1. Descripción general del contenido
La espectrometría de emisión atómica es un método de análisis óptico basado en la medición de la longitud de onda y la intensidad de la radiación durante las transiciones de niveles de energía dentro de una sustancia. La espectrometría de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente (abreviada como ICP-AES; a veces también llamada ICP-OES, derivada de la espectrometría de emisión óptica, distingue las fuentes de luz ICP basadas en líneas iónicas de otras líneas atómicas (fuente de luz principal) es una tecnología de análisis de espectrometría de emisión atómica. utilizando plasma acoplado inductivamente como fuente de luz de excitación. Esta tecnología comenzó con la aparición del ICP en la década de 1970 y es la tecnología de espectrometría de emisión atómica de más rápido crecimiento y más utilizada hasta el momento. El principio es utilizar la alta temperatura generada por el plasma de argón para descomponer completamente la muestra y formar átomos e iones en el estado excitado. Dado que los átomos y los iones en el estado excitado son inestables, los electrones externos pasarán del estado excitado al estado excitado. nivel de energía más bajo, emitiendo así líneas espectrales características. Después de dividir la luz mediante un sistema espectroscópico como una rejilla, se utiliza un detector para detectar la intensidad de una longitud de onda específica para determinar el contenido del elemento que se va a medir en la muestra.
El plasma acoplado inductivamente (ICP) utiliza una corriente de alta frecuencia para generar un campo electromagnético de alta frecuencia a través de una bobina de inducción, lo que hace que el gas de trabajo forme un plasma y presente una descarga similar a una llama (antorcha de plasma). ), alcanzando los 10.000 K. Alta temperatura, es una fuente de luz espectral con buenas propiedades de evaporación-atomización-excitación-ionización. Además, debido a la estructura anular de esta antorcha de plasma, es propicio para inyectar muestras desde el canal central de plasma y mantener la estabilidad de la llama; un caudal de gas portador bajo (<1 L/min) puede penetrar el ICP, lo que permite la muestra será El tiempo de residencia del canal central es de 2 a 3 ms, que puede evaporarse y atomizarse por completo. La alta temperatura del canal central de la estructura del anillo ICP es mayor que la temperatura de cualquier llama o chispa de arco, y es la temperatura de excitación óptima de átomos e iones. El analito está en el centro. El canal se calienta indirectamente, lo que tiene poco impacto en las propiedades de descarga del ICP. La fuente de luz del ICP también es una fuente de luz delgada con un pequeño fenómeno de autoabsorción. no tiene descarga de electrodo ni contaminación de electrodo. Estas características otorgan a la fuente de luz ICP un excelente rendimiento analítico y cumplen con los requisitos de un método analítico ideal. Por lo tanto, el método de análisis ICP AES tiene las siguientes excelentes características analíticas:
1) El método ICP-AES es ante todo una determinación simultánea de múltiples elementos. Ya sea que se trate de una lectura directa multicanal o de un instrumento de escaneo de un solo canal, se puede medir simultáneamente una gran cantidad de elementos (de 30 a 50 o incluso más) en la misma solución de muestra. En la literatura se han reportado hasta 78 elementos analíticos, es decir, excepto los gases inertes He, Ne, Ar, Kr y Xe, todos los elementos que existen en la naturaleza han sido reportados para su uso en la determinación de los métodos ICP-AES.
2) ICP tiene altas capacidades de evaporación, atomización y excitación. Debido a las excelentes características de la fuente de luz de plasma, se pueden evitar las interferencias químicas y de matriz de los métodos clásicos de análisis espectral, por lo que el nivel de interferencia es relativamente bajo. La antorcha de plasma tiene una temperatura más alta y puede atomizar y excitar elementos que son difíciles de excitar con llamas químicas generales, por lo que es beneficioso para la determinación de elementos que son difíciles de excitar. Además, los óxidos metálicos refractarios no se generan fácilmente en una atmósfera de Ar, lo que hace que el efecto de matriz y la influencia de los elementos existentes sean menos obvios. Además, el fenómeno de autoabsorción de la fuente de luz ICP es muy bajo y el rango lineal de la curva de calibración puede alcanzar de 5 a 6 órdenes de magnitud. En la mayoría de los casos, la concentración del elemento y la señal de medición son simplemente lineales. Puede medir componentes de baja concentración (<1 mg/L) y componentes de alta concentración (cientos o miles de mg/L) al mismo tiempo. Es una característica analítica muy valiosa que utiliza plenamente las capacidades de determinación simultánea de ICP-AES para múltiples elementos.
3) El método ICP-AES tiene la estabilidad y precisión de medición (RSD<1) del método de análisis de inyección de solución. Su precisión analítica es comparable a los métodos químicos húmedos. Y el límite de detección es muy bueno, con el límite de detección de muchos elementos <1 mg/L.
Los últimos desarrollos en instrumentos relacionados son los siguientes:
(1) Spectroblue ICP-OES-Espectrómetro de emisión de plasma de lectura directa de espectro completo
Spectroblue ICP-OES -Espectrómetro de emisión de plasma de lectura directa de espectro completo (Spike Alemania), que se caracteriza por: utilizar un sistema óptico Paschen-Runge con una distancia focal de 750 mm para recolectar datos de espectro completo del espectro primario desde 130 nm hasta 770 nm; 130 nm La resolución constante (resolución de píxeles 3 pm) se puede mantener en el rango de longitud de onda hasta 340 nm, y la resolución de píxeles por encima de 340 nm es 6 pm; 15 detectores de matriz CCD lineales Tecnología de purificación de gas UV-PLUS (en una óptica sellada llena de argón); cámara, que utiliza una pequeña bomba de diafragma para hacer circular gas argón a través del tubo de purificación); la interfaz OPI-AIR elimina la necesidad de un sistema de refrigeración por agua externo; se proporcionan dos modos de observación (axial o radial). (OPI) se utiliza): Introduzca gas argón en la dirección tangencial de la parte de la interfaz, sóplelo a través de una salida, penetre directamente en el plasma, apague la llama de la cola y elimine la interferencia de la matriz.
(2) Espectrómetro Optima 7300 V
El Optima 7300 V es un espectrómetro de emisión de plasma acoplado inductivamente con antorcha vertical de sobremesa (Figura 1) que elimina la acumulación de carbono y reduce al mínimo los requisitos de mantenimiento. La capacidad de visualización radial del instrumento garantiza un funcionamiento rápido y estable y está diseñado para afrontar los desafíos únicos del análisis de muestras de petróleo o aplicaciones geológicas y metalúrgicas.
La serie Optima 7300 V tiene dos modelos: ① Versión de aceite Optima 7300 V, adecuada para análisis de aceite; ② Versión Optima 7300 V HF, adecuada para geoquímica y análisis de alto contenido de sólidos.
Figura 1 Espectrómetro Optima 7300V
(3) Tecnología de plasma de placa plana
La serie Optima 8x00 ICP-AES se caracteriza por: consumo reducido de argón, plasma de placa plana la tecnología solo requiere un caudal de gas de plasma de 8 L/min a cualquier potencia de RF; la expansión de la región ultravioleta lejana (120 nm) facilita la selección de líneas espectrales de fondo bajo y elementos no metálicos (como C, S, N, Cl, Br, I) análisis; observación bidireccional de plasma patentada: se utiliza gas de corte de aire para eliminar las llamas de cola fría y eliminar la interferencia. Los elementos de alta y baja concentración se pueden medir de la misma manera, y la observación axial proporciona la observación; límite de detección más bajo, diámetro Las observaciones direccionales son muy variables, lo que amplía el rango operativo y elimina los efectos de ionización.
(4) ICP-OES-CCI Agilent Serie 710
El ICP-OES-CCI Agilent Serie 710 presenta tecnología de interfaz de cono frío, modo de observación bidireccional y detector CCD.
II. Ámbito de aplicación y ejemplos de aplicación
(1) Aplicación en análisis de muestras geológicas
El límite de detección del instrumento de ICP-AES es de 0,1 ~ 100 ng/mL. , los elementos generales tienen múltiples líneas espectrales con diferentes sensibilidades y el rango lineal dinámico es de aproximadamente 4 a 6 órdenes de magnitud. Por lo tanto, es muy adecuado para el análisis geológico. La matriz de muestra es compleja, el rango de contenido del elemento varía mucho y hay muchos. Se requieren mediciones de elementos y pruebas. Con el requisito de un tamaño de lote de muestra grande, es adecuado para el análisis de elementos principales, secundarios y traza en muestras geológicas. En la actualidad, la tecnología ICP-AES se ha utilizado ampliamente en el campo del análisis geológico y se ha convertido en un importante método de análisis de elementos múltiples en los laboratorios modernos de análisis geológico y mineral.
Las aplicaciones típicas de ICP-AES en el análisis de muestras geológicas son las siguientes.
1) Determinación de Ba, Be, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, Pb en rocas, suelo y sedimentos acuáticos tras disolución ácida compleja. y descomposición, Sr, Th, Ti, V, Zn, Sc y más de 20 elementos, especialmente indicado para la medida de grandes lotes de muestras.
2) Después de que se funde el metaborato de litio, los elementos principales, incluidos Si (SiO2, Al2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, TiO2, MnO, P2O5 y componentes menores Zr, Sr, Ba, etc.), puede lograr la precisión requerida para un análisis completo, reemplazando los tediosos análisis químicos, y el porcentaje y la calidad sumada se pueden controlar entre 99,3 y 100,7 (la pérdida por ignición se mide por separado).
3) Determinación de elementos mayores y menores en muestras de minerales. Algunos oligoelementos deben medirse después de la separación y el enriquecimiento. Por ejemplo, el ácido clorhídrico, el ácido nítrico, el ácido fluorhídrico y el ácido perclórico descomponen muestras como pirita, esfalerita, mineral polimetálico de cobalto-níquel, etc., y ICP-AES determina directamente Al, Fe, Cu, Pb, Zn, Ca, Mg. , K, 18 elementos incluidos Na, Sb, Mn, Ti, Li, Cd, Co, Ni, V y Ag.
4) Determinar los niveles de trazas y ultratrazas de 15 elementos de tierras raras en varias muestras geológicas después de la separación y enriquecimiento con resina catiónica de fusión alcalina o resina P507.
5) Determinación directa de cationes principales (Ca, Mg, K, Na, etc.) y ácido metasilícico, B, etc. en muestras de agua natural. Después de la precipitación, separación y enriquecimiento del hidróxido férrico, se miden decenas de oligoelementos en el agua natural.
6) Método de muestra soluble en ácido mixto de ácido fosfórico-ICP-AES para la determinación de B, S y otros elementos.
7) Método de separación y enriquecimiento de espuma de poliuretano-ICP-AES para la determinación del oligoelemento Ti en muestras geológicas.
La tecnología ICP-AES se utiliza principalmente para el análisis de elementos metálicos. La sensibilidad de determinación de elementos no metálicos es pobre, pero puede analizar mejor contenidos más altos de P, S y B (si B es). disuelto en ácido, es necesario agregar protección de ácido fosfórico), As, Se y otros elementos, algunos modelos de instrumentos pueden incluso analizar Cl, Br, I y otros elementos. Generalmente, las líneas sensibles de los elementos no metálicos se encuentran en la región ultravioleta lejana. Hay una banda de absorción obvia de moléculas de oxígeno por debajo de 200 nm. Para longitudes de onda por debajo de 190 nm, se requieren medidas de vacío o llenado de gas inerte para evitar problemas de absorción de moléculas de oxígeno. .
(2) Análisis de elementos de tierras raras
Marin et al. utilizaron ICP-IES para determinar rápidamente Ba, Zr, Th, U, La, Ce, elementos como Eu, Hf y Dios. El proceso de extracción líquido-líquido utiliza éter dietílico para extraer selectiva y cuantitativamente Fe, con un factor de descontaminación de 65.000. El límite de detección de este método para U, Th, Ba y Zr en soluciones con alta concentración de iones de hierro es de 1 a 24 ng/ml, y la desviación estándar relativa es de 0,9 a 4,6. Este método se ha utilizado para tratar materiales radiactivos.
(3) Análisis de oligoelementos del suelo
El ICP-OES de PerkinElmer puede analizar todos los elementos metálicos de la tabla periódica de elementos, con un límite de detección inferior a 1×10-9. Al mismo tiempo, puede analizar la mayoría de elementos no metálicos, como As, Se, P, S, Si, Te, etc., con un límite de detección inferior a 10×10-9 si se utiliza un generador de hidruros. el límite de detección de estos no metales se puede mejorar más de 10 veces.
Praveen Sarojam et al. (2010) probaron las muestras de suelo con el instrumento OptimaTM 7300 DV ICP-OES después de someterse a técnicas de pretratamiento como la digestión por microondas, y lograron buenos resultados.
3. Fuente de datos
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Marin A, Joaquin C, Karin P et al. 2009. Determinación de REE, U, Th, Ba y Zr en lixiviados hidrogeológicos simulados mediante ICP-AES después de la extracción con disolvente de matriz. of Rare Earths, 27(1): 123～127
Praveen S, Trace M. Caracterización de suelos utilizando Optima 7300 DV ICP-OES, PerkinElmer, Inc