اثر تداخل طیفی بر نتایج آنالیز با ICP

تأثیر تداخلات طیفی بر اعتبار داده ها هنگام استفاده از تکنیک های افزایش استاندارد در آنالیز با ICP-OES

برخلاف تصور عمومی، نه راندمان خوب زمانی که نمونه را “spike” میکنیم  و نه استفاده از روش افزایش استاندارد (MSA) نتایج صحیح را در ICP-OES تضمین نمی کند. زیرا اثر تداخل طیفی را پوشش نمی دهند.

یک تصور غلط رایج در بین کاربران طیف سنجی نشری پلاسمای جفت شده القایی (ICP – OES) این است که راندمان های خوب هنگام “spike” کردن به طور خودکار نشان می دهد که نتایج آنالیز نمونه صحیح هستند. تصور غلط دیگر این است که استفاده از روش افزایش استاندارد (MSA) به عنوان روش کالیبراسیون برای اصلاح اثر تداخل ها، همیشه نتایج صحیحی به همراه خواهد داشت. در این مقاله آموزشی نشان می شود اگر تداخل ناشی از هم پوشانی طیفی باشد که با استفاده از روشهای مناسب دیگر اصلاح نشده باشد، هیچ یک از این تکنیک ها نتایج دقیقی ندارند.

هنگام استفاده از هر روش طیف سنجی اتمی برای آنالیز عنصری، نتایج آنالیز به راحتی بدست می آیند. اما تأیید صحت نتایج همیشه آسان نیست. روش های مختلف و زیادی برای کمک به تأیید صحت نتایج استفاده می شود. آنالیز محلول های تأیید کننده کالیبراسیون، مواد مرجع، محلول های بررسی تداخل، آماده سازی نمونه و تکرار آن به صورت همزمان و تکنیک های افزایش استاندارد از برخی روش های مورد استفاده برای تأیید صحت داده ها است.

در طیف سنجی اتمی دو نوع تکنیک افزایش آنالیت ( افزایش استاندارد) وجود دارد. اولین مورد این است که به بخشی از نمونه مقدار مشخص از آنالیت اضافه می شود که “spike” کردن نمونه نامیده می شود. همچنین مواردی وجود دارد که به جای استفاده از استانداردهای ساده کالیبراسیون و خواندن غلظت آنالیت از منحنی کالیبراسیون، از تکنیک روش افزایش استاندارد (MSA) استفاده می شود. در این سناریو منحنی کالیبراسیون در حضور ماتریس نمونه بدست می آید.

هنگام استفاده از طیف سنجی نشری پلاسما جفت شده القایی (ICP-OES) سه نوع تداخل را ممکن است تجربه کنیم:

1) تداخل های فیزیکی که به میزان نمونه وارد شده به داخل پلاسما در هر آنالیز نمونه بستگی دارد

2)  تداخل حاصل از ماتریس نمونه که بر جمعیت اتم ها و یون های برانگیخته شده درون پلاسما اثر دارد

3) تداخل طیفی که در آن یک (یا چند) جزء غیر از آنالیت مورد نظر، طیفی نشری در طول موج اندازه گیری تولید می کند. راندمان “spike” کردن قابل قبول (معمولاً 85٪ تا 115٪ در یک ماتریس نمونه واقعی) شاخص خوبی برای تداخل فیزیکی و ماتریسی است. استفاده از MSA می تواند به کاهش هر دو این مشکلات کمک کند. ولی آنچه در هیچ یک از این تکنیک ها به درستی به آن پرداخته نمی شوند تداخل طیفی است.

متأسفانه، یک اشتباه رایج این است که اعتقاد داریم دستیابی به راندمان “spike” کردن  خوب یا کسب نتایج با استفاده از MSA تضمینی برای گزارش نتایج صحیح است. در حالی که بدست آوردن راندمان “spike” کردن  ضعیف شاخصی از نتایج است که احتمالاً دقیق نیستند، اما راندمان خوب تضمین کننده جبران اثر انواع تداخل ها نیست. در حالی که استفاده از MSA به جای کالیبراسیون ساده می تواند برخی از انواع تداخل ها را جبران کند، اما جبران کننده همه تداخل ها نیست. هیچ یک از این تکنیک ها تداخل طیفی را نشان نمی دهند یا جبران نمی کنند.

یک مثال تجربی

برای نشان دادن مسئله، از تعیین فسفر در حضور غلظت بالای Cu به عنوان مثال استفاده می شود. دو طول موج بسیار معمول فسفر 213/617 و 214/914، هر دو به ترتیب دارای همپوشانی نزدیک  با طول موج های مس 213/597 (و 213/597 ) و 214/898 می باشند. طول موج سوم، 177/434، همپوشانی با طول موج 177/427 مس را نشان می دهد. طول موج 178/221، فسفر مشکل همپوشانی ندارد. در این مطالعه از طول موج 178، فسفر به عنوان کنترل استفاده می شود.

از روشی برای تعیین P در چهار طول موج ذکر شده در بالا استفاده شد. منحنی کالیبراسیون با استفاده از استانداردهای تهیه شده در 1٪ HNO3  با غلظت های 5 ، 10 و 20 میلی گرم در لیتر P به دست آمد. تمام منحنی های کالیبراسیون با منحنی نوع رگرسیون خطی ضریب همبستگی 0/998 یا 0/999 داشتند. محلول حاوی 10 میلی گرم در لیتر فسفر و 200 میلی گرم در لیتر مس آنالیز شد. بخشی از این نمونه با اضافه کردن 10 میلی گرم در لیتر فسفر  اسپایک شد و مورد آنالیز قرار گرفت.

سپس آنالیز نمونه به روش افزایش استاندارد (MSA) انجام شد. چهار بخش از نمونه آماده و هر بخش به ترتیب با محلول شاهد و سه استاندارد 5 ، 10 و 20 میلی گرم در لیتر “spike” شد و منحنی کالیبراسیون بدست آمد. ضرایب همبستگی مجدداً برای طول موجهای مورد استفاده 0/998 و 0/999 بود.

نتایج

یک نمونه با غلظت مشخص10 میلی گرم در لیتر از فسفر آنالیز شد. راندمان پس از آنالیز نمونه و “spike” آن، محاسبه شد. به طور کلی، راندمان “spike” قابل قبول در محدوده 15٪  (معمولاً 85٪ تا 115٪ در یک ماتریس نمونه واقعی) در نظر گرفته می شود. نتایج حاصل در جدول 1 نشان داده شده است. راندمان “spike” محاسبه شده برای تمام طول موج ها در معیار قابل قبول (15٪) قرار دارد. با این حال، تنها طول موج برای نشان دادن نتایج صحیح برای غلظت مشخص 10 میلی گرم در لیتر، طول موج 178/221 فسفر می باشد. نتایج حاصل از آنالیز نمونه هنگام استفاده از MSA نیز در این جدول نشان داده شده است. هنگام استفاده از MSA، این تنها طول موجی است که نتایج صحیح را نشان می دهد. و دلیل این عدم صحیح بودن نتایج در سه طول موج به دلیل تداخل طیفی می باشد.

جدول 1  نتایج آنالیز نمونه و spike  آن بااستفاده از کالیبراسیون ساده و کالیبراسیون با افزایش استاندارد

کالیبراسیون با افزایش استاندارد		کالیبراسیون ساده
% راندمان	غلظت نمونه (mg/l)	%  راندمان spike	غلظت نمونه spike (mg/l)	غلظت نمونه (mg/l)	طول موج فسفر
249	24/9	110	32/2	21/2	213/617
173	17/3	98	23/3	13/5	214/914
142	14/2	97	24/7	15/0	177/427
97	9/7	96	20/1	10/5	178/221

 

مسئله این است که Cu تمام طول موج ها به جز طول موج 178/221 فسفر تداخل طیفی ایجاد می کند و موجب بیشتر دیده شدن غلظت فسفر می شود و این جبران نشده است. شکل 1 نمونه هایی از پیک های طیفی یک نمونه مجهول را در چهار طول موج نشان می دهد. همانطور که دیده می شود فقط طول موج 178/221 فسفر فاقد همپوشانی طیفی است.

شکل 1 طیف های نمونه حاوی 10 mg/l فسفر و 200 mg/l مس در چهار طول موج مربوط به فسفر

 

برای اصلاح همپوشانی طیفی، تصحیح درون عنصری (interelement correction) (IEC) برای طول موج های 213، 214 و 177 فسفر اعمال شد. در این مورد از کالیبراسیون ساده استفاده شد و از MSA استفاده نشد. جدول 2 داده های تصحیح شده برای این طول موج ها را نشان می دهد. اکنون آنالیز در تمام طول موج ها با مقدار مشخص غلظت 10 میلی گرم در لیتر  مطابقت داشته و همچنین راندمان های خوب در مورد نمونه spike  شده را نشان می دهند.

جدول 2  نتایج آنالیز نمونه و نمونه spike با استفاده از کالیبراسیون ساده بعد از تصحیح تداخل طیفی با استفاده از تصحیح درون عنصری (IEC)

%  راندمان spike	غلظت نمونه spike (mg/l)	غلظت نمونه (mg/l)	طول موج فسفر
109	21/6	10/7	213/617
98	19/9	10/1	214/914
96	19/5	9/95	177/427

 

نتیجه

برای فرد آنالیز کننده مهم است که هنگام آنالیز  نمونه با ماتریس های پیچیده، از همه ابزارهای کنترل کیفیت استفاده کند. اینکه به راندمان خوب نمونه spike و استفاده از MSA به تنهایی اکتفا شود ممکن است موجب گزارش داده های نادرست شود. به کارگیری تکنیک های افزایش استاندارد برای جبران تداخل های فیزیکی و ماتریسی مفید هستند، اما برای اصلاح تداخل طیفی کافی نیستند. مشاهده داده های طیفی یک ابزار عیب یابی خوب برای تعیین اینکه آیا این مشکلات وجود دارد یا خیر و تصمیم گیری در مورد اینکه آنالیز  نیاز به اصلاح بیشتر برای طول موج های انتخاب شده دارد یا خیر می باشد.