Componentes principais e funcionamento do ICP-AES

O ICP-AES é constituído pelos seguintes componentes: gerador de radiofrequências (RF), indutor para formar o plasma, tocha, sistema de introdução de amostra (inclui nebulizador, câmara de nebulização e injector), colimador (lentes e espelhos), sistema de dispersão e um detector.

Uma fonte de ICP é constituída por um queimador, que consiste em 3 tubos de quartzo concêntrico pelos quais flúem correntes de árgon. A ionização do árgon é iniciada por uma faísca de um “Tesla Coil”. Os iões resultantes interagem com um campo magnético, o qual é produzido por uma serpentina de indução. A temperatura de formação do plasma é suficientemente alta para requerer isolamento térmico. Este isolamento é realizado através de um fluxo de árgon à volta das paredes do tubo (Boumans et al., 1987).

O fenómeno de emissão ocorre no plasma. O gás usado, árgon, tal como todos os gases raros, é monoatómico, quimicamente inerte e apresenta uma elevada energia de ionização (15,6 eV). Outras vantagens da utilização árgon são: emissão de um espectro relativamente simples produzindo pouca interferência espectral na emissão; capacidade de atomizar, ionizar e excitar uma grande parte dos elementos da tabela periódica; baixo custo relativamente a outros gases raros já que este é mais abundante (1% da composição do ar) (Boumans et al., 1987). A figura 2 mostra como se forma o plasma:

FORMAÇÃO DO PLASMA:

2. Breves conceitos sobre ICP-AES

Um fluxo de gás move-se através de um tubo de quartzo, que está dentro de um selenoide (figura 2A). As linhas de força geradas pela aplicação de campos magnéticos, são paralelas aos eixos do selenoide, que se encontra dentro do tubo e toma a forma de uma elipse no exterior (figura 2B). Para a formação do plasma, é aplicada uma descarga eléctrica através da ionização parcial do gás presente na tocha (figura 2C). Os electrões produzidos são sujeitos a um campo magnético induzido. O trajecto do electrão é parado por colisão, resultando no aquecimento e ionização dos outros átomos do gás. O plasma é contínuo e mantém-se por si mesmo (Boumans et al., 1987).

Na figura 3 estão representados os componentes maioritários do ICP-AES. Na figura 4 podemos ver o sistema de lentes e de redes de difracção presentes num ICP- AES.

Figura 3 - Componentes maioritários do ICP-AES (Boss et al., 1997).

A luz que é emitida é dirigida para as redes de difracção, as quais dispersam o feixe policromático de luz nos comprimentos de onda que o constituem. A rede de difracção contém diversos sulcos, onde cada um dispersa a luz incidente num ângulo largo, havendo uma relação directa entre o comprimento de onda e o ângulo de difracção. Então, os comprimentos de onda atómicos individuais podem ser separados. O efeito é idêntico ao que se observa pelo arco-íris, onde cada comprimento de onda individual (cores) pode ser separado (Boumans et al., 1987). O espectrómetro vai separar a radiação emissora em linhas espectrais, onde cada linha espectral é atribuída a um elemento presente na amostra. Medindo a intensidade das linhas espectrais seleccionadas, o espectrómetro dá informação quantitativa da concentração de cada elemento presente na amostra (Boumans et al., 1987).

2. Breves conceitos sobre ICP-AES

Figura 4 - Sistemas de lentes e rede de difracção do ICP-AES [3].

Existem dois tipos de espectrómetros, os espectrómetros simultâneos – policromáticos, e os espectrómetros sequenciais – monocromáticos. Os policromáticos têm cerca de 30 canais que podem medir diferentes comprimentos de onda ao mesmo tempo, o que torna a análise mais rápida comparada com os espectrómetros monocromáticos, que conseguem detectar apenas um comprimento de onda de cada vez. No entanto, os espectrómetros policromáticos são inflexíveis na escolha do comprimento de onda referente a cada elemento, o que traz algumas limitações na análise, uma vez que podemos ter diversas interferências espectrais devido aos elementos presentes na amostra, enquanto que nos monocromáticos a escolha do comprimento de onda é feita pelo operador. Na figura 5 pode-se observar o modo de funcionamento de um sistema de ICP sequencial, com um monocromador, como é o caso do ICP-AES existente actualmente no Laboratório Central de Análises e usado para a realização deste trabalho.

2. Breves conceitos sobre ICP-AES

Figura 5 - ICP sequencial com monocromador

Cada um dos componentes do ICP-AES pode afectar diferentes características analíticas, tais como, repetibilidade, precisão, estabilidade, interferências, selectividade e limite de detecção (tabela 2) (Murray et al, 2000; [2]).

Tabela 2 - Efeito dos componentes do ICP-AES nos parâmetros analíticos

Gerador Nebulização Ópticas Detecção

Repetibilidade * * * * Precisão * Estabilidade * * * Interferências * * Selectividade * Limite de detecção * * * *

Pela tabela 2, podemos inferir que a repetibilidade pode ser degradada devido a diversos factores, tais como, falta de estabilidade do gerador RF, flutuação no transporte do aerossol (nebulização), tempo de integração insuficiente favorecendo o ruído instrumental ou pelo ruído no fotomultiplicador causado por utilização de larguras de banda inadequadas do sistema de dispersão [2].

A falta de estabilidade pode ser causada pela alteração na potência aplicada ou por flutuações no fluxo de gás. Outras fontes que podem causar perda de reprodutibilidade são a obstrução parcial do nebulizador, alteração na temperatura da câmara de nebulização e a deposição de contaminantes no tubo do injector [2].

Redes de difracção

2. Breves conceitos sobre ICP-AES

A boa selectividade é devida, essencialmente, à resolução do sistema de dispersão, o qual pode ser degradado pela alteração da posição dos componentes ópticos (por exemplo causada por vibração) [2].

Um bom limite de detecção pode ser conseguido apenas se cada parte constituinte do sistema do ICP-AES for operado nas condições ideais. O limite de detecção depende do desvio padrão relativo, de flutuações no “background” e da razão sinal/ruído [2].