Почему один газ He для ячейки РСЯ не достаточно?

Гелий (He, KED) — отличное решение для устранения крупных полиатомных интерференций, но его возможностей недостаточно для химически устойчивых помех. Поэтому современные ИСП МС используют комбинацию He KED и реакционных газов (H₂, O₂, NH₃), позволяя эффективно удалять аргон-хлорные кластеры, оксиды редкоземельных элементов, азот-содержащие ионы и изобарные наложения. Это обеспечивает точные измерения даже в самых сложных матрицах.

1. Гелий работает только за счёт кинетических столкновений

Гелий способен:

  • устранять крупные полиатомные кластеры (ArO⁺, ArCl⁺, Ar₂⁺),

  • уменьшать их энергию

Но он не может менять химию ионов — не вступает в реакции, не разрушает химически устойчивые интерференции.

Поэтому He эффективен только там, где интерференции крупные и «рыхлые», например:

  • ArO⁺ (мешает 56Fe),

  • ArCl⁺ (мешает 75As),

  • MO⁺ (мешает переходным металлам).

Но он не работает против интерференций, которые имеют почти ту же массу, что и аналит.

2. Гелий не может разложить химически устойчивые интерференции

Гелий — инертный газ (He, конфигурация 1s²). Он не вступает в реакции, не переносит заряд, не образует радикалов.

Поэтому он не способен разрушать:

  • NO⁺, NO₂⁺, CO⁺, CO₂⁺

  • хлорные интерференции вроде ClO⁺, ClOH⁺

  • оксиды редкоземельных элементов, например CeO⁺ → мешает Gd

  • многозарядные кластеры, устойчивые при высокой энергии

Для таких случаев нужны реакционные газы, например:

  • H₂ — восстанавливает или нейтрализует NO⁺, ArH⁺

  • O₂ — переводит As → AsO⁺, Se → SeO⁺, разрушает ClO⁺

  • NH₃ — селективно реагирует с REE, разрушает REEO⁺

3. Гелий плохо справляется с интерференциями близких масс

Если интерферент имеет почти такую же массу и энергию, как аналит, он пройдет сквозь "гелиевое" препятствие

Пример проблемных пар:

  • 40Ar₂⁺ (80 m/z) и 80Se⁺

  • 40Ar35Cl⁺ (75) и 75As⁺

  • 38Ar1H⁺ (39) и 39K⁺

Гелий рассеет ArCl⁺ хуже, чем ArO⁺, а Ar₂⁺ почти не заденет — слишком похожая масса и высокая стабильность.

Поэтому для As, Se, K, Ca, Cr часто недостаточно одного KED.

4. Гелий не помогает против изобарных интерференций (Cd/Sn, Mo/Zr, и тд.)

Если две частицы имеют одинаковый m/z, например:

  • 114Cd / 114Sn

  • 96Mo / 96Zr

никакой гелий не сможет их отделить, потому что:

  • кинетические энергии одинаковы,

  • масса/заряд одинаковые,

  • рассеяние будет одинаковым.

Решение — реакционный газ NH₃ для REE.

5. Гелий ухудшает чувствительность при сложных матрицах

Гелий → высокая скорость столкновений → потеря чувствительности для легких элементов:

  • Mg

  • Al

  • Si

  • P

  • S

Для органических матриц или солевых растворов гелий часто снижает интенсивность аналита, но интерференции остаются. Иногда гелий делает ситуацию даже хуже.

6. Он не решает проблему образования оксидов в плазме

Гелий находится в ячейке, а оксиды формируются в ИСП ещё до интерфейса:

  • MO⁺

  • MOOH⁺

  • NO⁺, NO₂⁺

Гелий может частично рассеять их, но не уменьшает их образование.

Для борьбы с оксидами нужны:

  • корректные параметры плазмы (высокая мощность, сухая плазма),

  • реакционные газы (O₂, NH₃),

  • HR-ICP-MS (особенно для REE).

Итак:

  1. Гелий не вступает в реакции, не разрушает химические интерференции.

  2. Работает только с крупными полиатома­ми, но не с изобарными и не со схожими по массе ионами.

  3. Неэффективен против Cl-содержащих помех (As, V, Cr).

  4. Бесполезен при изобарных наложениях (Cd/Sn, Mo/Zr).

  5. Падает чувствительность, особенно для лёгких элементов и органических матриц.

  6. Не влияет на образование оксидов в плазме.