طيف سنج جرمي پلاسماي جفتي القايي ليزري (LA-ICP-MS)

تکنیک LA ICP-MS یک روشی است که برای تعیین عناصر نادر موجود در مواد جامد به کار برده می شود، در عین حال که کاربرد وسیعی در زمینه های تحقیقاتی چون ژئوشیمی، علم مواد و ننیز مطالعات زیست محیطی دارد. این تکنیک در عین حال که تفکیک پذیری در حدود میکرومتر یک پرآب لیزری را داراست ، سرعت و حساسیت بسیار بالایی نیز دارد و از رقبای سایر تکنیکهای میکروبیم از قبیل میکروپروب پروتونی و نیز طیف سنجی جرمی یون ثانویه به شمار می آید. انواع مختلفی از ابزارهای لیزری ابداع شده اند که هم از نظر محیط لیزر (گازها، لیکوئیدها، جامدات و نیمه رساناها) و نیز نوع طراحی و ساختار بایکدیگر تفاوت دارند. نخستین لیزرهایی که در LA ICP-MS مورد استفاده قرار گرفتند، لیزرهای یاقوتی بودند که نور لیزری IR را از خود ساتع می کردند. اما امروزه در برخی آزمایشگاهها از لیزرهایی استفاده می شود که دررنج ماوراء بنفش طیفهای الکترومغناطیسی فعال اند ، اما متداولترین نوع لیزرهایی که مورد استفاده قرار می گیرند، لیزرهای Nd-YAG هستند. این لیزرها اشعه های لیزری IR پالسی را با طول موج 1064 نانومتر ایجاد می کنند. از آنجا که نور لیزری ماوراء بنفش در مقایسه با سایر نورهای لیزری IR به طور موثرتری با اکثر جامدات واکنش می دهد، فرکانس نوری که توسط لیزرهای Nd-YAG تولید می شود معمولا از نظر نوری به گونه ای است که نور لیزری ماوراء بنفش با طول موج 266 نانومتر را گسیل می سازد.
نمونه ای که قرار است آنالیز شود، در یک محفظه نمونه دارای کلاهک شیشه ای قرار داده می شود که نور اشعه ماوراء بنفش را از خود عبور می دهد. جریانی از گاز حامل Ar از طریق دریچه کوچکی وارد محفظه نمونه می شود. محفظه نمونه بر روی صفحه ای قرار گرفته است که امکان حرکت نمونه را نسبت به اشعه لیزری به سمت جلو و عقب، راست و چپ و بالا و پایین فراهم می سازد. سپس نور لیزر بر روی نمونه متمرکز شده و تصاویر به دست آمده توسط دوربین ویدوئویی رنگی نشان داده می شود.
آماده سازی نمونه برای دستگاه LA ICP-MS :
در بسیاری موارد، آماده سازی نمونه مورد استفاده در روش آنالیزی LA ICP-MS بسیار به سهولت انجام می گیرد. نمونه هایی که در محفظه آماده سازی قرار می گیرند، می توانند انواع مختلفی داشته باشند برای مثال اپوکسی (قطعات سنگی یا دانه های کانی)، بریکتهای پودری پرسی (مورد استفاده در انالیز نمونه های سنگی توده ای)، درست مشابه نمونه هایی که در شیوه XRFS یا آنالیز میکروپروب مورد استفاده قرار می گیرد.
کالیبراسیون:
در بسیاری موارد کاربردی، کالیبراسیون آنالیزی از طریق استاندارد سازی خارجی و با استفاده از یک یا چند ماده مرجع استاندارد مصنوعی یا طبیعی صورت می گیرد. از جمله این مواد استاندارد می توان شیشه های سیلیکاتی مصنوعی تولید شده توسط موسسه استانداردها و تکنولوژی ملی ایالات متحده (برای مثال NIST-610 و NIST-612) را نام برد که شامل انواع مختلفی از عناصر نادر در رینجهای غلظتی متنوع می باشند.
استاندارد سازی داخلی:
در آنالیز مواد سیلیکاتی، از کلسیم وسیلیس به طور متناوب به عنوان استانداردهای داخلی استفاده می شود. بسته به میزان فراریت، گروههای مختلفی از عناصر، برای دستیابی به کیفیت مطلوبی از داده ها لازم است نرمال سازی شوند. یکی از دشواریهای شیوه آنالیز LA ICP-MS آن است که غلظت عناصر استاندارد داخلی در تمامی نمونه ها می بایست توسط نوعی تکنیک آنالیزی (برای مثال میکروپراب الکترونی یا XRFS) پیش از انجام فرایند آنالیز تعیین شود.
انترفرانسها:
درست مانند ICP-MS ، درتکنیک LA ICP-MS نیز انترفرانسهای ایزوباریک، مولکولی و نیز یونی بار مضاعف دخیل هستند. به جهت عدم حضور اسیدها و مواد آبی در آئروسل نمونه ای (برای مثال پلاسمای خشک)، انترفرانس یونهای اکسیدی در مقایسه با خود محلول به مقدار زیادی کاهش می یابد (معمولا کمتر از 0.5 درصد). البته با انتخاب محتاطانه ایزوتوپهای آنالیت و نیز بهینه سازی دقیق شرایط عملیاتی ابزاری، می توان اغلب این انترفرانسها را حذف و از پیشامد آنها جلوگیری کرد.
حدود آشکارسازی، دقت:
حدود آشکارسازی LA ICP-MS متناسب با قدرت لیزر و نیز حجم ماده آنالیز شده متغیر است. حدود اشکارسازی در بسیاری از عناصر معمولا در حدود ppb تا کمتر از ppb است.

کاربردها:
در قسمت زیر لیستی از موادی که برای شناسایی عناصر نادر مختلف توسط تکنیک LA ICP-MS انالیز می شود ، اورده شده است :
• عناصر نادر در کانیها، تخته سنگها و شیشه های آتشفشانی
• زوناتیون عناصر نادر در کانیها
• نسبتهای ایزوتوپی
• مقاطع نازک پتروگرافیک
• آنالیز توده ای بریکتهای پودری پرسی (برای مثال، تخته سنگها، خاک، رسوبات)
• مصالح مورد استفاده در باستان شناسی (از قبیل سرامیک)
• مواد پلاستیکی
• فلزات
• مواد نیمه رسانا
• کاتالیزورها( برای مثال زئولیت)
• مواد بیولوژیکی (برای مثال صدفها، دندانها و استخوانها)

طیف سنجی LA/ICP/MS
برخلاف سایر روشهای طیف سنجی جرمی ، آماده سازی نمونه در تکنیک LA/ICP/MS به منظور جداسازی و حذف ماتریکس و نیزسایر انالیتها چندان زمانبر نیست. در عوض، ابلاسیون لیزری در نقطه از پیش تعیین شده ای ازسطح نمونه موجب ایجاد گردی از نمونه می شود که توسط جریانی از گاز ارگون خنثی، به درون پلاسما منتقل شده و در آنجا تجزیه و یونیزه شده و سپس توسط طیف سنج جرمی طبقه بندی می شود. این ابزار مجهز به سیستم تصویربرداری با کنترل کامپیوتری، پولیش و فوکوس لیزری است که از ویژگیهای آن می توان ابلاسیون نقاط به ابعاد کمتر از 5 میکرومتر تا 300 میکرومتر را نام برد.

نتیجه
سیستم ICP-MS امکان آنالیز عناصر جدول تناوبی رادر حدود آشکارسازی بسیارپایین فراهم می سازد، بدین ترتیب که نمونه به صورت محلول به سیستم ICP-MS معرفی می شود. اغلب اوقات، آنالیز نمونه های لیکوئیدی چندان نیاز به آماده سازی ندارد. حال انکه نمونه های جامد می بایست به صورت محلول در ایند. البته انجام این فرایند وقت گیر است و غالبا نیاز به استفاده از معرفهای اسیدی و سایر تجهیزات آماده سازی دارد. افزودن ترکیبات شیمیایی چون اسید هیدروفلوریک برای انحلال نمونه، می تواند انترفرانسهای ماتریکسی تشکیل شده در پلاسما و نیز میزان الایندگی انها را افزایش دهد. ادغام دو تکنیک ICP-MS با تکنیک معرفی نمونه جامد ابلاسیون لیزری (LA) نیاز به حداقل آماده سازی را دارد. تکنیک LA-ICP-MS در واقع نوعی تکنیک نسبتا غیر مخرب و ایده ال در آنالیز نمونه های عنصری به شمار می اید که هضم انها دشوار است و یا در مواردی که مقادیر بسیار کمی از نمونه می بایست آنالیز شود.

منبع: پایگاه ملی داده های علوم زمین