Espectroscopia de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente - Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy

Espectrómetro de emisión atómica ICP.

La espectroscopia de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente (ICP-AES), también conocida como espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES), es una técnica analítica utilizada para la detección de elementos químicos. Es un tipo de espectroscopía de emisión que utiliza el plasma acoplado inductivamente para producir átomos e iones excitados que emiten radiación electromagnética en longitudes de onda características de un elemento en particular . El plasma es una fuente de gas fuente ionizado a alta temperatura (a menudo argón). El plasma es sostenido y mantenido por acoplamiento inductivo de bobinas eléctricas enfriadas a frecuencias de megahercios. La temperatura de la fuente está en el rango de 6000 a 10,000 K. La intensidad de las emisiones de varias longitudes de onda de luz son proporcionales a las concentraciones de los elementos dentro de la muestra.

Mecanismo

"Antorcha" de Plasma ICP.

El ICP-AES se compone de dos partes: el ICP y el espectrómetro óptico . La antorcha ICP consta de 3 tubos de vidrio de cuarzo concéntricos . La salida o bobina de "trabajo" de la frecuencia de radio generador (RF) rodea parte de esta antorcha de cuarzo. El gas argón se usa típicamente para crear el plasma .

Los ICP tienen dos modos de funcionamiento, llamado modo capacitivo (E) con baja densidad de plasma y modo inductivo (H) con alta densidad de plasma, y ​​la transición del modo de calentamiento E a H se produce con entradas externas. La antorcha se opera en el modo H.

Cuando se enciende la antorcha, la señal de radiofrecuencia de alta potencia que fluye en la bobina crea un campo electromagnético intenso dentro de la bobina. Esta señal de RF es creada por el generador de RF que es, efectivamente, un transmisor de radio de alta potencia que impulsa la "bobina de trabajo" de la misma manera que un transmisor de radio típico impulsa una antena de transmisión. Los instrumentos típicos funcionan a 27 o 40 MHz. El gas argón que fluye a través del soplete se enciende con una unidad Tesla que crea un breve arco de descarga a través del flujo de argón para iniciar el proceso de ionización. Una vez que el plasma se "enciende", la unidad Tesla se apaga.

El gas argón se ioniza en el campo electromagnético intenso y fluye en un patrón simétrico rotacional particular hacia el campo magnético de la bobina de RF. A continuación, se genera un plasma estable a alta temperatura de aproximadamente 7000 K como resultado de las colisiones inelásticas creadas entre los átomos de argón neutro y las partículas cargadas.

Una bomba peristáltica entrega una muestra acuosa u orgánica a un nebulizador analítico donde se convierte en niebla y se introduce directamente dentro de la llama de plasma. La muestra choca inmediatamente con los electrones y los iones cargados en el plasma y se descompone en iones cargados . Las diversas moléculas se rompen en sus respectivos átomos que luego pierden electrones y se recombinan repetidamente en el plasma, emitiendo radiación en las longitudes de onda características de los elementos involucrados.

En algunos diseños, se utiliza un gas de cizallamiento, normalmente nitrógeno o aire comprimido seco para "cortar" el plasma en un punto específico. A continuación, se utilizan una o dos lentes de transferencia para enfocar la luz emitida en una rejilla de difracción donde se separa en sus longitudes de onda componentes en el espectrómetro óptico. En otros diseños, el plasma incide directamente sobre una interfaz óptica que consiste en un orificio del cual emerge un flujo constante de argón, desviando el plasma y proporcionando enfriamiento mientras permite que la luz emitida por el plasma entre en la cámara óptica. Otros diseños utilizan fibras ópticas para transportar parte de la luz a cámaras ópticas separadas.

Dentro de la (s) cámara (s) óptica (s), después de que la luz se separa en sus diferentes longitudes de onda (colores), la intensidad de la luz se mide con un tubo o tubos fotomultiplicadores colocados físicamente para "ver" las longitudes de onda específicas para cada línea de elemento involucrada, o, en unidades más modernas, los colores separados caen sobre una serie de fotodetectores semiconductores como los dispositivos de carga acoplada (CCD). En las unidades que utilizan estos conjuntos de detectores, las intensidades de todas las longitudes de onda (dentro del rango del sistema) se pueden medir simultáneamente, lo que permite que el instrumento analice todos los elementos a los que la unidad es sensible a la vez. Por lo tanto, las muestras se pueden analizar muy rápidamente.

Luego, la intensidad de cada línea se compara con las intensidades medidas previamente de concentraciones conocidas de los elementos, y sus concentraciones luego se calculan por interpolación a lo largo de las líneas de calibración.

Además, un software especial generalmente corrige las interferencias causadas por la presencia de diferentes elementos dentro de una matriz de muestra determinada.

Aplicaciones

Los ejemplos de la aplicación de ICP-AES incluyen la determinación de metales en el vino, arsénico en los alimentos y oligoelementos unidos a proteínas.

ICP-OES se usa ampliamente en el procesamiento de minerales para proporcionar los datos sobre leyes de varias corrientes, para la construcción de balances de masa.

En 2008, la técnica se utilizó en la Universidad de Liverpool para demostrar que un amuleto de Chi Rho encontrado en Shepton Mallet y que anteriormente se creía que estaba entre las primeras pruebas del cristianismo en Inglaterra , solo databa del siglo XIX.

ICP-AES se utiliza a menudo para el análisis de oligoelementos en el suelo, y es por eso que a menudo se utiliza en la medicina forense para determinar el origen de las muestras de suelo encontradas en las escenas del crimen o en las víctimas, etc. Tomando una muestra de un control y determinando la composición del metal y tomando la muestra obtenida a partir de la evidencia y determinar que la composición del metal permite realizar una comparación. Si bien la evidencia del suelo puede no estar sola en los tribunales, ciertamente refuerza otras pruebas.

También se está convirtiendo rápidamente en el método analítico de elección para la determinación de los niveles de nutrientes en suelos agrícolas. Esta información se utiliza luego para calcular la cantidad de fertilizante necesaria para maximizar el rendimiento y la calidad del cultivo.

ICP-AES se utiliza para análisis de aceite de motor . El análisis del aceite de motor usado revela mucho sobre cómo está funcionando el motor. Las piezas que se desgastan en el motor depositarán rastros en el aceite que se pueden detectar con ICP-AES. El análisis ICP-AES puede ayudar a determinar si las piezas están fallando. Además, ICP-AES puede determinar qué cantidad de ciertos aditivos de aceite quedan y, por lo tanto, indicar cuánta vida útil le queda al aceite. El análisis de aceite lo utilizan a menudo el administrador de flotas o los entusiastas de la automoción que tienen interés en averiguar todo lo posible sobre el funcionamiento de su motor. ICP-AES también se utiliza durante la producción de aceites de motor (y otros aceites lubricantes) para el control de calidad y el cumplimiento de las especificaciones de producción e industria.

Ver también

Referencias

enlaces externos