Hệ thống đưa mẫu vào trong plasma của hệ ICPMS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA HÓA HỌC
BỘ MÔN HÓA PHÂN TÍCH

Hệ thống đưa mẫu vào plasma

GVHD:

TS. Nguyễn Văn Đông

Nhóm trình bày: Lê Hữu Quang Tuyến
Võ Thị Kim Quyên



Nebulizer

Spray chamber

Qua hệ thống HPLC

Mẫu dạng lỏng:

Dạng Hydride

Hóa hơi lạnh Hg
Chuyển mẫu về dạng
khí
ETV
Plasma

Mẫu từ hệ thống GC


PHUN SƯƠNG TRỰC TIẾP

Bao gồm hai giai đoạn:

Chuyển mẫu dạng lỏng thành dạng

Tách chọn các hạt sương kích

aerosol

thước nhỏ đi vào plasma.

Pneumatic

Ultrasonic

Buồng phun kiểu

nebulize

nebulizer

“double pass”

Buồng phun
kiểu
“cyclonic”

Crossflow nebulizer

Fritted disk nebulizer
Cone spray nebulier
nebulizer
Slot or V-groove
Babinton nebulizer

Thường làm bằng thuỷ tinh, khi dùng cho mẫu có độ ăn mòn cao thì có thể dùng
các polymer trơ hóa học

microflow nebulizer
concentric nebulizer
Concentric nebulizer
Sử dụng lực cơ học của dòng khí mang Ar xuyên qua một ống mao quản hay một

PNEUMATIC NEBULIZER:

lỗ để biến mẫu thành các hạt sương




Các loại Pneumatic nebulize:
Concentric (Meinhard) nebulizer:

Ống mao quản làm bằng thủy tinh

Đường kính ống mao quản 0.2-0.35mm

Tốc độ hút mẫu thấp hơn so với ICP-OES (thường <1ml/phút, Agilent 7500 :
0.4ml/phút)
Tố độ dòng Ar: khoảng 1L/phút

Mẫu có chất rắn lơ lửng hoặc hàm lượng muối cao→ dễ nghẹt


Microflow nebulizer ( high-efficiency nebulizer-HEN):

Đường kính ống mao quản nhỏ (∼100µm) , tốc độ dòng mẫu thấp (<0.1ml/phút)

Áp suất khí mang lớn

Áp dụng cho các mẫu có lượng mẫu giới hạn hoặc mẫu bị ảnh hưởng b ởi hiệu ứng lưu

Tạo giọt sương nhỏ hơn so với dạng concentric thông th ường

Thường làm bằng polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroalkoxy, (PFA), polyvinylfluoride (PVF), hoặc thạch anh

Thích hợp cho mẫu có hàm lượng chất rắn hòa tan thấp (Ví dụ phân tích chất bán dẫn)



Crossflow nebulizer

Khí argon được dẫn vào một
Chứa 2 ống mao quản bằng
thủy tinh hoặc thạch anh

ống tạo ra sai biệt áp suất ở
đầu tip của ống, hút dung
dịch của ống kia ở tốc độ
khoảng 3ml/phút

Hạt sương tạo thành lớn hơn
Năng lượng của dòng khí Ar

và có độ phân tán rộng hơn

phá vỡ mẫu thành các hạt

so với concentric nebulizer

sương tại đầu tip của ống

nên độ nhạy thấp hơn nhưng

mao quản

ổn định hơn cho mẫu có có
lượng chất rắn hòa tan cao

Đường kính mao quản lớn
hơn concentric nebulizer→
hạn chế tắc nghẽn.


Crossflow nebulizer

Babington nebulizer

Sử dụng được cho nhiều loại mẫu kể cả có lượng rắn lơ lửng hoặc ch ất rắn hòa tan cao ho ặc đ ộ nh ớt cao

Cho mẫu lỏng chảy qua một bề mặt láng mịn chứa lỗ nhỏ, khí Ar tốc độ cao phát ra từ lỗ nhỏ “cắt” chất lỏng thành hạt
sương.



USGS Babington nebulizer

USGS Babington nebulizer

Đường kính lỗ khí :

Vận tốc khí Ar: khoảng

Vận tốc mẫu qua ống

0.1mm

600ml/phút

dẫn: 3-5ml/phút


Một số dạng Babington nebulizer khác:

Slot or V-groove nebulizer:

Mẫu chảy xuống rãnh chữ V băng qua lỗ phun khí Ar
Khí phân tán lớp màng mẫu tạo thành các h ạt sương
Tốc độ dòng Ar khoảng 0.4-1.2L/phút


Cone spray nebulier:
Fritted disk nebulizer:

Một dạng thương mại của cone spray nebulier:
Orifice đường kính khoảng 216µm
Áp suất làm việc 32psi

Orifice được thay thế bằng đĩa xốp
Có nhiều lỗ nhỏ nên hiệu suất tạo sương cao (>90%)
Tốn nhiều thờn gian để ổn định và để rửa


So sánh các dạng pneumatic nebulizer


ULTRASONIC NEBULIZER

Transducer được điều khiển bằng
nguồn phát siêu âm ở tần số 200kHz
đến 10MHz







Mẫu được bơm đến bề mặt transducer
bằng bơm nhu động

Hiệu suất tạo sương khoảng 10-20%, có thể tăng bằng cách giảm tốc đ ộ dòng mẫu
Quá trình tạo sương không bị ảnh hưởng bởi tốc độ thổi khí Ar
Giảm tốc độ dòng Ar làm tăng thời gian lưu mẫu trong plasma→ tăng độ nhạy
Độ lặp lại kém hơn so với kỹ thuật pneumatic nebulizer

Năng lượng siêu âm phá vỡ lớp màng dung dịch
trên bề mặt transducer tạo thành các hạt
sương


ULTRASONIC NEBULIZER


ULTRASONIC NEBULIZER

Làm giảm nhiệt
Hiệu suất tạo

Lượng dung môi

độ hay có thể tắt

sương cao

vào plasma lớn

plasma hoặc tạo
nhiễu nền

Khắc phục

Gia nhiệt

Sử dụng bộ loại dung môi
Làm lạnh

Lọc qua màng

(desolvation)

(tùy chọn)



Cần bổ sung bơm khi sử dụng Babington và

Concentric và cross-flow nebulizer không yêu c ầu s ử d ụng

Ultrasonic nebulizer

bơm tuy nhiên nên dùng bơm để đưa mẫu vào nh ằm:

Bảo đảm tốc độ dòng mẫu vào ổn định, không phụ
thuộc vào các thông số dung môi như sức căng bề

mặt, độ nhớt,…

Quá trình rửa nebulizer và buồng phun nhanh chóng
hơn.

Thường sử dụng bơm nhu động


SPRAY CHAMPER
Aerosol vào Plasma phải có độ phân tán kích thước nhỏ
→ dùng buồng phun (spray chamber) để lọc kích thước→ loại bỏ các hạt có kích thước >10µm


•
•

•
•
•

•
•

Một vài loại spray chamber được làm lạnh
0
bên ngoài 2-5 C khi sử dụng:
Ổn định nhiệt cho mẫu, tránh sự bay hơi dung môi vào plasma
Giảm nhiễu của các oxide

Có 3 kiểu thiết kế:

double pass
Cyclonic
Impact Bead

Loại bỏ các hạt sương có kích thước lớn hơn 10µm

Chức năng:
SPRAY CHAMPER

Làm giảm các sự hỗn loạn gây ra bởi bơm nhu động


Hệ thống làm lạnh của spray chamber nhằm loại bỏ dung môi:


Buồng phun kiểu double pass:

Những giọt lớn, đi xuyên qua nebulizer, có động năng l ớn hơn, va chạm với thành spray chamber, ng ưng t ụ qua ống drain

Những giọi nhỏ quay ngược lại khoảng giữa giữa ống trung tâm và ống ngoài, đi vào injector tube đ ể vào plasma


Hoạt động dựa trên lực ly tâm.
Buồng phun kiểu cyclonic
Dòng khí Ar mang các hạt aerosol mẫu đi theo phương tiếp tuy ến
Các giọt nhỏ được dòng khí mang vào ICP-MS
Các giọt lớn va chạm với thành và rơi xuống qua ống drain

drain

Impact bead Spray chamber