Cos'e' ICP-MS?

L'ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) e' la tecnica analitica piu' potente e versatile per la determinazione simultanea di decine di elementi nelle acque, dai macroelementi (sodio, calcio) alle ultratracce (uranio, tallio, rare earth elements). E' prescritta dalla norma ISO 17294-2:2016 ed e' il metodo accreditato per i parametri metallici del D.Lgs. 18/2023.

Principio di funzionamento

Il campione liquido viene nebulizzato (nebulizzatore concentrico in vetro o Teflon) in un flusso di argon (1,0-1,2 L/min) e introdotto in una torcia al plasma, generata da un campo a radiofrequenza (27 o 40 MHz, 1.500 W) che porta il gas a circa 8.000 K. A questa temperatura tutte le molecole sono atomizzate e gli atomi sono ionizzati al primo potenziale di ionizzazione. Gli ioni vengono estratti attraverso una serie di coni (sampler 1,1 mm, skimmer 0,9 mm, hyperskimmer) e focalizzati nello spettrometro di massa (quadrupolo, sector field o triplo quadrupolo) che li separa per rapporto massa/carica e li conteggia nel rivelatore (electron multiplier in modalita' pulse counting o analog).

Elementi analizzabili e LOQ

Preparazione del campione

• Acidificazione con HNO3 ultrapuro (Suprapur) al 1-2% v/v subito dopo il prelievo
• Filtrazione su 0,45 um solo se richiesta la frazione disciolta (D.Lgs. 152/2006)
• Per metalli totali: digestione assistita da microonde con HNO3 + H2O2 a 200 C
• Aggiunta di standard interni multi-elemento (Sc, Ge, In, Bi, Lu) a 10 ug/L
• Diluizione 1:10 o 1:50 per matrici ad alta salinita (TDS >1 g/L)

Range dinamico e incertezza

L'ICP-MS copre un range dinamico di otto ordini di grandezza (da ng/L a mg/L) nello stesso run analitico, grazie al rivelatore dual-mode che opera in pulse counting per basse intensita' e in analog per alte. La calibrazione standard usa 6-8 punti con CRM (NIST 1640a Trace Elements in Natural Water, ERM-CA011 Hard Drinking Water) come materiale di riferimento certificato per il controllo di accuratezza. L'incertezza estesa al limite di legge e' tipicamente del 10-15% per i metalli ben quantificati e si avvicina al 30% solo vicino al LOQ (livello di legge / 10).

Quando si usa AAS, ICP-OES o CV-AAS invece

Per le matrici con concentrazioni elevate di un singolo elemento (es. ferro o manganese alti in acqua di pozzo, >5 mg/L) puo' essere preferibile l'ICP-OES (UNI EN ISO 11885), spettrometria di emissione ottica meno sensibile ma piu' tollerante alle alte concentrazioni e con minor effetto matrice. Per il mercurio in alcuni laboratori si usa ancora l'AAS a vapori freddi (CV-AAS, ISO 12846), che resta tecnica accreditata anche se l'ICP-MS triplo quadrupolo con cella di reazione O2 e' oggi piu' rapido. Per arsenico ed antimonio in matrici molto sporche il generatore di idruri (HG-AAS, ISO 11969) puo' offrire migliore sensibilita'.

Controlli qualita per ogni serie

• Bianco metodo iniziale e ogni 10 campioni (deve essere <LOQ)
• Curva di calibrazione 6-8 punti con R2 >0,999
• CRM analizzato come campione, recupero target 90-110%
• Duplicato campione ogni 10 iniezioni, RSD <10%
• Spike di recupero su matrice campione, recupero 80-120%
• Drift check con standard intermedio ogni 20 iniezioni (drift <5%)

Limiti e interferenze residue

Anche con cella KED restano alcune interferenze difficili: il selenio (Se 78, 80) interferito da Ar2+ richiede ICP-MS triplo quadrupolo o reazione H2; il calcio molto alto (>200 mg/L) puo' formare ioni doppia carica che interferiscono su masse a m/z meta'; le rare earth elements possono dare interferenze isobariche su elementi di transizione. Per casi critici 123Acqua dispone di ICP-MS triplo quadrupolo con cella di reazione O2/NH3 che risolve queste interferenze tramite mass shift dell'analita o dell'interferente.