eng
Выпуск #4/2020
А. Е. Каменщиков, И. В. Малков
Системы лазерной абляции в сочетании с масс-спектрометрами с индуктивно-связанной плазмой
Системы лазерной абляции в сочетании с масс-спектрометрами с индуктивно-связанной плазмой
Просмотры: 1023
Системы лазерной абляции
в сочетании с масс-спектрометрами
с индуктивно связанной плазмой
А. Е. Каменщиков, И. В. Малков
Кратко представлены принципы работы и возможности современных систем лазерной абляции производства Teledyne Cetac Technologies в сочетании с масс-спектрометрами c индуктивно связанной плазмой (LA-ICP-MS)
Широко известны уникальные возможности аргоновой индуктивно связанной плазмы в качестве источника возбуждения или ионизации. Высокая температура – порядка 8 000 °К – позволяет перевести любую неорганическую или органическую пробу в атомарное состояние, при этом результаты анализа в минимальной степени подвержены тем или иным матричным влияниям. Однако для анализа твердых образцов их необходимо переводить в раствор. Эту процедуру можно избежать, используя системы лазерной абляции (LA) для отбора вещества с поверхности пробы. Технология имеет достаточно длинную историю, которая берет начало в 80-х годах прошлого столетия. Она основана на принципе испарения материала с поверхности исследуемого образца с дальнейшим его переносом в плазму спектрометра в виде взвеси частиц аэрозоля.
С тех пор системы претерпели множество усовершенствований, направленных в первую очередь на улучшение таких параметров, как: эффективность возбуждения независимо от физических свойств материала анализируемого образца, сокращение времени доставки в плазму, уменьшение размеров испаренных частиц и снижение диапазона их распределения, повышение равномерности распределения энергии по сечению лазерного луча, уменьшение диаметра этого сечения, повышение стабильности энергии лазера, снижение количества оптических элементов системы, упрощение ее сервисного обслуживания, надежность и многих других.
Разнообразие аналитических задач и исследуемых материалов диктует востребованность таких систем в самых различных конфигурациях. Важные параметры, которые их отличают: длина волны лазерного луча, диапазон энергии импульса и его длительность (наносекундные или фемтосекундные).
Первый опыт применения систем лазерной абляции не вполне оправдал ожидания аналитиков. Основная причина состояла в недостаточно эффективном испарении при воздействии лазера с длиной волны 266 нм. Поглощение энергии на этой длине волны в значительной степени зависит от природы материала образца, что затрудняет проведение количественного анализа. Другой источник ошибки – эффект фракционирования, когда при прохождении частиц пробы через плазму атомы различной природы с разной скоростью покидают эти частицы и ионизируются. В определенной степени эти трудности удалось преодолеть с помощью лазеров с длиной волны излучения 213 нм. Однако наиболее эффективны эксимерные лазеры на газовой смеси Ar-F с длиной волны 193 нм. Под действием коротковолнового излучения материал мгновенно переходит в парообразное состояние, практически минуя стадии нагрева и плавления. Образуются частицы меньшего диаметра с узким распределением по размерам, в результате чего эти частицы полностью атомизируются и в равной степени ионизируются в плазме масс-спектрометра.
Другое преимущество систем с эксимерным лазером с длиной волны 193 нм – высокая эффективность поглощения материалами различной природы. Наиболее ярко этот эффект иллюстрирует кварц, слабо поглощающий излучение с длиной волны 213 или 266 нм.
Качество испарения можно оценить по форме кратера от воздействия лазерного импульса. Его правильная форма свидетельствует о максимально полном испарении материала.
Такая форма кратера позволяет с высокой точностью изучать состав и толщину покрытий, производить картирование поверхности образца с высоким пространственным разрешением (от 1 мкм).
Возможности метода LA в максимальной степени воплощены в современных системах производства Teledyne Cetac Technologies. Критически важными элементами таких систем являются ячейки абляции, где размещаются образцы и калибровочные стандарты.
Последние разработки – две модели ячеек HelEx II и Cobalt. HelEx II – наиболее универсальна и обеспечивает эффективный отбор вещества за счет воронкообразного потока аргона в зоне пятна абляции. Ячейка Cobalt в большей степени ориентирована на быстрое сканирование поверхности пробы с высоким пространственным разрешением.
Уникальные возможности новой ячейки Cobalt наиболее ярко проявляются в сочетании с последней системой лазерной абляции IRIDIA и системой быстрой доставки ARIS, когда время сканирования исследуемой поверхности сокращается в десятки раз. При этом каждая новая вспышка абляции может происходить на каждом новом шаге перемещения образца.
Еще больше возможностей предоставляется при использовании системы LA в комбинации с времяпролетным масс-спектрометром ICP-TOF-MS производства TOFWERK. Спектрометры данного типа способны отсканировать каждую вспышку абляции, и при этом одновременно регистрировать все элементы и их изотопы, в результате позволяя получить изображения распределения по поверхности каждого из этих изотопов.
С помощью системы можно изучать самые различные материалы – от горных пород до биологических тканей, включая клетки крови, поскольку в широком диапазоне и с высокой точностью можно управлять мощностью импульсов абляции.
В последнее время находит большее применение использование систем LA при проведении исследований в области биохимии и медицины.
Мы будем рады предоставить подробную информацию о системах лазерной абляции производства Teledyne Cetac Technologies / Teledyne Photon Maсhines, а также об опыте их применения в ведущих мировых лабораториях.
«НКЦ «ЛАБТЕСТ», info@lab-test.ru
в сочетании с масс-спектрометрами
с индуктивно связанной плазмой
А. Е. Каменщиков, И. В. Малков
Кратко представлены принципы работы и возможности современных систем лазерной абляции производства Teledyne Cetac Technologies в сочетании с масс-спектрометрами c индуктивно связанной плазмой (LA-ICP-MS)
Широко известны уникальные возможности аргоновой индуктивно связанной плазмы в качестве источника возбуждения или ионизации. Высокая температура – порядка 8 000 °К – позволяет перевести любую неорганическую или органическую пробу в атомарное состояние, при этом результаты анализа в минимальной степени подвержены тем или иным матричным влияниям. Однако для анализа твердых образцов их необходимо переводить в раствор. Эту процедуру можно избежать, используя системы лазерной абляции (LA) для отбора вещества с поверхности пробы. Технология имеет достаточно длинную историю, которая берет начало в 80-х годах прошлого столетия. Она основана на принципе испарения материала с поверхности исследуемого образца с дальнейшим его переносом в плазму спектрометра в виде взвеси частиц аэрозоля.
С тех пор системы претерпели множество усовершенствований, направленных в первую очередь на улучшение таких параметров, как: эффективность возбуждения независимо от физических свойств материала анализируемого образца, сокращение времени доставки в плазму, уменьшение размеров испаренных частиц и снижение диапазона их распределения, повышение равномерности распределения энергии по сечению лазерного луча, уменьшение диаметра этого сечения, повышение стабильности энергии лазера, снижение количества оптических элементов системы, упрощение ее сервисного обслуживания, надежность и многих других.
Разнообразие аналитических задач и исследуемых материалов диктует востребованность таких систем в самых различных конфигурациях. Важные параметры, которые их отличают: длина волны лазерного луча, диапазон энергии импульса и его длительность (наносекундные или фемтосекундные).
Первый опыт применения систем лазерной абляции не вполне оправдал ожидания аналитиков. Основная причина состояла в недостаточно эффективном испарении при воздействии лазера с длиной волны 266 нм. Поглощение энергии на этой длине волны в значительной степени зависит от природы материала образца, что затрудняет проведение количественного анализа. Другой источник ошибки – эффект фракционирования, когда при прохождении частиц пробы через плазму атомы различной природы с разной скоростью покидают эти частицы и ионизируются. В определенной степени эти трудности удалось преодолеть с помощью лазеров с длиной волны излучения 213 нм. Однако наиболее эффективны эксимерные лазеры на газовой смеси Ar-F с длиной волны 193 нм. Под действием коротковолнового излучения материал мгновенно переходит в парообразное состояние, практически минуя стадии нагрева и плавления. Образуются частицы меньшего диаметра с узким распределением по размерам, в результате чего эти частицы полностью атомизируются и в равной степени ионизируются в плазме масс-спектрометра.
Другое преимущество систем с эксимерным лазером с длиной волны 193 нм – высокая эффективность поглощения материалами различной природы. Наиболее ярко этот эффект иллюстрирует кварц, слабо поглощающий излучение с длиной волны 213 или 266 нм.
Качество испарения можно оценить по форме кратера от воздействия лазерного импульса. Его правильная форма свидетельствует о максимально полном испарении материала.
Такая форма кратера позволяет с высокой точностью изучать состав и толщину покрытий, производить картирование поверхности образца с высоким пространственным разрешением (от 1 мкм).
Возможности метода LA в максимальной степени воплощены в современных системах производства Teledyne Cetac Technologies. Критически важными элементами таких систем являются ячейки абляции, где размещаются образцы и калибровочные стандарты.
Последние разработки – две модели ячеек HelEx II и Cobalt. HelEx II – наиболее универсальна и обеспечивает эффективный отбор вещества за счет воронкообразного потока аргона в зоне пятна абляции. Ячейка Cobalt в большей степени ориентирована на быстрое сканирование поверхности пробы с высоким пространственным разрешением.
Уникальные возможности новой ячейки Cobalt наиболее ярко проявляются в сочетании с последней системой лазерной абляции IRIDIA и системой быстрой доставки ARIS, когда время сканирования исследуемой поверхности сокращается в десятки раз. При этом каждая новая вспышка абляции может происходить на каждом новом шаге перемещения образца.
Еще больше возможностей предоставляется при использовании системы LA в комбинации с времяпролетным масс-спектрометром ICP-TOF-MS производства TOFWERK. Спектрометры данного типа способны отсканировать каждую вспышку абляции, и при этом одновременно регистрировать все элементы и их изотопы, в результате позволяя получить изображения распределения по поверхности каждого из этих изотопов.
С помощью системы можно изучать самые различные материалы – от горных пород до биологических тканей, включая клетки крови, поскольку в широком диапазоне и с высокой точностью можно управлять мощностью импульсов абляции.
В последнее время находит большее применение использование систем LA при проведении исследований в области биохимии и медицины.
Мы будем рады предоставить подробную информацию о системах лазерной абляции производства Teledyne Cetac Technologies / Teledyne Photon Maсhines, а также об опыте их применения в ведущих мировых лабораториях.
«НКЦ «ЛАБТЕСТ», info@lab-test.ru
Отзывы читателей
