Transcript aula6_ ICPOES - Universidade Federal da Bahia

ICP OES
ALGUNS ASPECTOS
Espectroscopia Atômica


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)
Espectrometria de Absorção Atômica
Fonte
Io
Atomizador
It
Detector
Monocromador
Tubo
Quartzo
Chama
Forno de
Grafite
Espectrometria de Emissão Atômica
Plasma
Atomizador
Fonte
Monocromador
Detector
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 QUE É PLASMA?
 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
CARACTERÍSTICAS DO ICP OES
 Baixo nível de radiação de fundo
 Baixo limite de detecção
 Análise multielementar/rápida
 Ampla faixa de calibração
 Apresenta poucas interferências
ICP OES - INSTRUMENTAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO
Gerador de RF
Tocha
Espectrômetro
Computador
Introdução da
amostra
Detetor
Impressora
Geração do plasma
Tocha
 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 Plasma
Bobina de Indução


construída com tubo de cobre
resfriada com fluxo de água refrigerada
Gerador 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 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
Indutivo
Geração do Plasma - O Acoplamento
Indutivo
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
Gás Refrigerante ou Plasma Gás
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 Plasma
GÁS AUXILIAR

fluxo de argônio no tubo intermediário

estabilizar o plasma

0,7 – 1,0 L/ min
Geração do Plasma
GÁS 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 Plasma
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
Distribuição de Temperatura do ICP OES
Vantagens
 átomos
da amostra permanecem cerca de 2 ms em
temperaturas entre 4000 e 8000 K
 atomização é mais
interferências químicas
completa,
menos
problemas
 efeitos de interferência por ionização são pequenos,
devido concentração muito grande de elétrons
de
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
Visualização da Tocha do Plasma
Plasma: das gotas de amostra às linhas de emissão
íons
M+
M+ *
átomos
M
M*
moléculas
MX
vaporização
sólido
dessolvatação
gota
h
h
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
Nebulizadores Pneumáticos
Nebulizadores Ultrasônicos
(a)Concêntrico
(b)fluxo cruzado
(c) disco poroso
(d) Babington.
Câmaras de Nebulização
 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 Nebulização
 Câmara com Elemento de Impacto
 Câmara de Duplo Passo
 Câmara Ciclônica
Transdutores

Fotomultiplicadores

Detectores de estado sólido
Tipos de Instrumentos ICP OES
SEQUENCIAL
• Flexível (qualquer elemento, qualquer )
• Custo baixo
• Um elemento por vez
• Mais lento
• Menos precisão
SIMULTANEO
• Flexível (qualquer elemento, qualquer )
• Custo alto
• Rápido, vários elementos por vez
• Melhor precisão
ICP 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
INSTITUTO DE QUÍMICA
PROGRAMA DE PÓS – GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
GRUPO DE PESQUISA EM QUÍMICA ANALÍTICA
Avaliação de procedimentos de extração parcial
de metais traço em sedimentos estuarinos
visando determinação por espectrometria atômica.
Mestranda: Maribel Costa Silva
Orientadora: Profª Drª Maria das Graças Korn
Co-Orientadora: Profª Drª Vanessa Hatje
Metais Traço Investigados
Cr
Pb
Cu
Metais
Traço
Zn
Ni
Mn
Co
OBJETIVO
Avaliar a eficiência de procedimentos de
extração parcial, em uma única etapa, de
metais traço em sedimentos estuarinos.
AGITAÇÃO MECÂNICA :
Massa 0,50g de amostra
Tubo de teflon
Agitação Mecânica
Tempo de
agitação
16horas
Soluções Extratoras
HOAC 0,43 mol L-1 e 0,11 mol L-1
12horas
HCl 1 mol L-1
1hora
EDTA 0,05mol L-1
Centrifugação 10min
Sobrenadante
ICP OES
Co,Pb, Ni, Cu, Cr, Mn, Zn
Sonicação:
Massa 0,50g de amostra
Soluções Extratoras /
Erlenmayer
Sonicação
Tempos Estudados:
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
Centrifugação 10min
Sobrenadante
EDTA 0,05mol L-1 :10,15,25 e 30 min
ICP OES
Co,Pb, Ni, Cu, Cr, Mn, Zn
Centrifugação
Massa 0,50g de amostra
Tubo de teflon
Tempos Estudados :
Agitação Mecânica
30,45, 60, 120min para todas as soluções
extratoras
Sobrenadante
Centrifugação 10min
ICP OES
Co,Pb, Ni, Cu, Cr, Mn, Zn
Comparação entre procedimentos.
-1
centrifugação
140
centrifugação
108
106
Ultra-som
120
Ultra-som
104
102
100
98
96
% Recuperação
110
100
30
45
80
60
40
Mn
20
Pb
94
0
30
60
45
60
Tempo ( min)
Tempo ( min)
Ultra-som
100
80
60
40
Zn
20
% Recuperação
centrifugação
120
% Recuperação
% Recuperação
HCl 1mol L
140
centrifugação
120
Ultra-som
100
80
60
40
Ni
20
0
0
30
45
Tempo ( min)
60
30
45
60
Tempo ( min)
38
Comparação entre procedimentos
centrifugação
200
HOAC 0,43 mol L
150
Mn
-1
100
50
0
30
45
60
Tempo ( min)
centrifugação
250
Ultra-som
% Recuperação
% Recuperação
Ultra-som
200
150
100
50
Ni
0
30
45
Tempo ( min)
60
39
Comparação entre procedimentos
-1
centrifugação
80
centrifugação
120
Ultra-som
70
Ultra-som
% Recuperação
140
100
80
60
Ni
40
60
50
40
30
10
0
0
30
45
Zn
20
20
30
60
45
60
Tempo ( min)
Tempo ( min)
centrifugação
120
% Recuperação
% Recuperação
HOAC 0,11 mol L
Ultra-som
100
80
60
Mn
40
20
0
30
45
Tempo ( min)
60
40
Comparação entre procedimentos
ULTRA-SOM
CENTRIFUGAÇÃO
150
Cu
100
Co
Mn
75
Ni
Cr
50
Pb
25
Zn
0
30
Tempo(min)
% Recuperação
% Recuperação
150
125
125
Cu
100
Co
75
Mn
50
Ni
Pb
25
0
Zn
30
Tempo (min)
EDTA 0,05 mol L -1
41
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
42
resultados.