CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL ICP-MS

Elementos, átomos e isótopos

Los todos los elementos tienen en

general carga cero.

El núcleo atómico contiene

Protones

Masa = 1 carga = + 1

Neutrones

Masa = 1 carga = + 0

Electrónes

Masa = insignificante carga = -1

Cuando los átomos pierden un

Electrón en el plasma (en el ICP).

Se convierten en un ion positivo. Las especies que se miden en el

espectrómetro de plasma masas

son iones positivos de átomos.

Elementos, átomos e isótopos

Características de un espectro de masas Espectro ICP-OES de 10 mg­L de V Espectro ICP-MS (51V)

Muchas lineas de emisión Alto ruido de fondo continuo

Espectro simple (Iones M+) Señal muy alta (bajos límites de detección)

Características de un espectro de masas

Todos los elementos contienen un número pequeño de picos.

Si todos los elementos de la tabla periódica estuvieran en un espectro de una muestra, solo se podrían encontrar 211 picos en el espectro de masas (excluyendo las interferencias).

masas

intensidades

Resúmen de las características de un espectro de masas

Altamente sensible y de interpretación simple.

En un plasma de argón el 80 % de los elementos se ionizan arriba del 75%

Pocos “óxidos” de iones moleculares.

en el peor de los casos el Ce , forma alrededor de 2% de (CeO)+

En la mayor parte de los elementos son iones con carga individual.

en el peor de los casos el Ba, alrededor de 3% de Ba++

Instrumentación • Sistema de introducción de

muestras

• ICP (antorcha y fuente de

poder)

• Interfase

• Sistema óptico (óptica iónica)

• Analizador de masas

• Sistema de vacío (bombas

mecánica y turbomoleculares)

• Detector

• Manejo de datos y sistema de

control

Sistema de introducción

Las mustras más comúnes son

soluciones acuosas.

Muestra entregada por una bomba

peristáltica.

El aerosol ≤ a 10 µm es producido

por un nebulizador y cámara de

nebulización

Su función es transportar la

muestra al plasma

Nebulizadores neumáticos Nebulizador concéntrico

Cross-Flow High-Solids

Sample

Sample

Argon Argon

Nebulizador de flujo cruzado

Nebulizador Ultrasónico

Principio

La muestra alimenta una superficie donde

existe un trasductor piezoeléctrico que

trabaja a una frecuencia entre 0.2 a 10 Mhz

La onda longitudinal, que se propaga

perpendicular a la superficie del transductor

hacia la interfase aire-líquido, produce una

presión que rompe la superficie en un

aerosol. Caracteristicas

El rango de producción de aerosol es 10 veces más alto que un nebulizador neumatico Aumenta la sensibilidad y mejora los límites de detección. Minimiza la generación de óxidos en el plasma. Desventajas

Es caro. No puede operar con grandes cantidades de sólidos disueltos.

Enfriamiento de la cámara de nebulización

En aplicaciones acuosas, el enfriamiento de la cámara de 2 a 3 grados centígrados remueve más solvente

En aplicaciones orgánicas la cámara de nebulización puede ser enfriada aún mas, tan bajo como -15 grados centígrados, para remover el solvente del aerosol

Utiliza un enfriador recirculante Peltier, el cual directamente enfria por una chaqueta exterior de la cámara

Fuente de Plasma ICP

Fuente de Plasma ICP Pasos en la generación de un plasma; (a) Un flujo tangencial de Ar pasa por el tubo intermedio de la antorcha (b) Se aplica potencia de radio frecuencia al load coil, produciendo un intenso campo electromagetico (c) Se aplica una chispa de alto voltaje sobre el Ar (d) Los electrones libres son acelerados por el campo de radio frecuencia, produciendo colisiones y el Ar se ioniza (e) El plasma de acoplamiento inductivo se ha generado y se confina al final del lado abiero de la antorcha.

Procesos de plasma

El solvente se evapora de la

matríz de la muestra.

La matríz de la muestra es

vaporizada.

La muestra vaporizada es

completamente atomizada

Los átomos son ionizados

Comportamiento de los elementos en un plasma de Ar.

Interfase

Interfase

El papel de la interfase es extraer una porción representativa de la población de iones del plasma y transferirla eficientemente

Interfase

ICP está a 1 atm

El vacío entre los conos es de 2x10-3 bar (bomba rotatoria)

El jet supersónico de gas y

iones se extraen por los conos de muestreo

Sistema de lentes

Sistema de lentes

• Tres lentes iónicas electrostáticas enfocan y dirigen el haz de iones se les aplica un voltaje que hará que los iones positivos del plasma sean atraídos y puedan ser manipulados en la trayectoria requerida • Inmediatamente detrás de la interfase • Principales criterios de diseño • Bajo ruido de fondo • Alta trasmisión • Señal estable.

Mecanismo de enfoque de iones

Lentes de

1.- Extracción – Pasa iones de la región de la interfase. Requieren voltaje estático DC por encima de 1000 V

2.-Infinity.- Consisten de un Hexapolo que requiere de un voltaje de RF para enfocar en orden los iones.

3.- Ensamble DA.- Consiste en una serie de lentes (DA, D1 y D2), continúan enfocando el haz fura del eje. Deflector Chicane que elimina fotones y neutrones, dando un ruido menor de 0,5 cps.

Analizador de masas

Diseño del cuadrupolo

Consiste de cuatro barras paralelas cilíndricas o hiperbólicas - Aproximadamente de 80-230 mm y 9-12 mm de diámetro - De acero inoxidable o molibdeno - Puede incluir pre o post filtro

Filtro de masas Cuadrupolo

Los iones se mueven en respuesta al campo electrico aplicado, la fuerza que los mueve es proporcional al voltaje.

Una masa es trasmitida al detector todas las demás chocan con las barras del cuadrupolo.

Así por variación de voltajes aplicados los iones pueden ser separados de acuerdo a sus masas

Espectro de masas

masas

intensidades

El espectro de masas contiene un pico por isótopo Algunos elementos (Na, Sb, Bi) son monoisotópicos Otros elementos tienen muchos más (ejemplo Sn 10) La mayoría de los elementos tiene una composición isotópica fija

Sistéma de Vacío

Sistéma de Vacío

Consta de 3 cámaras de sistema diferencial de vacío:

1ª Etapa (interfase entre conos) Bombeo mecánico con aproximadamente 1,5 torr 2ª Etapa (óptica iónica) Bomba turbomolecular aproximadamente 10-4 torr 3ª Etapa (analizador de masas y detector) Bomba turbomolecular aproximadamente 10-6 torr

Sistema de Vacío

Bomba rotatoria mecánica

Se fundamenta en el giro de un rotor dentro de un cilindro de metal

o slator , utiliza el aceite para lubricar los brazos Se utiliza para la

interfase, alcanzando una presión de 10-4 mbar.

Bombas turbomoleculares

Se trata de una turbina que gira a altas velocidades (30,000 rpm)

dentro de un cilindro hueco. Originan alto

vacio en poco tiempo 10-7 mbar. Para resultados óptimos, el vacío

en el analizador debe por debajo de 10-7 mbar.

Detector

Detección de iones

La mayoría de los instrumentos utiliza un

Detector multuplicador de dinodos discretos

Los iones emergentes del cuadrupolo golpean el primer dinodo los cuales son acelerados al siguiente dinodo liberando más electrones que son acelerados al siguiente dinodo por una diferencia de potencial entre dinodos.. Este proceso se repite en el detector, generando un pulso electrónico, capturado por el dinodo final de la cadena. Lleva un conteo para el isótopo que se mide pulso por periodo de integración

Manejo de datos y controles del sistéma

Control del instrumento y sistéma de monitoreo

Adquisición de datos

Manejo de datos

Control de calidad.

Deberá ejecutar a un alto rango de velocidad

Buena capacidad de almacenamiento de datos

Preparación de muestras para ICP-MS

Para muestras sólidas, En general se acepta que un tamaño de grano máximo de 200 mesh o 75 µm asegura la homogeneidad de la muestra.

Balanza de al menos cuatro cifras decimales (cinco mejor).

La limpieza de material dura 3 días: primero con 50% HNO3, segundo 50% HCl y tercero dos enjuagues con agua tipo 1. Todo a 80ºC. Después se seca en estufa a 80ºC. Los ácidos utilizados en todo momento deben tener la máxima pureza (ultrapuros).

El agua debe ser agua desionizada de 18.25 Mohms que es la conductividad mínima que puede tener el agua.

Elemento NOM-127-SSA1-

1994 mg/L

L.D. ICP-OES

µg/L

L.D. ICP-MS

ng/L

Al 0.20 0,01-0,1 0,04*

As 0,025 0,1-1 2

Ba 0,70 0,001-0,01 0,4

Cd 0,005 0,01-0,1 0,01

Cu 2 0,01-0,1 0,02*

Cr 0,05 0,01-0,1 0,005*

Fe 0.3 0,1-1 0,3*

Mn 0,15 0,01-0,1 0,2*

Hg 0,001 0,01-0,1 1

Zn 5 0,01-0,1 0,05*

Pb 0,025 0,1-1 0,3

* Requiere sala clase 1000

¿Cuáles

elementos?

¿A qué

niveles?

¿Cuántas

muestras?

¿Cuánta

muestra tengo?

FAAS

HG-AAS

GF-AAS

HG-AFS

ICP-OES

ICP-MS

¿Cuál técnica utilizar?

Bibliografía

• Principios de Análisis Instrumenta. Douglas A. Skoog, Stanley R.

Crouch,F. James Holler.

• Hadbook of Inductively Coupled Plasma Spectrometry. Michael

Thompson, John Nicholas Walsh.

• Mass Spectrometry Principles and Applications. Edmond de Hoffmann

and Vincent Stroobant.

• Metodologías Analíticas para la determinación y especiación de arsénico

en aguas y suelos. M:I. Litter, M.A. Armienta, S.S. Farías

• Iris plasma spectrometer users guide. Thermo Jarrell Ash Corporation.

• iCAP 6500 users guide. Thermo Scientific.

• Aplications notes Xseries II ICP-MS. Thermo Electron

SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA

CALIDAD

Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C.

SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA CALIDAD

• CERTIFICACIÓN NORMA NMX-CC-

9001-IMNC-2008

• ACREDITACIÓN NORMA NMX-EC-

17025-IMNC-2006

• ACREDITACIÓN NADCAP

SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA CALIDAD NORMA NMX-CC-9001-IMNC-2008 La ISO (organización internacional de normalización es una federación mundial de organismos nacionales de

normalización (miembros de ISO). Esta tercera edición de la norma fue preparada por el comité técnico ISO/TC 176.

“ La certificación es la evaluación de los procesos administrativos y técnicos apegados a las normas ISO.”

Objetivo

Especifica los requisitos para sistemas de gestión de la calidad. Objetivos particulares

Promueve la adopción de un enfoque basado en procesos.

La mejora continua de los procesos con base en mediciones objetiva.

Incrementar la satisfacción del cliente

SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA CALIDAD

NORMA NMX-CC-9001-IMNC-2008

Un enfoque de este tipo, enfatiza la importancia de:

a) La comprensión y cumplimiento de los requisitos.

b) La necesidad de considerar los procesos en términos que aporten valor.

c) La obtención de los resultados del desempeño y eficacia del proceso y

d) La mejora continuan de los procesos con base en mediciones objetivas

Metodología (PHVA) Planear, hacer, verificar y actuar.

SISTEMAS DE GESTIÓN DE la CALIDAD

NORMA NMX-EC-17025-IMNC-2006

“Requisitos generales para la competencia de los

laboratorios de ensayo y de calibración”.

ACREDITACION. Reconocimiento oficial de la competencia técnica de laboratorios de pruebas para generar resultados confiables.

EN MÉXICO: La entidad mexicana de acreditación a: – Laboratorios de pruebas

– Laboratorios de Calibración

– Unidades de verificación

– Organismos de Certificación

SISTEMAS DE GESTIÓN DE la CALIDAD

SE ACREDITAN:

1.- Ensayos o métodos oficiales (métodos normalizados)

2.-Ensayos o métodos propios.

Objetivos.- EVALUACION DE LA CONFORMIDAD DE NORMAS

OFICIALES MEXICANAS Y SUS REFERENCIAS

DAR CERTIDUMBRE A LAS MEDICIONES DE LABORATORIOS

ASEGURAR LA CONFIABILIDAD DE RESULTADOS

SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA CALIDAD

ACREDITACIÓN NADCAP

La acreditación NADCAP, es un requisito

contractual habitual por los principales

clientes del sector aeroespacial cubre también

la norma ISO 17025 (Requisitos Generales

para la Competencia de Laboratorios de

Prueba y Calibración ).

SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA CALIDAD

ACREDITACIÓN NADCAP National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program

PRI (Performance Review Institute) administra el programa de Nadcap y es un proveedor internacional de soluciones orientadas al cliente, diseñadas para mejorar la calidad de los procesos y los productos al añadir valor, reducir el costo total y fomentar la colaboración entre las partes interesadas en sectores donde la seguridad y la calidad constituyen objetivos comunes, en conjunto con:

IAQG (International Aerospace Quality Group), que persigue mejorar la Calidad

.

Gracias!