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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: julio.jsilva@ufv.br

silvajcj@hotmail.com