View
3
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Masna spektrometrija
stabilnih izotopov za
določanje izotopske
sestave lahkih elementov
(praktični primeri)
Doris Potočnik, Nives Ogrinc
MERITVE - IRMS
• IRMS instrumenti so zasnovani tako, da določamo razmerja stabilnih
izotopov lahkih elementov (2H/1H, 13C/12C, 15N/14N, 18O/16O, 34S/32S).
• Pred analizo z IRMS se mora vzorce pretvoriti v plinasto fazo (H2,
CO2, N2, SO2 CO; odvisno od željene meritve). Meri se razmerje
ionov v plinu.
– Primer na CO2; masni spektrometer zazna ione z razmerjem
masa:naboj (𝑚
𝑧) 44, 45, 46 (to ustreza molekulam 12C, 13C, 16O,
17O, 18O v različnih kombinacijah).
EA-IRMS (Elementni analizator za merjenje stabilnih izotopov lahkih elementov)
• Poznamo 2 tipa elementarnega analizatorja:
- Za C, N, S analize (sežig); vzorec se sežge v kisikovi atmosferi
(prisotnost oksidacijske in redukcijske kolone)
- Za O, H analize (piroliza); vzorec gre skozi visoko temperaturno
pretvorbo
IsoPrime100 - Vario PYRO Cube (OH/CNS
Pyrolyser/Elemental Analyser
Masni spektrometer za stabilne izotope
Europa 20-20 z ANCA-SL modulom
Sočasno merjenje izotopskega razmerja
C, N, S v vzorcu
Posamično merjenje izotopskega razmerja
C, N, S* v vzorcu
Določanje izotopskega razmerja O in H v
trdnih in tekočih vzorcih (piroliza)-
Vpeljava referenčnega plina preko
vmesnika
Referenčni plin je sekundarni referenčni
standard
MASNI SPEKTROMETER
RAZREDČEVALNIK
DOVOD ZA REFERENČNI
PLIN
VZORČEVALNIK ZA TEKOČE VZORCE
VZORČEVALNIK ZA TRDNE IN TEKOČE
VZORCE
VZORČEVALNIK ZA TRDNE VZORCE
Izotopsko razmerje R (2H/1H, 13C/12C, 15N/14N, 18O/16O, 34S/32S) se izraža
z vrednostjo (v ‰) in predstavlja relativno razliko izotopske sestave
raziskovanega vzorca (vz) glede na standard (st), ki je definiran z 0‰
(V-SMOW, V-PDB, AIR, V-CDT).
TERMINOLOGIJA
X = 2H, 13C, 15N,18O, 34S𝛿𝑋(‰) = [(𝑅𝑣𝑧/𝑅𝑠𝑡 ) − 1] 𝑥 1000
KLASIFIKACIJA REFERENČNIH STANDARDOV
• Primarni / kalibracijski materiali, (prejme le 1x na tri leta)
• Sekundarni / certificirani referenčni materiali
• Terciarni / delovni / laboratorijski standardi
Primarni
referenčni
material
Opis Izotopsko
razmerje (‰) Skala
VSMOW2 Voda
2H/1H18O/16O17O/16O
0.00 ± 0.3
0.00 ± 0.02
0.00 ± 0.03
VSMOW
VSMOW
VSMOW
NBS-19Kalcijev
karbonat
13C/12C18O/16O
+1.95
-2.20
VPDB
VPDB
SEKUNDARNI (CERTIFICIRANI) REFERENČNI MATERIALI
• Naravne ali sintetične spojine, umerjene na primarne
standarde• vrednosti sprejete na mednarodni ravni, vsebujejo merilno
negotovost
Sekundarni referenčni materiali za 15N meritve
Referenčni material Opis 15NAIR (‰)
USGS 25 Amonijev sulfat -30.4 ± 0.4
USGS 26 Amonijev sulfat +53.7 ± 0.4
USGS 32 Kalijev nitrat +180 ± 1
IAEA-N-1 Amonijev sulfat +0.4 ± 0.2
IAEA-N-2 Amonijev sulfat +20.3 ± 0.2
IAEA-NO-3 Kalijev nitrat +4.7 ± 0.2
USGS-35 Natrijev nitrat +2.7 ± 0.2
USGS-34 Kalijev nitrat -1.8 ± 0.2
Referenčni material Opis 13CV-PDB (‰)
IAEA-CH-3 Celuloza -24.724 ± 0.041
IAEA-CH-6 Sukroza -10.449 ± 0.033
IAEA-CH-7 Polietilen -32.151 ± 0.050
USGS-40L-glutaminska
kislina -26.389 ± 0.042
USGS-41L-glutaminska
kislina +37.626 ± 0.049
NBS-22 olje -30.031 ± 0.043
USGS-24 Grafit -16.049 ± 0.035
BCR-656 Etanol v vinu -26.91 ± 0.07
Sekundarni referenčni materiali za 13C meritve
Referenčni material Opis 34SV-CDT (‰)
IAEA-S-1 Srebrov sulfid -0.30
IAEA-S-2 Srebrov sulfid +22.7 ± 0.2
IAEA-S-3 Srebrov sulfid -32.3 ± 0.2
IAEA-S-4 Žveplo +16.9 ± 0.2
IAEA-SO-5 Barijev sulfat +0.5 ± 0.2
IAEA-SO-6 Barijev sulfat -34.1 ± 0.2
NBS-127 Barijev sulfat +20.3 ± 0.4
Sekundarni referenčni materiali za 34S meritve
Referenčni material Opis 2HVSMOW (‰) 18OVSMOW (‰)
NBS-18 Kalcit -23.2 ± 0.1*
NBS-22 Olje -120 ± 1
IAEA-601 Benzojska kislina +23.3 ± 0.3
IAEA-602 Benzojska kislina +71.4 ± 0.5
IAEA-CH-7 Polietilen -100.3 ± 2
USGS-43Človeški lasje
(Indija)-50.3 ± 2.8 +14.11 ± 0.1
USGS-42Človeški lasje
(Tibet)-78.5 ± 2.3 +8.56 ± 0.1
LSVEC Litijev karbonat -26.7 ± 0.2*
Sekundarni referenčni materiali za 2H in 18O meritve
* Ta vrednost je podana glede na VPDB skalo
TERCIARNI / DELOVNI STANDARDI
• Izotopsko homogeni in konstantni
• Kemijsko podobni vzorcu (ista matrica)
• vrednost se mora določiti glede na primarni ali sekundarni RM,
posledično ima nekoliko večjo merilno negotovost
• Potrebno spremljati kontrolno karto
- stabilnost standarda
- homogenost
- čistost
Laboratorijski
standard
13CV-PDB
(‰)
15NAIR
(‰)
34SV-CDT
(‰)
RUM
(destilat ruma)-13.75 ± 0.08 - -
ETANOL
(absolutni
etanol)
-27.4 ± 0.13 - -
Kazein (CRP) -20.34 ± 0.09 5.62 ± 0.19 +4.18 ± 0.74
IZVAJANJE MERITEV
• EA-IRMS in TC/EA-IRMS – določanje celokupnega „bulk“ izotopskega
razmerja
• Homogeniziran vzorec – (natančno podajanje vrednosti)
• Popolnoma posušen vzorec (določanje 2H in 18O)
• Predpriprava vzorca;
- izolacija kazeina iz mleka,
- Izolacija kazeina iz sira
- izolacija proteinov iz medu,
- izolacija sladkorja iz sokov,
- izolacija pulpe v sokovih,
- destilacija sokov/vin (etanol v vinu)
(Uredba EGS št. 2676/90 (KIS)
1. PRIPRAVA VZORCA
Ne smemo povzročiti
FRAKCIONACIJE!
• Pred pričetkom meritev je potrebno preveriti:
- stanje oksidacijske in redukcijske kolone (CNS)
oziroma kolone za pirolizo (OH in H, O)
- stanje pasti za vodo
2. NASTAVITEV/ PRIPRAVA INSTRUMENTA ZA PRAVILNO
IZVAJANJE MERITEV
- stabilnost (≤ 0.03 ‰)
- linearnost instrumenta (≤ 0.03 ‰)
- „tuning“ oz. centriranje pika
3. MERJENJE VZORCEV
• preveč vzorca – bolj pozitivne vrednosti
• premalo vzorca – bolj negativne vrednosti
Optimalna velikost pika:
13C = 5x10-8 – 7x10-7
15N, 34S = manjši razpon (10-7)
• na začetku seta meritev damo „dummy“,
• vzorec merimo vsaj v 3 ponovitvah,
• referenčni materiali morajo biti postavljeni na začetku in na koncu
sekvence
• delovni standardi so postavljeni periodično po sekvenci in služijo kot
kontrolni material
KAKO VEMO KOLIKO VZORCA MORAMO ZATEHTATI?
KAKO POMEMBNA JE IZBIRA
REFERENČNEGA
MATERIALA?
1 mg – 10 mg
OBDELAVA PODATKOV/IZRAČUNI
• IRMS programska oprema samodejno izračuna razmerje v vzorcu glede
na izbrani delovni standard (zato je pomembno kateri RM vzamemo)
• če je na volj samo en RM, popravki na eno točko
𝛿𝑑𝑜𝑙𝑜č𝑒𝑛𝑎 𝑣𝑧𝑜𝑟𝑒𝑐 (‰) =𝛿𝑖𝑧𝑚𝑒𝑟𝑗𝑒𝑛𝑎(𝑣𝑧𝑜𝑟𝑒𝑐) + 1000 𝛿𝑑𝑜𝑙𝑜č𝑒𝑛𝑎(𝑠𝑡𝑑) + 1000
𝛿𝑖𝑧𝑚𝑒𝑟𝑗𝑒𝑛𝑎(𝑠𝑡𝑑) + 1000
• če je na voljo več referenčnih materialov, popravki na dve točki - kalibracijsko premico
RM z različnima vrednostima (IAEA-CH-7 13C = -32.15 ± 0.05 ‰, IAEA-CH-6
13C = -10.45 ± 0.03‰
13Cdoločena = x113Cizmerjena + b0
MERILNA NEGOTOVOST IN PRISPEVKI K MERILNI NEGOTOVOSTI
• Merilna negotovost karakterizira razpršeno vrednost, ki se jo pripiše k merjencu
(Chen in sod. 2013).
• Sestavljena je iz:
- ponovljivosti instrumenta oz. meritev (vzorec),
- referenčnega standarda,
- kalibracijske premice,
- obnovljivosti meritev (različni dnevi meritev, različni izvajalci meritev),
- vpliva laboratorija (bias).
Primer: določitev celokupnega 13C v medu
• OCENA NEGOTOTOVOSTI IZ KALIBRACIJSKE PREMICE
(QUAM, Eurachem/CITAC, 2012)
kalibracijska premica je linearna premica a = xib1 + b0
negotovost se izračuna po enačbi:
𝑢 𝑘𝑎𝑙 =𝑆
𝑏1
1
𝑝+
1
𝑛+
𝑥0− ҧ𝑥 2
𝑆𝑥𝑥, 𝑆 =
𝐽=1
𝑛𝑎 𝑗− 𝑏0+𝑏𝑗𝑋𝑗
2
𝑛−2,
𝑆𝑥𝑥 = σ𝑗=1𝑛 𝑋𝑗 − ത𝑋
2
𝑢𝑟𝑒𝑙(𝑘𝑎𝑙) =𝑢𝑘𝑎𝑙𝑥0
p = št. meritev za določitev x0
n = št. meritev za kalibracijo
x0 = določena 13C vrednost vzorca
ҧ𝑥 = srednja vrednost kalibracijskih standardov
• OCENA NEGOTOVOSTI IZ REFERENČNEGA STANDARDA
standardni odklon (s) in 13CRM sta določena s strani proizvajalca
𝑢(RM) =)𝑠(RM
𝑛𝑢𝑟𝑒𝑙 RM =
𝑢 RM
𝛿13𝐶𝑅𝑀=
)𝑠(RM
𝑛𝛿13𝐶𝑅𝑀
• OCENA NEGOTOVOSTI IZ PONOVLJIVOSTI
izvedba 6 meritev v enem dnevu
izračuna povprečno vrednost (AVE) in standardni odklon (s)
𝑢(𝑝𝑜𝑛) =𝑠
𝑛 n = število izvedenih meritev𝑢𝑟𝑒𝑙 𝑝𝑜𝑛 =𝑢 𝑝𝑜𝑛
𝛿13𝐶𝐴𝑉𝐸=
𝑠
𝑛𝛿13𝐶𝐴𝑉𝐸
• OCENA NEGOTOVOSTI IZ OBNOVLJIVOSTI (Rw)
standardni odklon kontrolnega materiala, pridobljenega iz
kontrolnih kart
• OCENA NEGOTOVOSTI IZ VPLIVA LABORATORIJA
izračuna na osnovi podatkov pridobljenih iz udeležb v medlaboratorijskih
primerjavah
vsaj 6 udeležb v medlaboratorijskih primerjavah v določenih časovnih intervalih
𝑢 𝑅𝑤 𝑄𝐶 =𝑠𝑅𝑤𝑄𝐶
𝑛
sRw QC = standardni odklon referenčnih materialov v daljšem
časovnem obdobju,
n =število izvedenih meritev v istem obdobju
𝑢𝑟𝑒𝑙 𝑅𝑊 𝑄𝐶 =𝑢 𝑅𝑊 𝑄𝐶
𝛿13𝐶𝐴𝑉𝐸=
𝑠𝑅𝑊𝑛𝛿13𝐶𝐴𝑉𝐸
𝑢(𝑏𝑖𝑎𝑠) = ൯𝑅𝑀𝑆𝑏𝑖𝑎𝑠2 + 𝑢2(𝐶𝑟𝑒𝑓
𝑅𝑀𝑆𝑏𝑖𝑎𝑠 =൯(𝑏𝑖𝑎𝑠2
𝑛𝑃𝑇
nPT = število opravljenih medlaboratorijskih primerjav
bias = lab. vrednost – robustna sredna vrednost
sR = srednja vrednosti v medlaboratorijskih primerjavah
𝑢(𝐶𝑟𝑒𝑓) =𝑠𝑅𝑛𝑙𝑎𝑏
• KOMBINIRANA MERILNA NEGOTOVOST
relativna standardna negotovost vzorca se določi z združenjem
prispevkov posameznih negotovosti
𝑢𝑐,𝑟𝑒𝑙(𝛿13𝐶) = )𝑢𝑟𝑒𝑙
2 𝑝𝑜𝑛 + 𝑢𝑟𝑒𝑙2 RM1 + 𝑢𝑟𝑒𝑙
2 RM2 + 𝑢𝑟𝑒𝑙2 (𝑘𝑎𝑙 +𝑢𝑟𝑒𝑙
2 𝑅𝑤, 𝑄𝐶 + )𝑢(𝑏𝑖𝑎𝑠 2
𝑢𝑐 (𝛿13)𝐶 = 𝑢𝑐,𝑟𝑒𝑙(𝛿
13𝐶)𝛿13𝐶𝐴𝑉𝐸
razširjena merilna negotovost
kombinirana merilna negotovost
𝑈𝛿 = 2𝑢𝑐 (𝛿13𝐶)
faktor pokritja k = 2,
predstavlja 95% stopnjo zaupanja
HVALA ZA VAŠO POZORNOST!!
Recommended