ICP-MS Thermo Fisher Scientific: точность элементного анализа в современном исполнении

Индуктивно-связанная плазменная масс-спектрометрия (ICP-MS) остаётся одним из самых мощных инструментов для определения элементного состава на уровне ультранизких концентраций. Благодаря исключительной чувствительности, широкому динамическому диапазону и возможностям многокомпонентного анализа, ICP-MS уверенно используется в таких отраслях, как экологический мониторинг, фармацевтическое производство, контроль пищевых продуктов, геохимия, металлургия и биомедицина.

Thermo Fisher Scientific разработала серию передовых ICP-MS-систем, сочетающих в себе прогрессивную ионизацию, интеллектуальные механизмы устранения спектральных и неселективных интерференций, устойчивость к матричным эффектам и эргономичную автоматизацию. Эти системы — iCAP™ RQ, iCAP™ TQ и Element™ Series — представляют собой универсальные решения для рутинного и специализированного анализа с соблюдением строгих требований методической валидации и нормативной совместимости.

Принцип действия и общая архитектура систем

ICP-MS-устройства Thermo Fisher работают по классической схеме: образец через пробоотборник поступает в небулайзер, затем в камеру распыления и далее в горелку, где создаётся аргоновая индуктивно-связанная плазма. При температуре свыше 6000 K элементы атомизируются и ионизируются, ионы проходят через конусную систему (sampling и skimmer), после чего направляются в масс-анализатор.

Модульность систем Thermo Fisher позволяет комбинировать компоненты в зависимости от аналитических задач:

• двух- или трёхквадрупольные масс-фильтры;

• высокоэффективные RF-генераторы с цифровой стабилизацией;

• системы Collision/Reaction Cell с возможностью работы в режиме KED (Kinetic Energy Discrimination) и CRC (Collision/Reaction Control);

• интеллектуальные механизмы самонастройки, включая автокалибровку, autotuning и системный мониторинг состояния.

Серия iCAP™ RQ: универсальность для рутинных задач

Система iCAP™ RQ ICP-MS — оптимальное решение для лабораторий, выполняющих повседневные элементные анализы. Она обеспечивает предельную чувствительность на уровне <1 ppt, одновременно поддерживая устойчивую работу в условиях высоких матричных нагрузок.

Используемый квадрупольный масс-анализатор позволяет работать в трёх режимах:

• стандартный режим (Standard mode) — для наиболее распространённых элементов;

• режим с использованием гелия (He KED) — эффективное устранение полиатомных интерференций;

• реакционный режим с водородом или аммиаком — селективное подавление спектральных наложений.

Программное обеспечение Qtegra™ Intelligent Scientific Data Solution (ISDS) обеспечивает автоматизацию процессов ввода проб, оптимизации режимов и расчёта результатов. Встроенные шаблоны соответствуют международным стандартам (USP, ICH, EPA, ISO).

Серия iCAP™ TQ: тройной квадруполь — новая точность

Системы iCAP™ TQ ICP-MS оснащены тройным квадрупольным фильтром, что позволяет реализовать true MS/MS режим. Это означает, что после первого квадруполя ионы целевого элемента проходят через реакционную ячейку, где происходят реакции с заданным газом (например, O₂, H₂, NH₃), а второй квадруполь выбирает специфический продукт реакции. Такой подход значительно повышает точность анализа в условиях сложных матриц.

Особенности iCAP™ TQ включают:

• режим TQ-O2 для анализа элементов с высокой массой (As, Se, Cr) с реакцией окисления;

• режим TQ-H2 для устранения полиатомных интерференций (например, 40Ar+ на 40Ca);

• интеграция автосамплеров CETAC™ для высокопроизводительной автоматизации.

Дополнительно реализована возможность анализа нестабильных изотопов и элементов, традиционно вызывающих сложности в одноквадрупольных системах.

Серия ELEMENT™: секторные масс-анализаторы высокого разрешения

Для задач, требующих предельного разрешения и изотопной точности, Thermo Fisher предлагает секторные ICP-MS системы — ELEMENT 2 и ELEMENT XR. Эти приборы работают на основе двойной фокусировки (электростатической и магнитной), позволяя достигать разрешения до 10 000 (10% valley) и точности масс до 0.002 u.

Сферы применения таких систем:

• определение изотопного состава радионуклидов;

• исследование редкоземельных элементов;

• анализ загрязнений на уровне следовых количеств (sub-ppt);

• геохронология и изотопная геохимия.

Особенностью ELEMENT XR является возможность работы в режиме расширенного динамического диапазона — от ppq до ppm без необходимости переключения усиления или повторной калибровки.

Пробоподготовка и ввод проб

Для максимальной аналитической точности крайне важно соответствие всех этапов пробоподготовки методологическим требованиям. В системе ICP-MS от Thermo Fisher используется целый комплекс технологий:

• универсальные небулайзеры (MicroMist™, PFA-ST) с устойчивостью к кислотным матрицам;

• конические камеры распыления с циклонной геометрией для повышения эффективности транспортировки аэрозоля;

• автосамплеры ASX-560, ASXpress и FAST для работы с большим числом образцов без участия оператора;

• возможность подключения гидридных генераторов и систем с микроволновым разложением (например, MARS 6) для специфических матриц.

Управление спектральными и матричными интерференциями

Thermo Fisher внедряет интеллектуальные алгоритмы устранения интерференций на всех этапах анализа. Среди реализованных подходов:

• использование реакционных и коллизионных ячеек с газами O₂, H₂, He, NH₃;

• режим Neutral Mass Shift с компенсацией полиатомных ионов (например, ArCl+ → 75As);

• использование алгоритма AutoKED для оптимизации параметров столкновений в реальном времени;

• компенсация эффекта матрицы за счёт интернализации и мультиэлементных стандартов с коррекцией отклонений.

Преимущества ICP-MS Thermo Fisher

Выделим основные конкурентные и эксплуатационные достоинства ICP-MS-решений от Thermo Fisher Scientific:

1. Высокая чувствительность: пределы обнаружения — от 0,1 до 10 ppt.

2. Широкий динамический диапазон: от ppq до ppm.

3. Надёжная система устранения интерференций.

4. Поддержка анализа нестабильных изотопов.

5. Возможность MS/MS анализа (в TQ-конфигурациях).

6. Быстрая автооптимизация и автокалибровка.

7. Интеграция с программным обеспечением Qtegra ISDS.

8. Совместимость с фармацевтическими и экологическими регламентами.

9. Поддержка протоколов IQ/OQ/PQ и соответствие 21 CFR Part 11.

10. Простота обслуживания и быстрая смена режимов анализа.

Типовые применения ICP-MS в отраслевых лабораториях

ICP-MS оборудование Thermo Fisher используется в следующих направлениях:

• Экология: анализ тяжёлых металлов в питьевой и сточной воде (Cd, Pb, Hg, As).

• Фармацевтика: определение остаточных катализаторов и токсичных элементов (ICH Q3D).

• Пищевая безопасность: контроль загрязнителей в детском питании, специях, злаках.

• Геохимия: анализ руд, пород, флюидов и включений в минералах.

• Материаловедение: оценка элементного состава сверхчистых материалов.

• Биомедицина: исследование микроэлементов в крови, плазме, тканях.

• Ядерная аналитика: определение изотопного состава актинидов и продуктов деления.

Автоматизация и цифровизация

Системы ICP-MS от Thermo Fisher обеспечивают полную цифровую интеграцию с LIMS, SCADA и облачными хранилищами. Через интерфейс Qtegra осуществляется удалённый мониторинг состояний, автоматическая валидация данных, построение отчётов и экспорт в фармацевтические системы документооборота. Функции Predictive Maintenance и системная диагностика повышают операционную надёжность и снижают риски незапланированного простоя.

Сравнительная таблица ICP-MS систем Thermo Fisher Scientific