تفاوت‌ های کلیدی ICP_OES و ICP_MS؛ انتخاب هوشمندانه در آنالیز عنصری

مقدمه

در دنیای پیشرفته امروز، شناسایی دقیق عناصر تشکیل‌دهنده مواد و تعیین غلظت آن‌ها در نمونه‌های مختلف، از اهمیت بسیاری در علوم مختلف، صنایع و کنترل کیفیت برخوردار است. دو تکنیک قدرتمند که در خط مقدم این آنالیزهای عنصری قرار دارند، پلاسمای جفت شده القائی-طیف‌ سنجی نشر نوری (ICP-OES) و پلاسمای جفت شده القائی-طیف‌ سنجی جرمی (ICP-MS) هستند. هرچند هر دو از یک منبع انرژی مشابه برای برهمکنش با نمونه استفاده می‌کنند، اما روش آشکارسازی و نوع اطلاعاتی که ارائه می‌دهند، آن‌ها را برای کاربردهای متفاوتی مناسب می‌سازد. انتخاب هوشمندانه بین این دو، کلید دستیابی به نتایج دقیق، کارآمد و متناسب با نیازهای تحلیلی است. اصول علمی پذیرفته شده در حوزه شیمی تجزیه و مستندات فنی منتشر شده توسط سازندگان پیشرو این تجهیزات، راهنمای ما در درک این تفاوت‌ها خواهند بود.

قدرت بی‌ بدیل پلاسما

هر دو دستگاه، ماجراجویی خود را برای کشف ترکیبات نمونه، از یک بخش مشترک و بسیار پرتوان به نام پلاسمای جفت شده القائی  (ICP) آغاز می‌کنند. در این مرحله، نمونه (که اغلب به صورت مایع است) به درون یک محیط گازی فوق‌العاده داغ و یونیزه شده از آرگون – پلاسما – وارد می‌شود. دمای پلاسما که می‌تواند به ۷۰۰۰ درجه سانتی‌گراد یا بیشتر برسد، نمونه را به اتم‌های سازنده‌اش تجزیه کرده و این اتم‌ها را به شدت برانگیخته و پرانرژی می‌سازد. این آماده‌سازی اولیه، بستر لازم برای مراحل بعدی آشکارسازی را فراهم می‌کند.

مسیرهای متفاوت در آشکارسازی؛ نوری یا جرمی؟

پس از عبور از پلاسما، مسیر دو تکنیک از هم جدا می‌شود و هر یک با رویکردی متفاوت به تحلیل نمونه می‌پردازند:

•  ICP-OES خواندن امضای نوری عناصر

در دستگاه ICP-OES ، تمرکز بر نور (فوتون‌های) منتشر شده از اتم‌های برانگیخته در پلاسما است. هنگامی که این اتم‌های پرانرژی به حالت پایدارتر خود بازمی‌گردند، انرژی اضافی را به صورت نور با طول موج‌های خاصی آزاد می‌کنند. هر عنصر، طیف نوری منحصربه‌فردی دارد – می‌توان آن را به “اثر انگشت نوری” یا “امضای رنگی” خاص آن عنصر تشبیه کرد. سیستم نوری در ICP-OES این نورها را جمع‌آوری، بر اساس طول موج تفکیک کرده و شدت هر طول موج را اندازه‌گیری می‌کند. از روی طول موج‌های شناسایی شده، نوع عناصر موجود و از روی شدت نور، غلظت آن‌ها تعیین می‌شود.

•  ICP-MS شمارش و توزین یون‌ های عناصر

در مقابل، دستگاه ICP-MS به جای نور، بر یون‌های (اتم‌های باردار شده) تولید شده در پلاسما تمرکز دارد. انرژی بالای پلاسما، بسیاری از اتم‌ها را به یون تبدیل می‌کند. این یون‌ها سپس به درون یک سیستم پیچیده به نام طیف‌سنج جرمی هدایت می‌شوند. در اینجا، یون‌ها بر اساس نسبت جرم به بار الکتریکی‌شان (m/z) از یکدیگر جدا شده و سپس شمارش می‌شوند. این فرآیند را می‌توان به یک “ترازوی اتمی” فوق‌العاده حساس تشبیه کرد که قادر است انواع مختلف اتم‌ها را بر اساس وزنشان دسته‌بندی و تعداد هر دسته را مشخص کند.

مقایسه توانایی‌ ها؛ چه چیزی هرکدام را متمایز می‌ کند؟

این تفاوت بنیادین در روش آشکارسازی، منجر به قابلیت‌ها و محدودیت‌های متفاوتی برای هر تکنیک می‌شود:

• حساسیت و حدود تشخیص

 ICP-MS به دلیل توانایی شمارش مستقیم یون‌ها، از حساسیت بسیار بالاتری برخوردار است و برای شناسایی مقادیر بسیار بسیار ناچیز عناصر (در حد بخش در تریلیون (ppt) یا حتی بخش در کوادریلیون (ppq)) ایده‌آل است. این قابلیت در صنایعی مانند نیمه‌هادی‌ها یا در تحقیقات سم‌شناسی که نیاز به ردیابی مقادیر فوق‌العاده کم از یک ماده است، حیاتی می‌باشد.

ICP-OES نیز حساسیت خوبی ارائه می‌دهد، اما معمولاً برای غلظت‌های کمی بالاتر (در حد بخش در میلیارد (ppb) تا بخش در میلیون (ppm)) مناسب‌تر است. این سطح از حساسیت برای بسیاری از کاربردهای روتین کنترل کیفیت و پایش محیطی کفایت می‌کند.

• آنالیز ایزوتوپی

یکی از برجسته‌ترین مزایای ICP-MS، توانایی آن در تفکیک و اندازه‌گیری ایزوتوپ‌های مختلف یک عنصر است. ایزوتوپ‌ها، اتم‌های یک عنصر با تعداد نوترون (و در نتیجه وزن) متفاوت هستند. این قابلیت، درهای جدیدی را در تحقیقات منشأیابی (مانند تعیین منشأ جغرافیایی یک محصول)، تاریخ‌نگاری زمین‌شناسی، مطالعات متابولیسم با استفاده از ردیاب‌های ایزوتوپی و علوم هسته‌ای باز می‌کند.

ICP-OES به طور معمول چنین اطلاعات ایزوتوپی را ارائه نمی‌دهد و تنها غلظت کلی عنصر را گزارش می‌کند.

نوع و پیچیدگی مزاحمت‌ ها (Interferences)

هر دو تکنیک با پدیده “مزاحمت” روبرو هستند، جایی که سیگنال عنصر هدف تحت تأثیر سایر اجزای نمونه قرار می‌گیرد.

در ICP-OES، چالش اصلی، مزاحمت‌های طیفی است؛ یعنی همپوشانی نور منتشر شده از عناصر مختلف یا باندهای مولکولی. این موارد اغلب با انتخاب طول موج‌های جایگزین، استفاده از سیستم‌های نوری با قدرت تفکیک بالا و الگوریتم‌های تصحیح نرم‌افزاری قابل مدیریت هستند.

ICP-MS با چالش‌های پیچیده‌تری مانند مزاحمت‌های ایزوباریک (یون‌های عناصر مختلف با جرم تقریباً یکسان) و مزاحمت‌های پلی‌اتمیک (تشکیل یون‌های مولکولی در پلاسما که جرم مشابه با ایزوتوپ هدف دارند) روبروست. البته، دستگاه‌های مدرن ICP-MS مجهز به فناوری‌هایی نظیر سلول‌های برخورد/واکنش (CRC) هستند که به طور مؤثری این مزاحمت‌ها را کاهش می‌دهند یا حذف می‌کنند.

محدوده کاری و اثرات ماتریکس نمونه

ICP-OES معمولاً دارای محدوده دینامیکی خطی وسیع‌تری است، به این معنی که می‌تواند غلظت‌های بسیار متفاوت (از کم تا زیاد) را در یک آنالیز با دقت خوبی پوشش دهد. همچنین، این تکنیک اغلب مقاومت بیشتری در برابر نمونه‌هایی با ماتریکس پیچیده (یعنی حاوی غلظت بالایی از نمک‌ها یا سایر ترکیبات) از خود نشان می‌دهد.

ICP-MS گرچه فوق‌العاده حساس است، اما ممکن است در برابر نمونه‌هایی با ماتریکس سنگین، بیشتر دچار سرکوب سیگنال یا گرفتگی در بخش ورودی (مخروط‌ها) شود. بنابراین، آماده‌سازی دقیق نمونه در ICP-MS اهمیت بیشتری دارد.

هزینه و سهولت بهره‌ برداری

از نظر اقتصادی، ICP-OES معمولاً هزینه خرید اولیه و هزینه‌های عملیاتی کمتری دارد. همچنین، کاربری و نگهداری آن به طور کلی ساده‌تر تلقی می‌شود.

 ICP-MS به دلیل پیچیدگی فنی بیشتر، به‌ویژه نیاز به سیستم‌های خلاء بالا و کنترل دقیق‌تر پارامترها، هزینه اولیه بالاتری داشته و نیازمند تخصص و تجربه بیشتری برای بهره‌برداری و نگهداری است.

راهنمای انتخاب: کدام تکنیک برای کدام نیاز؟

با توجه به این تفاوت‌ها، می‌توان یک راهنمای کلی برای انتخاب ارائه داد:

 ICP-OES را انتخاب کنید اگر…

نیاز به آنالیز روتین با تعداد نمونه بالا و حدود تشخیص در سطح ppb تا ppm دارید.

بودجه شما محدودتر است و اطلاعات ایزوتوپی یا حساسیت فوق‌العاده بالا اولویت اصلی نیست.

نمونه‌های شما دارای ماتریکس سنگین و غلظت بالای جامدات محلول هستند.

مثال کاربردی: کنترل کیفیت آب آشامیدنی برای فلزات معمول، آنالیز عناصر مغذی در خاک و گیاه، بررسی فلزات در آلیاژهای صنعتی (در غلظت‌های معمول)..

 ICP-MS را انتخاب کنید اگر…

به حساسیت بسیار بالا برای اندازه‌گیری مقادیر فوق‌العاده کم ppt و پایین‌تر نیاز دارید.

آنالیز ایزوتوپی و تعیین نسبت‌های ایزوتوپی برای شما ضروری است.

در حال آنالیز مواد با خلوص بسیار بالا (مانند صنایع نیمه‌هادی یا دارویی) یا انجام تحقیقات پیشرفته هستید.

مثال کاربردی: اندازه‌گیری ناخالصی‌های عنصری در داروها مطابق با استانداردهای بین‌المللی، پایش آلاینده‌های کمیاب در محیط زیست، تحقیقات ژئوشیمیایی و اقیانوس‌شناسی، مطالعات سم‌شناسی و پزشکی قانونی

نتیجه‌ گیری؛ ابزارهایی مکمل، نه رقیب

در نهایت، باید تاکید کرد که ICP-OES و ICP-MS رقیب یکدیگر نیستند، بلکه دو ابزار تحلیلی قدرتمند و اغلب مکمل در زرادخانه آزمایشگاه‌های مدرن به شمار می‌روند. انتخاب “بهترین” تکنیک، به ماهیت نمونه، اهداف آنالیز، سطح دقت و حساسیت مورد نیاز و ملاحظات عملیاتی و اقتصادی بستگی دارد. درک تفاوت‌های ظریف بین این دو تکنیک، به متخصصان امکان می‌دهد تا با انتخاب ابزار صحیح، به دقیق‌ترین و معتبرترین نتایج دست یابند و به پیشبرد دانش و فناوری در حوزه‌های مختلف کمک کنند.

جهت اطلاع از موجودی کالاها و قیمت ها با مشاورین فروش شرکت تجهیزات آزمایشگاهی مهام آزما ۰۲۱۸۸۵۰۹۳۸۴ – ۰۲۱۸۶۰۴۵۸۷۰ در ارتباط باشید.