális frekvenciára állítják be kvarckristály szcillátrral a plazma váltzó impedanciáját az illesztő egységben található kapacitással kell hanglni ez a hanglás lassú (ii) Szabadn futó generátrk a nminálistól való kismértékű elhanglásával történik az impedancia hanglás ez a hanglás egyszerűbb, gyrsabb és jbban autmatizálható megbízhatóbb működtetést biztsít nehéz mintáknál

22 RF-generátrk végfkzata 2 cm 2kW-s léghűtéses RF-elektrncső 3-4 kv, 1 A 1 db/készülék 150W-s félvezető RF-teljesítmény FET 40V, 4 A 18 db/készülék

23 Félvezető RF-generátr végfkzata

24 ICP-csatló egység csatló tekercs vákuum kndenzátr pf 8 menet induktivitás kaxiális kábel, 50hm plazmaégő légréses kndenzátr hűtővíz be hűtővíz ki 4x100 pf

25 . Mintabevitel induktív csatlású plazmába Kncentrikus kialakítású Meinhard prlasztó (ICP-OES, ICP-MS) Kncentrikus kialakítású Meinhard prlasztó

26 Mintabevitel induktív csatlású plazmába Szögprlasztó és V-prlasztó (ICP-OES és ICP-MS) Szögprlasztó és V-prlasztó

27 Kónikus prlasztókamra+ V-prlasztó (ICP-OES)

28 Cikln kamra Meinhard prlasztóval Cikln kamra Meinhard prlasztóval

29 Ultrahangs prlasztó, deszlvatáló egységgel Élelmiszerek makr és mikr elemeinek meghatárzása AAS, ICP-OES és ICP-MS módszerekkel (Dr. Bezur László) Száraz aerszl a plazmaégőhöz Hűtő Kndenzátum Ar gáz Fűtőtest, 200 C Léghűtéses ultrahang frrás Minta be Kndenzátum Ultrahangs prlasztó, deszlvatáló egységgel

30 ICP-OES módszer tervezésének és beállításának lépései A mérendő elemek kiválasztása, a várható ldatkncentrációk megadása, A mátrixelemek megadása, mátrix elem kncentrációk megadása, A spektrumvnalak kiválasztása az un. analitikai vnalakból (1-10 vnal/elem) A spektrumvnal kiválasztás szempntjai: kimutatási határ, tartmány, zavaró elemek Plazma paraméterek megválasztása, ptimálása (DL, zavarásk), plazma teljesítmény megfigyelési magasság belső argn sebesség (prlasztó)

31 ICP-OES módszer tervezésének és beállításának lépései A kiválaszttt vnalak kísérleti tanulmányzása standard ldatkkal és a mintákkal, A háttérkrrekciós pzíciók kiválasztása Kalibrációs ldatsrk tervezése és készítése Kalibrációs módszer választása: (i) egyszerű kalibráció, (ii) belső standard módszer Kalibráció, kalibrációs függvények tanulmányzása elemenként Szükség esetén vnalzavarásk krrekciója (kalibráció) A módszer ellenőrzése CRM mintával

32 Krszerű ICP-OES készülék