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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
Instituto de Ciências Exatas
Depto. De Química
Fundamentos de Espectrometria de Massa com Fonte de Plasma (ICP-MS)
Dr. Julio César Jose da Silva (DEQ-UFV)
Viçosa - 2009
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Abundancia isotópica
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Abundancia isotópica
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Abundancia isotópica
5 Descargas atmosférica (plasmas de “ar”)
Emissões em plasma de argônio
“Gás parcialmente ionizado à alta temperatura”
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Plasma como fonte de excitação Qualquer fonte de matéria que tenha uma fração
apreciável ( 1 %) de elétrons e íons positivos somando a átomos neutros, radicais e espécies moleculares.
São gases ionizados altamente energéticos (Ar, He, Xe, etc.)
Temperatura (6000 – 10.000 oC)
GFAAS e FAAS: 3300 oC !!!!!
Maior eficiência na decomposição Óxidos Compostos refratários
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Plasma como fonte de ionização
Plasma indutivamente acoplado (ICP)
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Plasma como fonte de ionização
Plasma indutivamente acoplado (ICP)
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Processo de formação do plasma
A. entrada de Ar (He, Xe, etc.)
B. aplicação de campo de rádio-freqüência (RF), 27 ou 40 Mhz
C. geração de alguns e- livres (bobina tesla)
D. efeito cascata
E. plasma
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Processo de formação do plasma
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Representação esquemática dos processos ocorrendo no plasma
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+
Aerosol is dried
Particles are decomposed and dissociated
Atomized and then ionized
Analyte present as M+ ions
Highest M+ population should correspond to lowest polyatomic population
Representação esquemática dos processos ocorrendo no plasma
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Análise Quantitativa
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Análise Semiquantitativa
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Instrumentação
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Fassel Plasma-Tocha
• Bobina de RF: 40 MHz
• Vazão principal (Plasma): 15 L min-1
• Vazão de nebulização: 0,9 L min-1
• Vazão auxiliar: 1,0 mL min-1
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Fassel Plasma-Tocha
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Sistema de Introdução da amostra
“Amostras sólidas ou líquidas devem ser introduzidas no plasma de forma que elas possam ser realmente atomizadas”
Gás de nebulização
Câmara de nebulização: Seleção das gotas analiticamente úteis para serem convertidas em átomos e íons Nebulizador: Usam um fluxo gasoso em alta velocidade para criar um aerossol
Solução
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Sistema de Introdução da amostra
Modelo para o transporte do aerossol (nebulizador + câmara)
Processo de transporte e geração do aerossol da amostra
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Sistema de Introdução da amostra
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Sistema de Introdução da amostra
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Sistema de Introdução da amostra
Concêntrico (meinhard)
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Sistema de Introdução da amostra
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Sistema de Introdução da amostra
Cross-flow (fluxo-cruzado)
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Sistema de Introdução da amostra
Babington ( conc. de sólidos)
Babington
V-groove
Conespray
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Interface (Cones de amostragem e Skimmer)
Íons carregados positivamente são extraídos do plasma pelo sistema de vácuo Cones: Platina/níquel Orifícios de passagem de íons: 1 mm Vácuo: ± 2 torr (entre os cones)
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Interface (Cones de amostragem e Skimmer)
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Lentes Iônicas
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Lentes Iônicas
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Separador de Massa Quadrupolar
Espectrômetro de Massas Separador de íons com determinada “m/z”
Mass range: 2 – 300 amu
Espectrômetro de massas com quadrupolo (QMS)
Espectro elementar de massas
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Espectrômetro de massas com quadrupolo (QMS)
Separador de Massa Quadrupolar
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Detectores
Detecção do Íon: Multiplicador de elétrons (EM) Conta e estoca o sinal total de cada m/z, criando um espectro de massa A magnitude de cada pica é proporcional a concentração
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Interferências
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Interferências
Interferências espectrais
Óxidos, hidróxidos, hidretos e espécies de dupla carga
Interferências isobáricas
Interferências de matriz
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Interferências
Interferências Espectrais
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Interferências
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Interferências
Interferências não espectrais (físico-química e química)
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Interferências
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Performance
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Performance
Performance Characteristic Criteria
Calibration verification standard (reference) ± 10% true valor
Precision ± 20% RSD
Know-addition recovery 75 – 125%
Standard reference materials Dependent on data quality objectives
Test-t (Student) CL 95%
Summary of Perfomance Criteria
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Performance
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Performance
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Performance
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Performance
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Performance
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Performance
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Performance
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Aplicação (meio ambiente)
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Aplicação (Bioquímica)
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Aplicação (Saúde)
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Aplicação (Alimentos)
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Aplicação (Química Forense)
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Aplicação (Combustíveis)
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Aplicação (Ligas Metálicas)
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Interfaceamento
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Capacidade analítica ETV-ICP-MS (ICP + vaporização eletrotérmica)
HG/CV-ICP-MS (ICP + geração de hidretos/vapor frio)
LA-ICP-MS (ICP + laser ablation)
FIA-ICP-MS (ICP + injeção em fluxo)
IC-ICP-MS (ICP + cromatrografia de íons)
HPLC-ICP-MS (ICP + cromatografia liquida)
DRC-ICP-MS (ICP + cela de reação)
GC-ICP-MS (ICP + cromatografia gasosa)
ID-ICP-MS (diluição isotópica)
TOF-ICP-MS (detecção por tempo de vôo/alta resolução)
HR-ICP-MS (setor magnético/alta resolução)
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Aplicações Ambientais
Metalúrgicas
Biológicas
Forense
Combustíveis
Agronômicas
Etc.
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Obrigado pela atenção !
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Referências “Principles of Instrumental Analysis”. 5th ed., 1998; D.A. Skoog, FL Holler, T.A. Nieman. “Inductively Coupled Plasmas in Analytical Atomic Spectrometry”. 2 nd ed., 1992; A. Montasser, D. Golightly.
“Axially and radially viewed inductively coupled plasmas – a critical review”. Spectrochim. Acta Part B, 55 (2000) 1195-1240. “Química Analítica Instrumental - Notas de aula”. UFG, 1996; Farias, L.C. “Concepts, Intrumentation and Techinique in inductively Coupled Plasmas Atomic Emission Spectrometry”. Perkin Elmer, 1989; Boss, C.B., Fredeen, K.J. “Espectrometria de Emissão Atômica com Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-AES)”. CPG/CENA-USP, 1998; Giné, M.F. IUPAC – International Union of Pure and Applied Chemitry 2009; http://old.iupac.org/publications/analytical_compendium)
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Contatos-Informações
Prof. Dr. Júlio César J. Da silva
Graduação: IQ - UFG
Mestrado: DQ - UFSCar
Doutorado: IQ - UNICAMP
Pós-Doutorado: DEMET-EE-UFMG
Endereço atual:
DEQ-UFV, sala 209
E-mail: [email protected]