ICP OES

ALGUNS ASPECTOS

Espectrometria de absorção atômica com chama (FAAS)

Espectrometria de absorção atômica com vaporização eletrotérmica (ET AAS)

Espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado

(ICP OES)

Espectroscopia Atômica

AtomizadorIo

Monocromador DetectorIt

Forno de Grafite

TuboQuartzoChama

Fonte

Espectrometria de Absorção Atômica

Espectrometria de Emissão Atômica

AtomizadorFonte Monocromador Detector

Plasma

Espectroscopia Atômica

Conjunto de técnicas fundamentadas na interação entre a radiação e os átomos no estado livre

Os comprimentos de onda no qual estas variações de energia ocorrem são exatamente os mesmos para emissão e absorção

Espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado

ICPOES

Emissão de radiação eletromagnética nas regiões UV e VIS do espectro por átomos e íons, após excitação eletrônica em um gás a alta temperatura

1964 - Greenfield, Fassel: uso do plasma como fonte de excitação

1974 - primeiro ICP OES comercial

O Plasma é um gás altamente ionizado contendo igual

número de elétrons e íons positivos

O Plasma é eletricamente condutivo O Plasma é afetado pelo campo magnético

O Plasma é uma fonte de emissão ideal e adequada para análises rápidas e multielementares

O QUE É PLASMA?O QUE É PLASMA?

CARACTERÍSTICAS DO ICP CARACTERÍSTICAS DO ICP OESOES

Baixo nível de radiação de fundo

Baixo limite de detecção

Análise multielementar/rápida

Ampla faixa de calibração

Apresenta poucas interferências

ICP OES - INSTRUMENTAÇÃOICP OES - INSTRUMENTAÇÃO

INSTRUMENTAÇÃOINSTRUMENTAÇÃO

Gerador de RF

Computador

Impressora

Tocha

Introdução da amostra

Espectrômetro

Detetor

TochaTocha três tubos concêntricos de quartzo (15

a 30 mm de diâmetro), com entradas

independentes para cada seção anular

posicionada concentricamente à bobina

de indução, que está acoplada a um

gerador de rádio-frequência

Geração do plasmaGeração do plasma

Geração Do PlasmaGeração Do Plasma

Bobina de InduçãoBobina de Indução

construída com tubo de cobre resfriada com fluxo de água refrigerada

Gerador de Rádio-freqüênciaGerador de Rádio-freqüência

opera com frequências que variam de 4 a 50 MHz (27 e 41 MHz) e potências de 1,0-2,0 kW

Geração do PlasmaGeração do Plasma

Para Se Transformar Um Gás Em Plasma Arrancar Elétrons E Produzir Íons

Para Gerar O Plasma Descarga Elétrica Centelha (Bobina Tesla)

Para Manter O Plasma Campo Magnético Cargas fluindo em um campo magnético tem alta energia cinética

Geração do Plasma - O Acoplamento Geração do Plasma - O Acoplamento IndutivoIndutivo

Uma bobina tesla é usada para semear os primeiros elétrons e gerar íons na região da bobina de indução

Íons e elétrons resultantes alcançam a região na altura da bobina de indução, o plasma é gerado e mantido pelo movimento caótico das partículas carregadas em um campo eletromagnético que oscila em alta freqüência.

Geração do Plasma - O Acoplamento Geração do Plasma - O Acoplamento IndutivoIndutivo

fluxo de argônio tangencialmente entre o tubo externo e intermediário

isolamento térmico do tubo externo da tocha

centraliza radialmente o plasma

12 – 18 L/min

Geração do PlasmaGeração do Plasma

Gás Refrigerante ou Plasma GásGás Refrigerante ou Plasma Gás

GÁS AUXILIARGÁS AUXILIAR

fluxo de argônio no tubo intermediário

estabilizar o plasma

0,7 – 1,0 L/ min

Geração do PlasmaGeração do Plasma

GÁS DE ARRASTEGÁS DE ARRASTE

fluxo de argônio no tubo central

conduzir a amostra na forma de aerossol para o plasma

0,7 – 1,5 L/min

Geração do PlasmaGeração do Plasma

ARGÔNIO ARGÔNIO

elevado potencial de ionização, superior à maioria dos elementos químicos (15,8 eV)

requer menos que 500 Kcal/mol para dissociar-se e ionizar-se

custo

Geração do PlasmaGeração do Plasma

Distribuição de Temperatura do ICP OESDistribuição de Temperatura do ICP OES

átomos da amostra permanecem cerca de 2 ms em temperaturas entre 4000 e 8000 K

atomização é mais completa, menos problemas de interferências químicas

efeitos de interferência por ionização são pequenos, devido concentração muito grande de elétrons

Vantagens

Atomização ocorre em meio quimicamente inerte

Temperatura da seção transversal do plasma é relativamente uniforme efeitos de auto-absorção e auto-reversão não são encontrados

curvas de calibração lineares em muitas ordens de grandeza de concentração

Vantagens

Visualização da Tocha do Plasma

MX

M M* h

M+ M+ * h

gota

dessolvatação

vaporização

sólido

moléculas

átomos

íons

Plasma: das gotas de amostra às linhas de emissão

Introducão de amostras

Introducão de amostra líquida

(a) Bomba Peristáltica (b) Nebulizadores(c) Camâras de nebulização

Introdução de amostra sólida

- Inserção direta de amostra sólida - Vaporização Eletrotérmica - Ablação por Laser - Nebulização de Suspensão

Introdução de Amostras

Nebulizadores Pneumáticos

Nebulizadores Ultrasônicos

NebulizadoresNebulizadores

(a)(a)ConcêntricoConcêntrico

(b)(b)fluxo cruzadofluxo cruzado

(c)(c)disco poroso disco poroso

(d)(d) Babington.Babington.

Aerossóis gerados por fluxos cruzados ou por nebulização em V não podem ser introduzidos diretamente porque eles resfriam o plasma e podem até extingui-lo.

Para evitar interferências da matriz, adiciona-se uma câmara atomizadora antes do plasma cuja função é reduzir o diâmetro das partículas até a faixa ideal (10 µm).

Câmaras de NebulizaçãoCâmaras de Nebulização

Câmara com Elemento de Impacto

Câmara de Duplo Passo

Câmara Ciclônica

Câmaras de NebulizaçãoCâmaras de Nebulização

Fotomultiplicadores

Detectores de estado sólido

Transdutores

Tipos de Instrumentos ICP OESTipos de Instrumentos ICP OES

SIMULTANEOSIMULTANEO

• Flexível (qualquer elemento, qualquer )

• Custo alto

• Rápido, vários elementos por vez

• Melhor precisão

SEQUENCIALSEQUENCIAL

• Flexível (qualquer elemento, qualquer )

• Custo baixo

• Um elemento por vez

• Mais lento

• Menos precisão

ICP OES X FAASICP OES X FAAS

• Custo alto – gás - monocromador

• Multielementar

• Rapidez

• Melhor precisão

• ótimas condições para todos os elementos

• Ampla faixa linear

• aplicável a muitos elementos

Universidade Federal da Bahia

Mestranda: Maribel Costa SilvaOrientadora: Profª Drª Maria das Graças KornCo-Orientadora: Profª Drª Vanessa Hatje

INSTITUTO DE QUÍMICAPROGRAMA DE PÓS – GRADUAÇÃO EM QUÍMICA

Avaliação de procedimentos de extração parcialAvaliação de procedimentos de extração parcial de metais traço em sedimentos estuarinos de metais traço em sedimentos estuarinos visando determinação por espectrometria atômicavisando determinação por espectrometria atômica..

GRUPO DE PESQUISA EM QUÍMICA ANALÍTICA

Cu

Zn

Ni Co

Mn

Pb

Cr

Metais Traço

Metais Traço Investigados

OBJETIVO

Avaliar a eficiência de procedimentos de extração parcial, em uma única etapa, de metais traço em sedimentos estuarinos.

AGITAÇÃO MECÂNICA :

16horas

12horas

1hora

Massa 0,50g de amostra

Tubo de teflon

Centrifugação 10min

Sobrenadante

ICP OESCo,Pb, Ni, Cu, Cr, Mn, Zn

Agitação Mecânica

HOAC 0,43 mol L-1 e 0,11 mol L-1HCl 1 mol L-1

EDTA 0,05mol L-

1

Tempo de agitação

Soluções Extratoras

Sonicação:

Massa 0,50g de amostra

Erlenmayer

Centrifugação 10min

SobrenadanteICP OES

Co,Pb, Ni, Cu, Cr, Mn, Zn

Sonicação

HCl 1 mol L-1:5, 10 ,15,20, 30, 45, 60 e 75 min

HOAC 0,43 L-1:15,30,45,60 e 75 min

HOAC 0,11 mol L-1:15,30,45,60 e 75 min

EDTA 0,05mol L-1 :10,15,25 e 30 min

Tempos Estudados:Soluções Extratoras /

Centrifugação

Massa 0,50g de amostra

Tubo de teflon

Centrifugação 10min

Sobrenadante

ICP OESCo,Pb, Ni, Cu, Cr, Mn, Zn

Agitação Mecânica

Tempos Estudados :

30,45, 60, 120min para todas as soluções extratoras

38

Comparação entre procedimentos.

94

96

98

100

102

104

106

108

110

30 45 60

Tempo ( min)

% R

ecup

eraç

ão

centrifugação

Ultra-som

Pb 0

20

40

60

80

100

120

140

30 45 60

Tempo ( min)

% R

ecup

eraç

ão

centrifugação

Ultra-som

HCl 1mol L -1

Mn

0

20

40

60

80

100

120

30 45 60

Tempo ( min)

% R

ecup

eraç

ão

centrifugação

Ultra-som

Zn0

20

40

60

80

100

120

140

30 45 60

Tempo ( min)

% R

ecup

eraç

ão

centrifugação

Ultra-som

Ni

39

Comparação entre procedimentos

0

50

100

150

200

30 45 60

Tempo ( min)

% R

ec

up

era

çã

o

centrifugação

Ultra-som

Mn

0

50

100

150

200

250

30 45 60

Tempo ( min)

% R

ec

up

era

çã

o

centrifugação

Ultra-som

HOAC 0,43 mol L -1

Ni

40

Comparação entre procedimentos

0

20

40

60

80

100

120

140

30 45 60

Tempo ( min)

% R

ecup

eraç

ão

centrifugação

Ultra-som

Ni

0

10

20

30

40

50

60

70

80

30 45 60

Tempo ( min)

% R

ecup

eraç

ão

centrifugação

Ultra-som

Zn

0

20

40

60

80

100

120

30 45 60

Tempo ( min)

% R

ecup

eraç

ão

centrifugação

Ultra-som

Mn

HOAC 0,11 mol L -1

41

Comparação entre procedimentos

ULTRA-SOM

0

25

50

75

100

125

150

Tempo(min)

% R

ec

up

era

çã

o

Cu

Co

Mn

Ni

Cr

Pb

Zn

30

CENTRIFUGAÇÃO

0

25

50

75

100

125

150

Tempo (min)%

Recu

pera

ção

Cu

Co

Mn

Ni

Pb

Zn

30

EDTA 0,05 mol L -1

42

Considerações finais:

• A solução de HCl 1 mol L-1 foi a melhor extratora nos três procedimentos investigados (agitação mecânica, ultra-som e centrifugação) quando comparada a solução de EDTA 0,05mol l-1 e ás soluções em meio acético(HOAC 0,43 mol L-1, e HOAC 0,11 mol l – 1).

• A solução de ácido acético 0,43 mol L– 1 propiciou um meio extrator mais ácido e gerou maiores percentuais de recuperação quando comparados com os obtidos utilizando á solução 0,11 mol L– 1 deste mesmo ácido.

• Percentuais de recuperação equivalentes ao método convencional foram obtidos para os analitos investigados utilizando um menor tempo de preparo de amostra em relação ao método convencional.Contudo, necessita de maior controle das variáveis .

• A centrifugação sem prévio aquecimento, apresentou-se como um procedimento eficaz para extração de metais fracamente ligados propiciando diminuição das etapas de preparo de amostra comparada método convencional de agitação mecânica.Porém necessita de maiores estudos afim de proporcionar melhores resultados.