ICP-MS-laitteiston uudelleenvalidointi talous- ja luonnonvesien alkuainemäärityksille

Abstract

Tämä opinnäytetyö tehtiin Nablabs Oy:lle Jyväskylän ympäristölaboratorioon. Ympäristölaboratoriot palvelevat asiakkaita muun muassa vesien laadun tarkkailussa. Tarkkailua ohjaillaan lainsäädännöllä sekä erilaisilla ohjelmilla ja strategioilla, ja sen avulla pyritään takaamaan sekä ihmisen että ympäristön hyvinvointi. Jotta laboratorioissa tehtävät analyysit olisivat luotettavia, tulee käytetyt menetelmät validoida. Näin voidaan taata, että menetelmät soveltuvat haluttuun käyttötarkoitukseen.

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli validoida uudelleen Thermo Scientificin induktiivisesti kytketty plasma-massaspektrometrilaitteisto (ICP-MS) talous- ja luonnonvesien alkuainemäärityksille. Validoitava menetelmä oli laboratoriossa käytössä oleva Laaja-metodi. Työn tarkoituksena oli suorittaa validointiin valitut testit ICP-MS-laitteistolla käyttäen erilaista referenssimateriaaleja sekä näytteitä. Päätarkoituksena oli saavuttaa Suomen ympäristökeskuksen (SYKE) laatusuositusten mukaiset määritysrajat. Määritysrajojen lisäksi testattavia parametreja olivat lineaarisuus ja mittausalue, tarkkuus ja saanto, toistettavuus, uusittavuus ja stabiilisuus. Validoinnin aikana pyrittiin selvittämään myös syytä aika ajoin esiintyvään sisäisen standardin pitoisuuden ryömintään.

Validoinnilla päästiin SYKEn laatusuositusten mukaisiin määritysrajoihin ja selvästi niiden alle päästiin suurimmalla osalla alkuaineista. Tavoiterajoihin ei päästy uraanilla, seleenillä, titaanilla, kadmiumilla eikä arseenilla. Menetelmä oli validoinnin piiriin valituilla alkuaineilla lineaarinen ja luotettava mittausalue ylsi 5−10 kertaa kalibrointia suurempiin pitoisuuksiin. Tarkkuusmittausten perusteella menetelmä oli sekä sisäisesti että ulkoisesti tarkka lyijyä, uraania ja hopeaa lukuun ottamatta. Menetelmän toistettavuus ja uusittavuus olivat erinomaisia tai hyviä kaikilla alkuaineilla lyijyä ja uraania lukuun ottamatta. Sisäisen standardin pitoisuuden ryömintä aiheutti epästabiiliutta varsinkin pitkien validointiajojen aikana. Etenkin holmiumin tasovaihtelu vaikeutti raskaiden alkuaineiden määritystä.

Validoinnin perusteella voidaan todeta, että menetelmä soveltuu sellaisenaan hyvin talous- ja luonnonvesinäytteiden alkuainemäärityksiin, lukuun ottamatta molybdeeniä, antimonia, tinaa, talliumia, lyijyä, uraania ja hopeaa. Näille alkuaineille voisi laatia jatkossa oman niille paremmin sopivan menetelmän. Lisäksi tulevaisuudessa pyritään pääsemään SYKEn määritysrajoihin myös niiden alkuaineiden kohdalla, joilla niihin ei tämän validoinnin aikana päästy, sekä määrittämään menetelmälle mittausepävarmuudet.

This thesis was carried out for Nablabs Oy, environmental laboratory in Jyväskylä. Environmental laboratories serve customers for example by monitoring the water quality. Monitoring is guided by laws together with national programs and strategies. Monitoring aims to ensure both human and environmental well-being. Analytical methods used by laboratories should be validated to ensure methods to be reliable and suitable for the intended purpose.

The objective of this thesis was to revalidate Thermo Scientific’s inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) apparatus for elemental analysis of domestic and natural water samples. The validation involved the Laaja-method, which is used in Nablabs Oy environmental laboratory. The purpose of this thesis was to perform validation tests with the ICP-MS apparatus using different reference materials and samples. The main purpose was to reach the level of recommendations of the Finnish Environment Institute (SYKE) with the limits of determination. In addition, the tested parameters were linearity and range, accuracy and recovery, repeatability, reproducibility and stability. A further goal was to find the reason for the drifting of the internal standard during validation.

With validation, SYKE's recommended limits of determination were reached on most of the elements. The target limits were not reached with uranium, selenium, titanium, cadmium and arsenic. The method was linear for all measured elements, and reliable measurement range reached 5-10 times higher values than calibration. According to accuracy measurements, the method was both internally and externally accurate with the exception of lead, uranium and silver. The repeatability and reproducibility of the method were excellent or good in all of the elements except for lead and uranium. The drift of the internal standard caused instability especially during long validation measurements. In particular, the variation in the level of holmium caused difficulties in the determination of heavy elements. The reason for the drift could not be found.

The result of the validation was that the validated method is suitable for elemental analyzes of domestic and natural water samples, with the exception of molybdenum, antimony, tin, thallium, lead, uranium and silver. For these elements a new, more suitable method should be designed. In addition, in the future the aim is to reach SYKE's recommended limits of determination also with the elements with which they could not be reached during this validation. The measurement uncertainties of the method should also be determined.