Espectromía de emisión atómica

  • Published on
    05-Apr-2018

  • View
    214

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    1/44

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    2/44

    Espectrometra de emisin atmica-Plasma deacoplamiento inductivo en el anlisis

    multielemental

    Gloria Estopan Muoz

    Responsable de la seccin de ensayos fsico-qumicosUnidad de Calidad y Seguridad Alimentaria

    Centro de Investigacin y Tecnologa Agroalimentaria de Aragn

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    3/44

    CONTAMINANTE Una sustancia que se encuentra en un medio al cual no

    pertenece o que lo hace a niveles que pueden causarefectos adversos para la salud o el medio ambiente.

    Los metales pesados son un grupo de elementos

    qumicos que presentan una densidad relativamente altay cierta toxicidad para los seres humanos y pueden serconsiderados contaminantes

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    4/44

    METAL PESADOLos metales pesados txicos ms conocidos son el

    mercurio, el plomo, y el cadmio. Tambin se suele incluirun semimetal como es el arsnico y, en raras ocasiones,algn no metal como el selenio.

    A veces tambin se habla de contaminacin por metalespesados incluyendo otros elementos txicos ms ligeros,como el berilio o el aluminio.

    No se degradan y se acumulan hasta concentracionesdainas en medio ambiente y en organismos.

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    5/44

    ORIGEN

    CORTEZATERRESTRE

    SUELO y AGUASORGANISMOSALIMENTOS

    Erosin,volcanesActividad mineraActividad agrcolaActividad industrialMedicina

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    6/44

    TOXICIDAD

    SISTEMA NERVIOSO

    SISTEMA RENALAPARATO DIGESTIVOEFECTOS TERATOGNICOSPROBLEMAS VASCULARESPROBLEMAS REPRODUCTORES

    CARCINOGNESIS

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    7/44

    DEMANDA ANALTICAExigencia de control de metales pesados:

    Legislacin comunitaria de obligado cumplimiento en laUE (Reglamento 1881/2006) Real Decreto 140/2003, por el que se establecen

    criterios sanitarios para el agua de consumo

    Legislacin nacional especfica (RTS, normas decalidad) con criterios concretos de cumplimiento Autocontrol en industria agroalimentaria

    Exigencias del mercado (importacin y exportacin)

    Otros: proyectos de investigacin, proyectos con empresas

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    8/44

    Espectroscopia atmica es la tcnica ms comn en

    el anlisis elemental

    Tcnicas basadas en la deteccin de fotones

    espectrometra de emisin atmicaespectrometra de absorcin atmica

    Tcnicas basadas en la deteccin de ionesespectrometra de masas inorgnica

    ANLISIS ELEMENTAL

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    9/44

    TCNICAS PRINCIPALES Espectrometra de absorcin atmica-Llama (F-AAS)

    Espectrometra de absorcin atmica-Horno de grafito(GF-AAS)

    Espectrometra de emisin atmica-Plasma deacoplamiento inductivo (ICP-AES)

    Espectrometra de masas- Plasma de acoplamientoinductivo (ICP-MS)

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    10/44

    EMISIN ATMICA (AES)

    La energa que un tomo pierde cuando pasa de unnivel de energa elevado E.n a otro nivel de energainferior E.m genera un espectro de emisin.

    La energa se libera en forma de rayos de luz con

    una longitud de onda, es decir, fotones con unafrecuencia y cargados de energa.

    El nmero de fotones emitidos es proporcional al

    nmero de tomos del elemento presente.

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    11/44

    Imagen HORIBA Scientific

    EMISIN ATMICA (AES)

    h

    excitacinde-excitacin

    nivel inferior (E1)

    nivel superior (E2)

    energa

    == hchEE 12

    : frecuencia: longitud de onda

    c: velocidad de la luzh: constante de Planck

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    12/44

    EMISIN ATMICA (AES)

    Cada espectro de emisin est compuesto de lneasespectrales descritas para cada elemento

    anlisis cualitativo: correlacin de lnea

    anlisis cuantitativo: intensidad de lnea.

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    13/44

    FUENTE DE RADIACIN EN AESPara anlisis de lquidos esta fuente es el PLASMA

    Disociacin del compuesto en tomos libres conelevadas temperaturas cinticas

    Transferir energa a los tomos libres para generarexcitacin de los electrones de las capas exteriores delos tomos.

    La fuente de radiacin acta como reservorio deenerga

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    14/44

    PLASMAEl plasma es un gas ionizado, electricamente neutral,con altas temperaturas cinticas (> 5000 K)

    El gas ms usado es el argn. Es monoatmico, inerte ycon alta energa de ionizacin (15.6 eV).Ventajas de estegas:

    - Espectro simple que no produce interferencias- No forma compuestos estables con otros elementos

    - Menor coste que otros gases ya que es abudante (1% en elaire)

    - Capacidad de atomizar, ionizar y excitar la mayora de loselementos

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    15/44

    PLASMAUn flujo de Ar circula a travsde un tubo de cristal, dentro

    de un solenoide. Se crea uncampo magntico inductivodentro del tubo que sujeta loselectrones producidos ycirculan a travs de eje deltubo describiendo circuitosanulares. Colisionan,calientan e ionizan otrostomos del gas.

    El plasma se mantiene por simismo.

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    16/44

    Imagen HORIBA Scientific

    PLASMA Visin radial del plasma

    (VISIN LATERAL)Zona de radiacin inicial (bajatemperatura, el proceso deatomizacin sin completar)Zona analtica normal (reaptima, pocas interferencias)Zona de recombinacin o colade plasma (temperatura bajas,xidos y recombinacin)

    Io n ic l in e s

    A to m ic lin e s

    R e c o m b in a t io n z o n e

    NormalAnalytical

    Zone

    A to m iz a t io n Z o n e

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    17/44

    ESPECTRMETRO ICP-AES

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    18/44

    ESPECTRMETRO ICP-AESSe compone de cuatro partes:

    1. Un sistema que transporta la muestra al plasma2. Un generador que aplica energa al plasma

    3. Un sistema ptico que analiza el espectro emitido por elplasma

    4. Un sistema que procesa la seal para un anlisis

    cualitativo y cuantitativo de la radiacin emitida

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    19/44

    Imagen HORIBA Scientific

    INTRODUCCIN DE MUESTRA Nebulizador que crea

    aerosol Cmara de nebulizacinque clasifica las gotas

    Un dispositivo de vainaque envuelve al aerosol

    Un quemador o antorchapara introducir el aerosol

    en el plasma

    Flujo de Argn

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    20/44

    Imagen HORIBA Scientific

    INTRODUCCIN DE MUESTRA

    Nebulizador:nebulizador concntrico

    (vidrio, estndar)nebulizador de flujo

    paralelo (Peek o tefln)Nebulizador ultrasnico

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    21/44

    INTRODUCCIN DE MUESTRADiferentes tipos de cmara:

    cmara ciclnica, estndar (efecto cicln, slo las gotasms pequeas entran en el sistema)cmara especfica CMA (generadora de hidruros paraanlisis de elementos que forman hidruros y a la vez se

    analizan los elementos normales, no hidruros) Hg mejorado de 7 a 30 veces

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    22/44

    Imagen HORIBA Scientific

    INTRODUCCIN DE MUESTRA Humidificador de argn,

    Indicado para soluciones

    acuosas con altasconcentraciones de sal, > 5g/L.

    Dispositivo de gas de vaina,envuelve al aerosol con gasargn. Concentra el aerosol enla parte central de la antorcha.

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    23/44

    ANTORCHAPuede desmontarse por completo y est

    compuesta por tres tubos concntricos:1.Tubo exterior de cuarzo, recibe tangencialmente el argnenfriador

    2.Tubo intermedio de cuarzo, fluido auxiliar que eleva elcono de plasma del inyector (soluciones orgnicas)

    3.Tubo central o inyector de almina, donde va la muestra

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    24/44

    Imagen HORIBA Scientific

    SISTEMA PTICO

    Se compone de tres partes: El sistema de iluminacin

    El sistema de dispersin

    El detectorptica Czerny -Turner

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    25/44

    SISTEMA PTICOEl SISTEMA DE ILUMINACION lleva la luz emitida por elplasma al sistema dispersivo. Est compuesto por unespejo que crea la imagen ptica del plasma en la rendijade entrada del espectrmetro. Permite la observacin delos 6mm de altura de la zona de visin ptima del plasma.

    Esta visin se traspone sobre la altura completa deldetector de 512 pxel.

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    26/44

    Imagen HORIBA Scientific

    SISTEMA PTICOSISTEMA DISPERSIVO:El ncleo del sistema es lared de difraccin.La red divide la luz blancaen un espectro de color,

    esto permite separar variaslongitudes de onda emitidaspor la muestra que seanaliza.

    Hay dos redes de difraccin(2400 y 4320 lneas/mm)

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    27/44

    SISTEMA PTICOEl DETECTOR es un CCD (Charge-couple devices),cmara equipada con 2048x512 pxels, es capaz deanalizar ventanas de longitud de onda de hasta 16nm.Los pxel en este detector tienen un tamao de 13.5m x13.5m. La resolucin ptica es de unos 10 pm montado

    junto a la ptica Czerny-Turner de alta resolucin yluminosidad.

    Este detector permite el anlisis multilneas.

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    28/44

    PROCESADO DE SEALHERRAMIENTAS SOFTWARE:

    MASTER(Multi-line Analysis, Selection Tool forEnhanced Reliability)

    CALSTAT (CALibration STATistics)

    SOS (Statistical Outlier Survey)

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    29/44

    M.A.S.T.E.RMulti-line Analysis, Selection Tool for Enhanced

    ReliabilityBase de datos de espectros que permite una seleccinmultilneas en funcin de la concentracin de cadaelemento y la influencia de la matriz.

    Simplifica el desarrollo y la validacin de nuevasaplicaciones o cambios en aplicaciones de rutina

    No se necesita ninguna muestra ni patrn para la

    optimizacin del perfil, evitando experimentacin.

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    30/44

    M.A.S.T.E.R Informacin del tcnicoElementos

    Rango de concentracinProceso de filtrado para seleccionar lneas

    Sensibilidad adecada

    Libre de interferencias espectralesSe muestra el espectro sinttico

    Lneas y sus alrededores

    Validacin de lneas y correccin de fondo, sies posible.

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    31/44

    Imagen HORIBA Scientific

    M.A.S.T.E.R

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    32/44

    C.A.L.S.T.A.TCALibration STATistics:Evala la calibracin mediante clculos automticos

    Incertidumbre de pendiente y ordenada

    Prueba de Cochran y uso de factores de peso en laregresin (ponderacin)

    Linealidad (estudio varianzas ANOVA)Anlisis de residuos

    Intervalos de prediccin

    Incertidumbre debida a la calibracinIncertidumbre sobre la concentracin

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    33/44

    Imagen HORIBA Scientific

    C.A.L.S.T.A.T

    Herramienta CALSTAT

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    34/44

    Imagen HORIBA Scientific

    C.A.L.S.T.A.TDatos

    Resultados numricos

    Grficos

    Clculo de la incertidumbre

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    35/44

    S.O.SStatistical Outlier Survey

    Rechazo estadstico de valores atpicos Permite anlisis multilnea con resultados fiables Prueba ANOVA (anlisis de la varianza), se ejecuta

    automticamente en lneas Resultados como la media de las lneas restantes

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    36/44

    Imagen HORIBA Scientific

    S.O.S

    2.5B

    0.30.012.521B 249.773

    0.580.022.647B 249.677

    1.140.07-5.735B 208.957

    5.290.061.147B 208.891

    1.150.032.432B 182.579

    0.850.022.479B 182.529

    RSD (%)SD (ppm)Conc (ppm)Element

    Valor esperado: 2.53 mg/Kg

    4 valores detectadosy rechazados

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    37/44

    Por qu se oferta ICP-AES? Una de las ventajas del plasma es la alta temperatura

    del plasma (cerca de 10000K) y la posibilidad de excitar

    ms de 70 elementos de la tabla peridica.

    Posibilidad de estudiar mayoritarios y minoritarios en

    anlisis conjuntos de una forma cmoda y rpida ysobre diferentes muestras (consumo de argn).

    Control y cambio automtico de los parmetros delequipo para las diferentes lneas espectrales dentro deun mismo mtodo.

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    38/44

    Por qu se oferta ICP-AES? Lmites de deteccin ptimos para muchas aplicaciones.

    Los accesorios adquiridos mejoran la sensibilidad delequipo,cuando se requiere.

    El anlisis multilneas permite un uso ptimo de toda lainformacin disponible en el plasma.

    Herramientas del software que facilitan el desarrollo del

    mtodo, su validacin y el anlisis de rutina.

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    39/44

    Por qu se oferta ICP-AES?Limite de deteccin terico en ug/L:

    Plomo 2.5Cadmio 0.2

    Mercurio 0.7

    Selenio 5Aluminio 0.5

    Arsnico 5

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    40/44

    PROCESADO DE MUESTRAMineralizacin va hmeda con cidos (utilizan

    sus propiedades oxidantes o reductoras)Sistemas cerrados de microondasMineralizacin por calcinacin a alta

    temperatura con recuperacin cida de cenizas. Cantidad de cido debe ser tan baja como sea

    posible para asegurar mnima perturbacin del

    plasma (HNO3,HCL, HCLO4, H2SO4, H3PO4)

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    41/44

    PROCESADO DE MUESTRAMICROONDAS

    Combinacin de potenciay temperatura en vasocerrado.Digestin cida ms

    rpida y a menortemperatura. Seminimizan las prdidas devoltiles.

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    42/44

    METODO ANALTICOPara el desarrollo y validacin de los mtodos se puedenseguir varias directrices:

    Decisin de la Comisin de 12 de agosto de 2002, por alque se aplica la Directiva 96/23/CE sobre funcionamientode mtodos analticos

    Normas ISO/UNE (guas)Bibliografa tcnica

    Bibliografa cientfica

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    43/44

    APLICACIONES ANALITICAS Informacin al consumidor en el etiquetado de los

    productos alimenticios

    Estudio multielemental en alimentos

    Estudio multielemental en agricultura (suelos, plantas) Estudio multielemental en muestras biolgicas (suero,

    orina, matrices orgnicas) Estudio multielemental en cermicas, vidrio, cementos,

    geologa, soluciones qumicas

  • 7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

    44/44

    GRACIAS POR SU ATENCIN

    gestopanan@aragon.es

Recommended

View more >