主题:【原创】ICPMS Diane Beauchemin最新文献综述翻译之仪器进展部分

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无机麦地
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原文下载见:timstoICPMS的帖子Analytical Chemistry 两年一度[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp]ICP-MS评述[/url]
这里是2010年写的综述,
从第六页
INSTRUMENT DEVELOPMENT,
CHARACTERIZATION, AND OPTIMIZATION之后
到第七页Ion Detection之前的翻译

其中不乏有很多错误之处,还请各位老师提出修改意见,在这里先感谢各位老师和朋友了。
电感耦合等离子体质谱仪器进展


进样系统

【1段】气体中碳同位素比值的直接测量可以通过把气体直接连接有聚四氟乙烯PTFE)矩管和单流限流器的ICP火炬中,限流不需要质量流量控制器,因为它可能会导致产生同位素碎片[58]。有一种新的便宜的气体转化器用来实时测量大气颗粒物(APM),它而对周围大气颗粒物的的动力学学研究是十分重要的[59]。这个装置由两个同心矩管组成,一个样品气流动的多孔硅管,另一个载气流动的鹏硅酸盐的玻璃管引入Ar气。因为两个矩管压力不一样,在空气中气体分子与Ar气体进行交换,然后大气颗粒物就在Ar的载带下进入等离子体中。为了提高气体交换效率,三个气体交换器被平行用来保证650mL/min的空气引入速率和7 L/min的吹扫Ar气速率,各种大小的大气颗粒物能够被直接引入ICP火炬管中[59]。然而这种方法产生了噪声信号,如果有许多尖形峰那么说明有许多粗糙的颗粒物进入了等离子气体中。如果采用一个粒子大小控制器,它能够控制气体粒子大小,则可以研究特定粒子的动力学研究。虽然定量分析比较困难,但是可以获得元素浓度,化学组成,颗粒大小分布等信息。

雾化器

【2段】样品的生产能力可以通过使用ElementalScientific FAST的样品引入系统来得到提高,它运用一个隔膜泵来及时的填充样品回路以加入到酸性载体蒸汽中[60]。后者通过一个蠕动泵,和到达低流动区前与加入的标准内标物质溶液混合,PFA-ST微型同心雾化器嵌入了珀尔贴冷却器,挡板和玻璃的回旋雾化室[60]。进样体积足够大时候产生稳定的信号,不连续的进样会导致盐在锥口的沉积。此外,样品溶液的记忆效应和冲洗时间的最小化与Teflon(从不流经蠕动泵管)有关,不像传统的FI,蠕动泵是为了把样品引入到样品管路中。因此,和传统的FI与气动层流雾化器结合,或者是Scott双通道雾器,它能获得更好的准确性和精度,并且具有较低的检出限和样品消耗较少[61]。一个特例是Hg,消除它对结果的影响是十分重要的,因为它在回路中不是真正被清洗干净,即它很可能对下一次的测定产生影响。虽然如此,对ICPMS商家来说,当在潜在的客户面前分析样品时候,它常常用来证明FAST系统能够获得很好的处理能力。

【3段】火炬集成进样系统(TISIS)能够减少记忆效应,同时增大样品生产能力和减少样品消耗量,实际上是一个少量样品完全消耗的进样系统[62]。它由一个装有加热器能加热到70°C11cm3单通道雾化室组成,当加热它时可以提高气溶胶的蒸发,在提高传输效率的同时改善了等离子的热力学特征[63]。雾化室侧面有一个可供氩气进入的小孔,它是为了避免气溶胶溅射到雾化器墙面上,这是因为小液滴接触到热的雾化器表面后会蒸发和沉淀,它们的重新雾化会产生信号干扰,这样会降低准确度和检出限[62]。微流雾化器,如PFA-ST,使用一个Teflon适配器后和雾化室非常匹配,而雾化室直接和ICP火炬相连。因为辅助气的加入既提高分析灵敏度的同时引入了氧化物,气体流量会导致分析信号的显著增加因为在很少有氧化物被选择(0.1L/min)。所以,必须对雾化器气体流量做出适当的选择。虽然如此,总的样品消耗量达到80µL/min,没有发现在雾化器上有冷凝,与使用PFA-ST微流雾化器或回旋雾化器相比它能够提高灵敏度和检出限。这么高效率的样品引入系统和APEX一样,能够补偿由于增加SFMS仪器分辨率导致的灵敏度下降。

【4段】在任何情况下,为了获得较低的检出限,所有的误差来源必须减小到最小,包括蠕动泵引起的蠕动效应,它通常被用来提供连续的样品引入雾化器,并且连续不断的腾空雾化室。然而这样做可能产生气液蒸汽,它能够显著的改变雾化器内的体积,因此可能产生脉冲信号。这种效应可以通过利用一个分离泵而不是样品抽取泵来减小。它的流速可以通过分离流速的最小体积气体来调节。

等离子过程

【5段】等离子过程是模拟在ICP操作状态下,直径、化学组成、颗粒的大小分布等条件下,等离子体中溶解物颗粒的蒸发状态下的动力学。这种模拟预测了颗粒直径只有在小于0.4-0.6μmICPMS的样品才能够被完全雾化,这与用LA进样方式所得到的到达等离子体的颗粒大小尺寸结果是一样的。然而,等离子空间参数的模拟效率仍然不高,还需要进行更多的计算。这种模拟有利于对复杂、昂贵和危险的仪器预测结果。

【6段】每秒引入110个直径为35-67μm单分散小滴进入ICP,可以研究去溶化效应,研究氢、分析物和氩在原子发射光谱仪器末端的原子化过程。它将证明在加热状态的去溶化过程中,氢气产率对实验的有益的效应。它也揭示了分析质量的少量差异能够显著影响原子化过程当中的等离子体温度,这样会使分析信号改变,而且主要元素的原子化过程会稍微影响其附近元素的检测[67]

【7】ICP石英矩管的温度是另一个值得监测的参数。操作条件的确需要选择以最大限度的减小等离子体能力耗散,因此让尽量多的分析物在没有达到特定解离去玻璃化温度条件下离开,这最终会导致矩管熔化。红外热像仪可以无干扰的快速获得等离子运行状态下矩管温度的空间分布[68]。这种仪器显示了传统的Fassel型矩管具有连续的温度分散能力,具有清除的压力特征是以合适的等离子矩管位置为基础的。所以,红外热像仪是一种新的等离子体诊断方式,它将用于优化矩管的设计。

等离子样品过程

【8段】一种直接Monte Carlo模拟运算法则用于等离子样品气进入采样器中小部分区域的建模,当然它们遵循流体力学方程[69]。此外,在40007000K的温度范围内的模拟表明边界等离子体的范围比在理想假设条件下减少了15%。另一种计算机模拟程序则表明在取样器上方6mm处的模拟速度和实验结果是一致的[70]。而修正的模型估计值却和实际的实验值相差30%。这些模型在模拟等离子运行状态下预测流体性质是十分有用的。

【9段】取样器对分析离子和原子的分布的影响的确定是通过类比激光进样来实现的,即ICP有或者没有取样器接口[71]。把ICP矩管靠近取样器则会显著减小离取样器1-2mm处的带点离子的密度,但是与负载线圈相隔7-8mm处却的密度却增加了。取样器附近带点离子密度的减小部分原因是等离子接口处真空度引起的。然而,接口的存在也会降低离负载线圈4-9mm处的等离子体温度。对单价Ba离子在低等离子温度下信号强度的增强最具有说服力的解释是双电荷离子朝单电荷离子的漂移[71]。这反过来表明如果某种离子的第一和第二电离能小于氩的第一电离能则ICP可以产生双电荷离子。对电离能之和大于ArSrCa来说,双电荷离子在单电荷离子中比例的确是没有增加。

【10段】高分辨率激光激发荧光光谱探测取样器中顺流的Ca离子和Ar原子表明,虽然他们具有差不多的质量数,但是Ca离子最终的速度会比Ar原子高出5-6%[72]。这种差异也可以由计算机模拟中得到。计算机模型表明电磁场极性的改变会导致接口中电子密度和温度的不同变化率,以及接口处的真空会引起离子的额外加速。
该帖子作者被版主 timstoicpms3积分, 2经验,加分理由:翻译辛苦分
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无机麦地
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非常感谢handc老师和timstoICPMS老师的细心改正
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2011/6/8 16:27:14 Last edit by shuiyang88
秋月芙蓉
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原文由 无机麦地(shuiyang88) 发表:
有好心人会帮忙翻译这么长吗?
原文由 金水楼台先得月(albert800922) 发表:
麦地,都是你自己翻译的吗?


麦地好样的。
古道西风瘦马
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个人觉得有些部分的翻译有些问题,提出来大家讨论一下。

// 原文由 无机麦地(shuiyang88) 发表:

进样系统

这部分应该说的是直接进样系统,和传统的进样系统有差别

【1段】气体中碳同位素比值的直接测量可以通过把气体直接连接有聚四氟乙烯PTFE)矩管和单流限流器的ICP火炬中,限流不需要质量流量控制器,因为它可能会导致产生同位素碎片[58]
这是Santamaria-Fernandez 在2008年发表的一个非常精彩的成果。使用特氟龙的管连接单流流量控制器将样品引入炬管后使用ICPMS直接测量气体中的碳同位素,这样不需要使用质量流量控制器从而避免因其产生的同位素分馏。

有一种新的便宜的气体转化器用来实时测量大气颗粒物(
APM),它而对周围大气颗粒物的的动力学学研究是十分重要的[59]。这个装置由两个同心矩管组成,一个样品气流动的多孔硅管,另一个载气流动的鹏硅酸盐的玻璃管引入Ar气。

因为两个矩管压力不一样,在空气中气体分子与
Ar气体进行交换,然后大气颗粒物就在Ar的载带下进入等离子体中。
因为两个管中气体的分压不同,空气样品中的气体分子与Ar气进行交换,所以大气中的颗粒物在Ar气的携带下进入等离子体中。

为了提高气体交换效率,三个气体交换器被平行用来保证
650mL/min的空气引入速率和7 L/min的吹扫Ar气速率,各种大小的大气颗粒物能够被直接引入ICP火炬管中[59]。然而这种方法产生了噪声信号,如果有许多尖形峰那么说明有许多粗糙的颗粒物进入了等离子气体中。

如果采用一个粒子大小控制器,它能够控制气体粒子大小,则可以研究特定粒子的动力学研究。虽然定量分析比较困难,但是可以获得元素浓度,化学组成,颗粒大小分布等信息。

如果能够采用粒度控制仪来控制检测的颗粒大小,就可以采用这种技术来进行特定粒径的颗粒的动力学研究。当然,这种技术还存在一些问题,比如需要有已知元素浓度,化学组成和颗粒分布的标准物质。


雾化器

【2段】样品的生产能力可以通过使用ElementalScientific FAST的样品引入系统来得到提高,它运用一个隔膜泵来及时的填充样品回路以加入到酸性载体蒸汽中[60]
样品的利用率在使用Elemental Scientific的 FAST进样系统时可以提高一倍。这个系统采用隔膜泵将样品脉冲式进到样品环中,然后通过蠕动泵和内标溶液混合后注入酸性载气中。

后者通过一个蠕动泵,和到达低流动区前与加入的标准内标物质溶液混合,
PFA-ST微型同心雾化器嵌入了珀尔贴冷却器,挡板和玻璃的回旋雾化室[60]

进样体积足够大时候产生稳定的信号,不连续的进样会导致盐在锥口的沉积。
应是降低盐在锥口的沉积

此外,样品溶液的记忆效应和冲洗时间的最小化与
Teflon(从不流经蠕动泵管)有关,不像传统的FI,蠕动泵是为了把样品引入到样品管路中。
此外,因为进样过程仅仅与Teflon接触,避免了传统FI进样时使用蠕动泵进样,需要使用其他材质的进样管,从而将记忆效应和冲洗时间降到最低。

因此,和传统的
FI与气动层流雾化器结合,或者是Scott双通道雾器,它能获得更好的准确性和精度,并且具有较低的检出限和样品消耗较少[61]
并且和采用气动层流雾化器及scott双通雾室的传统FI相比,这套进样系统可以获得更好的准确度和精度,更低的样品用量和检测限。

一个特例是
Hg,消除它对结果的影响是十分重要的,因为它在回路中不是真正被清洗干净,即它很可能对下一次的测定产生影响。虽然如此,对ICPMS商家来说,当在潜在的客户面前分析样品时候,它常常用来证明FAST系统能够获得很好的处理能力。
Hg是一个特例,在采用FAST进样系统时有很显著的残留。因为采样环没有被真实清洗过,而可能是被引入的下一个样品清洗。然后对于ICPMS供应商来进行演示或者对潜在新客户进行样品测试来说,FAST的高效很受关注。


很抱歉,其他几个部分有空再讨论吧。
timstoicpms
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这是我今晚翻译的——不是直译,而是意译,中英文对照呈现:

【第一段】Direct Sample Introduction.
The direct measurement of carbon isotope ratio in gases can be done by connecting the sample gas cylinder to the ICP torch using PTFE tubing and a one-flow restrictor, which regulates the flow without the need for a mass flow controller that might induce isotopic fractionation (58).
封存有含碳气体的样品柱,通过聚四氟乙烯导气管和单向阀,与 ICP炬管尾端相连,可实现碳同位素直接测定【译者按:应该是用MC-ICP-MS测定碳同位素】。之所以使用单向阀控制气流量,是因为数控气体流量计可能会产生同位素分馏【译者按:数控气体流量计进出口存在压差,轻重核素的动力学扩差差异可能产生同位素分馏】。

A new inexpensive gas converter apparatus was developed for the real time analysis of airborne particulate matter (APM), which is important to enable the study of APM kinetic behavior in ambient air (59). The apparatus consists of two concentric tubes: a porous silica tube in which the air sample flows, which is in a borosilicate glass tube in which a counterflow of Ar is introduced. Because of the difference in partial pressures in the two tubes, the gas molecules in air are exchanged with Ar, thereby allowing APM to be carried to the plasma with Ar (59).
一种新颖的、便宜的气体转换器被用于实时分析大气颗粒物,该设备的引入对于大气颗粒物动力学研究十分重要。它由两个同心管构成:最中心的是渗透硅管,空气在内流动;最外层的是硼硅酸盐玻璃管,Ar反方向流动。由于两根管子存在压差,中心管内的空气分子被外层管的Ar置换,于是在中心管内,Ar承载着大气颗粒物进入等离子炬焰。

To increase the gas exchange efficiency, three gas converters were used in parallel to allow 650 mL/min air to be introduced and exchanged using 7 L/min Ar sweep gas, with APM of all sizes being directly introduced into the ICP torch injector (59). This however translated into a noisy signal, with many spikes, indicative of a variety of coarse particles reaching the plasma. If a particle size selector were also used at the inlet of the gas converter, kinetic studies related to specific size would become possible, although quantification is problematic, as standards with known elemental concentrations, chemical composition, and particle size distributions are required.
三套气体转换器被平行放置,使得650ml/min的空气与7L/minAr能高效置换,各种粒径的大气颗粒物被送入炬管内的中心喷射管。粗、细颗粒气溶胶混杂进入等离子体,这会带来噪声信号。可以在气体转换器入口加装一个粒径过滤器,这样就能针对特定粒径的气溶胶开展大气颗粒物动力学研究。但这样一来,定量研究就存在诸多问题,还需知道内标元素浓度、化学组成、粒径分布等细节。
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2011/6/7 23:47:58 Last edit by timstoicpms
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【第二段】Nebulization.
The sample throughput can be doubled with an Elemental Scientific FAST sample introduction system (Figure 3), which uses a diaphragm pump to instantaneously fill a sample loop, the content of which is then injected into an acidic carrier stream (60). The latter, which is pumped by a peristaltic pump, is merged with internal standard solution before reaching a low flow, PFA-ST microconcentric nebulizer that is in-serted in a Peltier-cooled, glass cyclonic spray chamber (60).
利用Elemental Scientific公司(ICPMS">http://www.[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp]ICPMS.com) 的FAST进样系统,单位时间内测试的样品件数翻倍,即效率翻倍。20ml/min的待测溶液经过隔膜泵,溶剂被当做废液排走,溶质与0.4ml/min的酸液先混合,然后与0.1ml/min内标溶液(可能含Sc Ge Y Rh In Re Tl Bi)混合——吸取酸液与内标溶液,是靠蠕动泵提供动力。最终,这些混合液依次进入四氟乙烯-过氟烷氧基乙烯聚合物材质(Tetrafluoroethylene Perfluoroalkoxyethylene copolymer=PFA)的微同心雾化器、配有珀耳帖冷却系统、石英玻璃材质的气旋式雾化室。

While the injection volume is large enough to result in a steady-state signal, the discrete injections effectively minimize salt build up on the cones. Furthermore, memory effects and washout times are minimized because the sample solution is only in contact with Teflon (i.e., never flows through peristaltic pump tubing) (60), unlike with conventional FI where a peristaltic pump is used to load the sample into the sample loop. Hence, compared to conventional FI combined with a pneumatic cross-flow nebulizer and Scott double-pass spray chamber, better precision and accuracy are achieved, with lower detection limits and reduced sample consumption (61). One exception is Hg for which significant carryover resulted because the FAST sample loop is not really rinsed (i.e., introduction of the next sample rinses the loop) (60). Nonetheless, the high throughput afforded by the FAST system makes it popular with ICPMS vendors, which often use it during demonstrations or while analyzing samples for potential new customers.
当进样体积很大时,虽然能产生平稳的信号,但可能在锥孔上产生较严重的盐沉积,而不连续进样能有效缓解锥孔盐沉积。传统流动注射进样时,要靠蠕动泵承载待测溶液进入sample loop,然后使用正交/错流型雾化器、斯科特型双筒式雾化室。对于FAST进样系统而言,待测溶液仅接触聚四氟乙烯材质的器件,待测溶液消耗较少,记忆效应和清洗时间都大幅降低,准确度与精密度更好,测定限更低——但汞是个例外。通常直接用下一个样品润洗sample loop,而不是用清洗液(例如稀硝酸)认真清洗后再测下一个样品,因此汞的测试效果并不理想。由于FAST进样系统的高效率,ICP-MS商家很赞赏它,经常在新客户面前展示FAST并做现场分析。
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2011/6/10 11:17:24 Last edit by timstoicpms
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