ICP-MS ve ICP-OES Nedir?
ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) ve ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry), elementel analiz için kullanılan güçlü spektroskopik tekniklerdir. Her ikisi de endüktif eşleşmiş plazma (ICP) kaynağı kullanarak numunedeki elementleri atomize eder ve iyonize eder, ancak dedeksiyon prensipleri farklıdır.
Neden önemli? Bu teknikler, gıda güvenliği, çevre izleme, ilaç analizi ve malzeme karakterizasyonunda eser element tayini için altın standart olarak kabul edilir. ppt (trilyonda bir) seviyesine kadar hassasiyet sağlarlar.
Temel Prensipler
Endüktif Eşleşmiş Plazma (ICP)
ICP, çok yüksek sıcaklıkta (6.000-10.000 K) iyonize argon gazıdır. Bu plazma:
- Numunedeki tüm bileşikleri atomlarına ayırır
- Atomları uyarır ve iyonize eder
- Çok elementin eş zamanlı analizine olanak tanır
Plazma oluşumu:
- Argon gazı plazma torch'a beslenir
- Radyo frekansı (RF) bobini manyetik alan oluşturur
- Kıvılcım ile argon iyonize edilir
- Elektronlar manyetik alanda hızlanarak plazma oluşturur
ICP-OES (Optik Emisyon Spektroskopisi)
Çalışma prensibi: Plazma içinde uyarılan atomlar, temel enerji seviyesine dönerken karakteristik dalga boylarında ışık yayar. Bu ışık spektrometrede ayrıştırılır ve dedekte edilir.
Dedeksiyon:
- Işık emisyonu ölçülür
- Her elementin kendine özgü emisyon çizgileri vardır
- Işık yoğunluğu konsantrasyonla orantılıdır
Görüntüleme geometrisi:
- Radyal görüntüleme: Plazmaya yandan bakış, yüksek konsantrasyonlar için
- Aksiyal görüntüleme: Plazmaya uçtan bakış, düşük tespit limitleri için
- Dual view: Her iki modu da kullanabilme
ICP-MS (Kütle Spektrometrisi)
Çalışma prensibi: Plazmada oluşan iyonlar, kütle spektrometresine aktarılır. İyonlar kütle/yük (m/z) oranlarına göre ayrılır ve sayılır.
Dedeksiyon:
- İyonlar vakum sistemine çekilir
- Kütle analizörü (quadrupole, TOF, sector) ile ayrılır
- Dedektör iyon sayısını ölçer
Kütle analizör türleri:
- Quadrupole: En yaygın, iyi hassasiyet, uygun fiyat
- Triple Quadrupole (QQQ): Gelişmiş girişim giderme
- Time-of-Flight (TOF): Hızlı tarama, yüksek çözünürlük
- Sector Field (HR-ICP-MS): Ultra yüksek çözünürlük
ICP-OES vs ICP-MS Karşılaştırma
| Özellik | ICP-OES | ICP-MS |
|---|---|---|
| Tespit limiti | ppb-ppm | ppt-ppb |
| Doğrusallık | Geniş (5-6 dekad) | Dar (8-9 dekad) |
| Element kapsamı | ~70 element | ~80+ element (izotoplar dahil) |
| İzotop analizi | Yapılamaz | Yapılabilir |
| Spektral girişimler | Emisyon çizgisi örtüşmesi | İzobarik ve çok atomlu girişimler |
| Matris toleransı | Daha yüksek | Daha düşük |
| Cihaz maliyeti | Daha düşük | Daha yüksek |
| İşletme maliyeti | Daha düşük | Daha yüksek (vakum, gazlar) |
| Analiz hızı | Hızlı (çok element, eş zamanlı) | Hızlı-orta |
Uygulama Alanları
Gıda ve İçecek Analizi
Analiz türleri:
- Ağır metal tayini (Pb, Cd, As, Hg)
- Mineral içerik (Ca, Fe, Zn, Mg)
- Kontaminant taraması
- Gıda takviyesi kalite kontrolü
Düzenleyici gereksinimler:
- Türk Gıda Kodeksi limitleri
- AB Kontaminant Yönetmeliği
- Codex Alimentarius standartları
Çevre Analizi
Analiz türleri:
- İçme suyu kalitesi
- Atık su izleme
- Toprak kontaminasyonu
- Hava partikül analizi
Standartlar:
- TS EN ISO 17294 (Su - ICP-MS)
- TS EN ISO 11885 (Su - ICP-OES)
- EPA Method 200.8, 6010, 6020
İlaç ve Kozmetik
Analiz türleri:
- Elementel safsızlık tayini (ICH Q3D)
- Katalizör kalıntısı kontrolü
- Ambalaj-ürün etkileşimi
Düzenleyici beklentiler:
- ICH Q3D Elementel Safsızlıklar Kılavuzu
- USP <232>, <233>
- Ph. Eur. 2.4.20
Malzeme Analizi
Uygulamalar:
- Alaşım karakterizasyonu
- Polimer katkı maddesi analizi
- Elektronik malzeme saflığı
- Petrol ürünleri
Klinik ve Biyolojik Örnekler
Uygulamalar:
- Kan ve idrar metal seviyeleri
- Toksik element izleme
- Nutrisyonel element analizi
- Biyoizleme çalışmaları
Numune Hazırlama
Sıvı Numuneler
Doğrudan analiz:
- Suda çözünür numuneler
- Seyreltme ile asit ortamına alınır
- İç standart eklenir
Dikkat edilecekler:
- Toplam çözünmüş katı (TDS) < %0.2 (ICP-MS)
- Asit konsantrasyonu %1-5
- Homojenite
Katı Numuneler
Yaş yakma (acid digestion):
- Mikrodalga destekli yakma (en yaygın)
- Açık sistem yakma
- Basınçlı yakma sistemleri
Yaygın asit karışımları:
| Numune Türü | Asit Karışımı |
|---|---|
| Organik matrisler | HNO₃ + H₂O₂ |
| Silisli malzemeler | HNO₃ + HF |
| Metal alaşımları | HNO₃ + HCl (aqua regia) |
| Toprak | HNO₃ + HCl + HF |
Mikrodalga yakma avantajları:
- Daha hızlı
- Daha az kontaminasyon
- Uçucu element kaybı minimize
- Tekrarlanabilir
Hidrür Oluşturma (HG)
As, Se, Sb, Bi, Sn gibi elementler için hidrür oluşturma tekniği kullanılır:
- Numune NaBH₄ ile reaksiyona sokulur
- Uçucu hidrürler oluşur
- Gaz-sıvı ayırıcı ile plazmaya beslenir
- Tespit limitleri iyileşir
Girişimler ve Çözümleri
ICP-OES Girişimleri
Spektral girişimler:
- Emisyon çizgisi örtüşmesi
- Arka plan emisyonu
Çözümler:
- Alternatif dalga boyu seçimi
- Arka plan düzeltme
- Matris eşleştirme
ICP-MS Girişimleri
İzobarik girişimler: Aynı kütle numarasına sahip farklı izotoplar.
Çok atomlu (polyatomic) girişimler: Plazmada oluşan moleküler iyonlar.
| Analit | m/z | Girişim | Kaynak |
|---|---|---|---|
| ⁵⁶Fe | 56 | ⁴⁰Ar¹⁶O⁺ | Argon + Oksijen |
| ⁵²Cr | 52 | ⁴⁰Ar¹²C⁺ | Argon + Karbon |
| ⁷⁵As | 75 | ⁴⁰Ar³⁵Cl⁺ | Argon + Klor |
| ⁸⁰Se | 80 | ⁴⁰Ar⁴⁰Ar⁺ | Argon dimer |
Girişim giderme teknikleri:
- Collision Cell (KED): Helyum gazı ile kinetik enerji ayrımı
- Reaction Cell: NH₃, O₂, H₂ ile kimyasal reaksiyon
- Triple Quadrupole (MS/MS): Kütle kayması ile tam giderme
- Yüksek Çözünürlük (HR-ICP-MS): m/Δm > 10.000
Metot Validasyonu
Validasyon Parametreleri
Doğrusallık:
- Kalibrasyon eğrisi (en az 5 nokta)
- Korelasyon katsayısı (r² ≥ 0.995)
- Çalışma aralığı belirleme
Tespit ve tayin limitleri:
- LOD = 3σ / eğim
- LOQ = 10σ / eğim
- Alternatif: S/N oranı
Doğruluk:
- Sertifikalı referans malzeme (CRM) analizi
- Spike/recovery çalışmaları
- Hedef: %80-120 geri kazanım
Kesinlik:
- Tekrarlanabilirlik (aynı gün, aynı analist)
- Ara kesinlik (farklı gün, farklı analist)
- Hedef: RSD < %10 (veya uygulamaya özgü)
Sağlamlık (Robustness):
- Küçük parametre değişikliklerinin etkisi
- RF gücü, nebulizör akışı, plazma gaz akışı
Kalite Kontrol
Rutin QC kontrolleri:
- Kalibrasyon doğrulama (CCV)
- Kalibrasyon blanki (CCB)
- Laboratuvar kontrol örneği (LCS)
- Matris spike
- Tekrar analizi (duplicate)
Kabul kriterleri:
- CCV: Hedef değerin %90-110'u
- CCB: LOQ'nun altında
- LCS geri kazanımı: %80-120
- RPD (tekrar): <%20
Cihaz Bakımı
Günlük Bakım
- Nebulizör ve spray chamber temizliği
- Torch durumu kontrolü
- Atık kapları boşaltma
- Argon seviye kontrolü
Haftalık Bakım
- Konik (cone) temizliği (ICP-MS)
- Peristaltik pompa tüpleri kontrolü
- Lens optimizasyonu
- Kalibrasyon doğrulama
Periyodik Bakım
- Pompa tüpleri değişimi
- Konik değişimi (ICP-MS)
- Dedektör bakımı
- Vakum sistemi bakımı (ICP-MS)
- Preventive maintenance (üretici önerileri)
İlgili Kariyer Pozisyonları
1. ICP Analisti / Uzmanı
Görevler:
- Numune hazırlama ve analiz
- Metot geliştirme ve validasyon
- Cihaz bakımı ve kalibrasyon
- Sonuç raporlama
Aranan yetkinlikler:
- Kimya veya ilgili alan lisansı
- ICP-OES/MS deneyimi
- Metot validasyonu bilgisi
- Kalite sistemi anlayışı
2. Laboratuvar Yöneticisi
Görevler:
- Laboratuvar operasyonlarının yönetimi
- Personel eğitimi ve yetkilendirme
- Metot onay ve denetim
- Akreditasyon süreci koordinasyonu
Aranan yetkinlikler:
- İleri derece (MSc/PhD tercih)
- Kapsamlı enstrümantal analiz deneyimi
- ISO 17025 bilgisi
- Liderlik becerileri
3. Uygulama Uzmanı (Application Specialist)
Görevler:
- Müşteri uygulamalarında teknik destek
- Demo ve eğitim sunumu
- Metot geliştirme danışmanlığı
- Teknik doküman hazırlama
Aranan yetkinlikler:
- Kapsamlı ICP deneyimi
- İletişim ve sunum becerileri
- Problem çözme yeteneği
- Seyahat esnekliği
