Espectromía de emisión atómica

7/31/2019 Espectroma de emisin atmica

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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


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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


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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.


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ORIGEN

CORTEZATERRESTRE

SUELO y AGUASORGANISMOSALIMENTOS

Erosin,volcanesActividad mineraActividad agrcolaActividad industrialMedicina


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TOXICIDAD

SISTEMA NERVIOSO

SISTEMA RENALAPARATO DIGESTIVOEFECTOS TERATOGNICOSPROBLEMAS VASCULARESPROBLEMAS REPRODUCTORES

CARCINOGNESIS


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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


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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


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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)


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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.


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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


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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.


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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


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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


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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.


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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


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ESPECTRMETRO ICP-AES


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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


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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


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INTRODUCCIN DE MUESTRA

Nebulizador:nebulizador concntrico

(vidrio, estndar)nebulizador de flujo

paralelo (Peek o tefln)Nebulizador ultrasnico


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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


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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.


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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


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SISTEMA PTICO

Se compone de tres partes: El sistema de iluminacin

El sistema de dispersin

El detectorptica Czerny -Turner


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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.


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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)


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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.


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PROCESADO DE SEALHERRAMIENTAS SOFTWARE:

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

CALSTAT (CALibration STATistics)

SOS (Statistical Outlier Survey)


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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.


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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.


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M.A.S.T.E.R


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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


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

Herramienta CALSTAT


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

Resultados numricos

Grficos

Clculo de la incertidumbre


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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


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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


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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.


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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.


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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


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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)


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PROCESADO DE MUESTRAMICROONDAS

Combinacin de potenciay temperatura en vasocerrado.Digestin cida ms

rpida y a menortemperatura. Seminimizan las prdidas devoltiles.


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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


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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


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GRACIAS POR SU ATENCIN

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