CREIAMO UNA SCIENZA MIGLIORE TU ED AGILENT - Fondamenti di Spettroscopia Atomica: Hardware
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Fondamenti di
Spettroscopia
Atomica:
Hardware
CREIAMO
UNA SCIENZA MIGLIORE
TU ED AGILENT
Esclusivamente per la didattica
March 7, 2016
1
Nel quadro del proprio impegno
nei confronti del mondo
accademico, Agilent Technologies
consente l'accesso a contenuti
di proprietà dell'azienda.
Questa serie di diapositive è stata creata da Agilent
esclusivamente per l'insegnamento. Qualora
si desiderino utilizzare le immagini, gli schizzi o i disegni
per altri scopi, contattare anticipatamente Agilent.
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2
Sommario
Introduzione Tecniche spettroscopia atomica
• Classificazione • Spettroscopia a emissione atomica
• Generale − Generale
• Cronologia dei primi sviluppi − MP-AES
• Cosa viene misurato? − ICP-OES
− ICP-MS
Tecniche spettroscopia atomica − Impostazione generale
• Spettroscopia ad assorbimento atomico − Sistema
− Principi di funzionamento − Esempi
− Impostazione generale • Riepilogo
− Lampada • Ulteriori informazioni
− Atomizzatore
− Sistema
− Esempi
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3
Introduzione
Classificazione
La spettroscopia comprende un'ampia gamma di sottodiscipline che possono
essere classificate secondo il tipo di materiale analizzato. Questa
presentazione si concentrerà sulla prima categoria, la spettroscopia atomica.
ATOMI MOLECOLE CRISTALLI NUCLEI
Spettroscopia Spettroscopia • Cristallografia a • Risonanza
atomica molecolare raggi X magnetica
• AAS • UV-VIS nucleare
• MP-AES • UV-VIS-NIR
• ICP-OES • FTIR
• ICP-MS • Fluorescenza
Sommario
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4
Introduzione
Generale
La spettroscopia atomica Spettroscopia atomica
comprende una serie di tecniche Identificazione sulla base di
analitiche utilizzate per determinare Spettro elettromagnetico Spettro di massa
Assorbimento atomico
la composizione elementare di un
• Spettroscopia ad assorbimento
campione esaminandone lo spettro atomico a fiamma
elettromagnetico o lo spettro di • Spettroscopia ad assorbimento
atomico con fornetto di grafite
massa. • Spettroscopia ad assorbimento
atomico a generazione di vapore
(idruri)
Emissione atomica
• MP-AES
• ICP-MS
• ICP-OES
• Fluorescenza raggi X (XRF)
Interferenza atomica
• Diffrazione raggi X (XRD)
Sommario
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5
Introduzione
Cronologia dei primi sviluppi
1884 Anni '30 1941 1952 1961 1962 1964
Hittorf Lundgardh sviluppa Babat Walsh Reed Prima Greenfield
studia le scariche la tecnica ad effettua esplora le effettua la prima spettroscopia ad utilizza
anulari prive di assorbimento a esperimenti con potenzialità applicazione assorbimento l'ICP come
elettrodi a bassa fiamma RF-ICP dell'assorbimento principale dell'ICP atomico strumento analitico
pressione atomico per la crescita di commerciale
cristalli ad alta
temperatura
1965 1973 1975 1978 1980 1983
Wendt e Fassel Primo Gray Fassel e Gray Houk Primo
utilizzano ICP-OES unisce il plasma effettuano dimostra le ICP-MS
l'ICP come sorgente commerciale capillare ad arco a sperimenti con il possibilità offerte commerciale
spettroscopica corrente continua a plasma argon dalla tecnica ICP-
uno spettrometro di accoppiato MS
massa a induttivamente
quadrupolo unito allo
spettrometro di
massa
Sommario
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6
Introduzione
Cosa viene misurato?
1. L'assorbimento di energia provoca
Emissione
il movimento dell'elettrone a un livello
energetico più alto (E2) AA
E2
2. L'elettrone eccitato ritorna infine allo
stato fondamentale rilasciando luce
a una particolare lunghezza d'onda
E1 (emissione) MP-AES, ICP-OES
3. Se è presente energia a sufficienza,
l'elettrone abbandona
completamente l'atomo, lasciando
uno ione carico positivamente
(ionizzazione) ICP-MS
Nucleo
Elettrone
Vedere le note per altri dettagli
Sommario
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7
Spettroscopia ad assorbimento atomico Principi di funzionamento Le tecniche di spettroscopia ad assorbimento atomico (AAS) si basano sul fatto che un elemento atomizzato assorbe luce a una lunghezza d'onda caratteristica, portandolo dallo stato fondamentale a quello eccitato. La quantità di luce assorbita è proporzionale al numero degli atomi dell'analita nel cammino ottico. La tecnica viene calibrata introducendo concentrazioni note degli atomi dell'analita nel cammino ottico e rappresentando la curva dell'assorbimento confrontata a quella della concentrazione. Sommario Esclusivamente per la didattica March 7, 2016 8
Spettroscopia ad assorbimento atomico
Impostazione generale
Mono-
Lampada Atomizzatore cromatore Rivelatore
• La lampada emette luce per l'elemento di interesse
• L'atomizzatore converte il campione in soluzione in atomi liberi
che assorbono l'energia della lampada
• Il monocromatore seleziona la lunghezza d'onda utilizzata per la
misurazione
• Il rivelatore misura la luce assorbita dagli atomi liberi
Sommario
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9
Spettroscopia ad assorbimento atomico
Lampada
La fonte della luce utilizzata
principalmente con la tecnica di Spot getter Anodo
assorbimento atomico è la lampada a
catodo cavo (HCL).
Tipicamente, ogni lampada è destinata
all'analisi di un singolo elemento, anche
se, in alcuni casi, è possibile combinare
alcuni elementi in una singola lampada.
A causa di questo limite, l'assorbimento Involucro in Contatti
atomico è impiegato tipicamente per Pyrex Catodo elettrici
l'analisi di un singolo elemento o di un
piccolo numero di elementi.
Costruzione tipica della lampada a catodo cavo
Vedere le note per altri dettagli
Sommario
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10Spettroscopia ad assorbimento atomico
Atomizzatore
L'atomizzazione è il processo che converte
un campione in soluzione in atomi liberi.
Fascio luminoso
Il diagramma mostra le diverse fasi Atomizzazione Atomi liberi
che si verificano nel corso dell'atomizzazione,
Vaporizzazione
partendo con la preparazione dell'elemento sotto
forma di soluzione. Fuso liquido
Decomposizione
composto
L'elemento M è soggetto a varie fasi: Solido
• Soluzione: MAliquido (composto) Desolvatazione
• Nebulizzazione: MAliquido (composto)
• Desolvatazione: MAsolido (A = anione in soluzione) Aerosol
Miscelazione
• Vaporizzazione: MAgas
• Atomizzazione: M0
• Eccitazione: M* Nebulizzazione
• Ionizzazione: M+
Precipitazione
Soluzione goccioline
Sommario
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11Spettroscopia ad assorbimento atomico
Atomizzatore
Gli atomi possono assorbire quantità
discrete di energia: Energia +
• Calore -
• Luce a lunghezze d'onda discrete
+
Un elettrone può passare da un livello
energetico a un altro:
• Un atomo può raccogliere (assorbimento) o
rilasciare (emissione) energia. Energia -
• L'atomo diventa "eccitato"
• L'eccitazione è spiegata dalla transizione di
un elettrone da un'orbita interna (minore +E -E
energia) a una esterna (maggiore energia). M0 M+ M0
Stato Stato Stato
fondamentale eccitato fondamentale
Sommario
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March 7, 2016
12Spettroscopia ad assorbimento atomico
Atomizzatore AAS a fiamma
Nella spettroscopia ad assorbimento Spettroscopia ad assorbimento atomico a
atomico a fiamma (FAAS), il campione fiamma
viene preparato sotto forma di liquido e Vantaggi
nebulizzato sulla fiamma.
• Possibili tempi di analisi brevi
Questa tecnica si contraddistingue per il fatto • Buona precisione
che l'atomizzazione avviene nella fiamma. • Facilità d'uso
• Economicità
Limiti
• Sensibilità
• Range dinamico
• Richiede gas infiammabili
• Non è possibile il funzionamento senza
operatore
a causa dell'uso di gas infiammabili
• Non deve contenere quantità eccessive di solidi
Diagramma schematico dello spettrometro ad assorbimento disciolti
atomico a fiamma o con fornetto di grafite
Fonte: Atomic spectroscopy applications in the contract
Sommario environmental laboratory
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13Spettroscopia ad assorbimento atomico
Atomizzatore AAS con fornetto di grafite
Nella maggior parte dei casi è necessaria la Fornetto di grafite
dissoluzione del campione in una forma liquida.
Vantaggi
Il campione viene iniettato in una testata di grafite • Elevata sensibilità per il fatto che
e riscaldato elettrotermicamente in diverse fasi − l'intero campione viene atomizzato in un unico momento
per atomizzare l'analita. − gli atomi liberi rimangono più a lungo nel percorso ottico
• Volume inferiore dei campioni
Nell'assorbimento atomico con fornetto di grafite • Possibili analisi in ultratracce
(GFAAS), l'atomizzazione ha luogo in tre fasi: • Può essere effettuato senza operatore, persino di notte
• Essiccazione Limiti
• Incenerimento
• Molto lento
• Atomizzazione • Possono essere analizzati meno elementi
• Precisione inferiore
L'uso del fornetto di grafite rappresenta una
• Maggiori interferenze chimiche (rispetto all'altro)
tecnica complementare al tradizionale • Lo sviluppo di metodi richiede capacità
assorbimento atomico a fiamma e aggiunge • Calibrazione di aggiunte di standard necessaria con
alcuni vantaggi all'analisi. maggiore frequenza (rispetto all'assorbimento atomico a
fiamma)
• Prodotti di consumo costosi (testate di grafite)
Sommario
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March 7, 2016
14Spettroscopia ad assorbimento atomico Atomizzatore AAS con fornetto di grafite La testata di grafite si trova in questo apparato che fornisce gas inerte e un potente ... per riscaldare la testata, che successivamente desolvata e atomizza il campione. Sommario Esclusivamente per la didattica March 7, 2016 15
Spettroscopia ad assorbimento atomico
Copertura elementale nella AAS
H Solo fiamma He
Li Be Fiamma e fornetto B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn SB Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U Np Pu AM Cm Bk Cf Es Fm Mo No Lr
Sommario
Esclusivamente per la didattica
March 7, 2016
16Spettroscopia ad assorbimento atomico
Altri atomizzatori
Tecnica per generazione d'idruro Tecnica a vapore freddo
Adatta per elementi che formano idruri volatili Utilizzata specificatamente per il mercurio (ha una
(As, Sn, Bi, Sb, Te, Ge e Se) quando reagiscono pressione del vapore sufficientemente alta a
con un agente riducente come il boroidruro di temperatura ambiente), che può essere ridotto allo
sodio. stato atomico con un forte agente riducente come
il boroidruro di sodio o il cloruro stannoso (II).
Vantaggi
• Separazione di elementi specifici come gli idruri, cosa Vantaggi
che può eliminare l'interferenza dovuta alla matrice
• Elimina molte interferenze dovute alla matrice
• Buona sensibilità grazie al 100% di efficacia di
• Buona sensibilità grazie al 100% di efficacia di
campionamento
campionamento
• Buona precisione
• Buona precisione
• Più veloce rispetto all'assorbimento atomico a fornetto
• Più veloce rispetto all'assorbimento atomico a fornetto
Limiti
Limiti
• Tecnica limitata a specifici elementi
• Tecnica limitata al solo mercurio
• Alcune interferenze chimiche
• Il mercurio deve essere stabilizzato in soluzione
• Richiede una specifica preparazione del campione
(l'analita deve essere convertito in uno specifico stato di
ossidazione)
Sommario
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17Spettroscopia ad assorbimento atomico
Sistema
Applicazioni principali
• Determinazione di metalli in
traccia/impurezze in olio, piante,
acqua
• Analisi di elementi in fluidi,
acqua, suolo, alimenti, siero,
materiali semiconduttori
• molto altro
Sommario
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18Esempio
AAS a fiamma: Determinazione di livelli bassi di oro nel materiale
minerale minerario Lunghezza Concentrazione Limite di
d'onda caratteristica rivelazione
utilizzata (mg/L) (mg/L)
(nm)
242,8 0,079 0,0054
267,6 0,14 0,0098
Risultati AAS a fiamma per Au nel
materiale minerale minerario
Fonte: Extending the Analytical Range for Gold Using Agilent
Sommario UltrAA Lamps
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March 7, 2016
19Esempio
AAS GF: Misurazione di Cd, Cu, Pb, Co, Ni negli invertebrati marini
Grafici segnale per Ni in tessuto mitili CRM 786 R
Fonte: Sequential Determination of Cd, Cu, Pb, Co and Ni in
Sommario Marine Invertebrates by Zeeman GFAAS
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March 7, 2016
20Esempio
AAS a generazione d'idruro: Determinazione di As, Sb e Se
Preparazione del campione per As e Sb Campione Conc. (ppb) %RSD Ass media
Una preparazione del campione per entrambi gli Vuoto 0,0 0,008
elementi:
5 mL di campione in 50 mL volumetrico, Standard 1 2,0 2,0 0,062
aggiunta di 25 mL di HCl.
Standard 2 5,0 0,9 0,148
• Miscelazione e raffreddamento. Aggiunta
Standard 3 10,0 0,6 0,262
di 5 mL di urea al 20%
• Miscelazione e raffreddamento. Aggiunta Standard 4 20,0 1,0 0,455
di 2,5 mL di KI al 20%
• Diluizione per contrassegnare con acqua D.I. Standard 5 40,0 0,4 0,70
• Analisi per As e Sb dopo 30 minuti
Preparazione del campione e dati di calibrazione tipici per As utilizzando la generazione d'idruro
Fonte: Determination of As, Sb and Se in Difficult
Sommario Environmental Samples by Hydride Generation
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March 7, 2016
21Spettroscopia a emissione atomica Generale A causa dei limiti nella AAS, si è iniziato a utilizzare tecniche che non richiedono lampade dedicate per ogni elemento. Queste tecniche, chiamate spettroscopia a emissione atomica (AES), si basano sul fatto che, una volta eccitato l'atomo di un elemento specifico (come nell'assorbimento atomico), esso emette luce in un modello caratteristico di lunghezze d'onda (uno spettro di emissione) quando ritorna allo stato fondamentale. La fiamma non è una sorgente di eccitazione ideale per l'emissione atomica. Si utilizzano quindi sorgenti più calde. Parleremo delle seguenti tecniche: • Spettroscopia a emissione atomica al plasma a microonde (MP-AES) • Spettrometria a emissione ottica con sorgente al plasma accoppiato induttivamente (ICP-OES) Sommario Esclusivamente per la didattica March 7, 2016 22
Spettroscopia a emissione atomica
Spettroscopia a emissione atomica al plasma a microonde
Il plasma azoto è utilizzato per desolvatare, MP-AES
atomizzare ed eccitare gli atomi nel campione
Vantaggi
in soluzione nebulizzato in esso.
Il plasma azoto è notevolmente più caldo • Metodo sicuro (no gas infiammabile)
• Bassi costi operativi, in quanto l'azoto può
(fino a 5000o K) della fiamma aria-acetilene
essere estratto dall'aria compressa utilizzando
utilizzata nell'assorbimento atomico a fiamma. un generatore di azoto
• Non sono necessarie lampade per l'analisi
L'emissione atomica è piuttosto forte per la • Identificazione e quantificazione di virtualmente
maggior parte degli elementi, determinando tutti i metalli e di molti semimetalli.
una migliore capacità di rivelabilità e un • Prestazioni migliori rispetto alla spettroscopia ad
assorbimento atomico a fiamma
migliore range dinamico lineare rispetto
Limiti
all'assorbimento atomico a fiamma per la
maggior parte degli elementi. • Costo iniziale più elevato rispetto alla spettroscopia ad
assorbimento atomico
L'intensità della luce emessa viene misurata • Maggiori interferenze rispetto all'assorbimento atomico
utilizzando la rivelazione ottica alle lunghezza a fiamma (comprese interferenze spettrali)
• Non così sensibile come la spettroscopia ad
d'onda caratteristiche degli elementi di assorbimento atomico con fornetto di grafite o l'ICP-MS
interesse. • Non produttivo come l'ICP-OES
• Nessuna determinazione di isotopi
Sommario
Esclusivamente per la didattica
March 7, 2016
23Spettroscopia a emissione atomica al plasma a microonde
Sistema
Applicazioni principali Monocromatore
Meccanica
con rivelatore ad
lunghezza d'onda
accoppiamento di carica
• Elementi in tracce nei campioni
geologici
Pre-ottica
• Metalli in campioni estratti dal terreno
• Elementi principali in alimenti e
bevande
• Analisi di petrolio
• Analisi di acque reflue
Sistema di
formazione delle
microonde Plasma
Sistema di
Torcia
introduzione del
campione
Sommario
Esclusivamente per la didattica
March 7, 2016
24Spettroscopia a emissione atomica al plasma a microonde Come funziona? Lo spettrometro a emissione atomica al plasma a microonde (MP-AES) di Agilent ricorre all'azoto estratto dall'aria utilizzando il generatore di azoto. • Il campo magnetico assiale e quello elettrico radiale preservano il plasma azoto • L'aerosol del campione viene introdotto nel plasma azoto Sommario Esclusivamente per la didattica March 7, 2016 25
Spettroscopia a emissione atomica al plasma a microonde Come funziona? • L'emissione assiale dal plasma azoto è diretta nei materiali ottici del monocromatore a scansione rapida • Le emissioni specifiche per lunghezza d'onda sono rilevate utilizzando un CCD ad alta efficienza Sommario Esclusivamente per la didattica March 7, 2016 26
Spettroscopia a emissione atomica al plasma a microonde
Determinazione dei nutrienti nel terreno (test multielemento)
Cu Fe Mn Zn
Lunghezza d'onda (nm) 324,754 324,7 259,94 372 257,61 280,1 213,857 213,9
Tecnica MP-AES FAAS MP-AES FAAS MP-AES FAAS MP-AES FAAS
Conc. misurata μg/g
SSTD-Traccia 1 1,44 1,42 7,76 8,44 24,26 26,22 0,64 0,62
SSTD-Traccia 1 1,46 1,45 7,96 8,24 24,40 25,96 0,64 0,64
SSTD-Traccia 1 1,44 1,42 8,08 8,64 23,70 26,50 0,62 0,58
Media µg/g 1,45 1,43 7,93 8,44 24,12 26,23 0,63 0,61
Dev. standard 0,01 0,02 0,16 0,20 0,37 0,27 0,01 0,03
Risultati MP-AES per Cu, Fe, Mn e Zn nell'estrazione DTPA del terreno, rispetto a FAAS
Fonte: Determination of available nutrients in soil using
Sommario the Agilent 4200 MP-AES
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27Spettroscopia a emissione atomica al plasma a microonde
Misurazione di elementi principali e minori nel latte
Elemento Valori Incertezza Risultato Recupero
certificati (g/kg) (g/kg) (%)
(g/kg)
Ca 13,9 0,7 14,21 102
K 17 0,8 16,66 98
Mg 1,26 0,07 1,31 104
Na 4,19 0,23 4,25 101
P 11 0,6 11,27 102
Valori Incertezza Risultato Recupero Determinazione di Ca, K, Mg, Na, P, Fe, Zn e Cu in TMAH,
certificati (mg/kg) (mg/kg) (%) Triton X-100, EDTA e soluzione tampone ionizzata con MP-
(g/kg) AES 4200
Zn 44,9 2,3 45,89 102
Fe 53 4 50,51 95
Cu 5 0,23 5,13 103
Fonte: Measuring major and minor elements in milk using
Sommario the Agilent MP-AES 4200
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28Spettrometria a emissione ottica con sorgente al
plasma accoppiato induttivamente
Principi di funzionamento
Il plasma argon accoppiato induttivamente (più ICP- OES
caldo di MP, fino a 10.000o K) è utilizzato per Vantaggi
desolvatare, atomizzare ed eccitare gli atomi nel
• Produttività più veloce per l'analisi dei campioni
campione in soluzione nebulizzato in esso.
• Analisi di più elementi in contemporanea
L'intensità della luce emessa viene misurata (fino a 73 elementi)
• Ampio range dinamico (da livello di sub-ppb a %)
utilizzando la rivelazione ottica alle lunghezza
• Tollera matrici complesse
d'onda caratteristiche degli elementi di interesse.
• Basso consumo di gas argon
ICP-OES è in grado di misurare le emissioni sia • Metodo sicuro (no gas infiammabile)
atomiche, sia ioniche. Così è possibile Limiti
monitorare più lunghezze d'onda
• Costi iniziali più elevati rispetto a AAS o MP-AES
Queste misurazioni possono essere confrontate • Più interferenze spettrali rispetto a MP-AES
con uno standard per quantificare la • Non così sensibile come la spettroscopia ad
assorbimento atomico con fornetto di grafite o l'ICP-MS
concentrazione degli elementi nel campione.
• Nessuna determinazione di isotopi
Sommario
Esclusivamente per la didattica
March 7, 2016
29Spettrometria a emissione ottica con sorgente al
plasma accoppiato induttivamente
Impostazione generale
La torcia al plasma
può essere vista
assialmente o
radialmente. Alcuni
strumenti "dual
view" consentono di
vedere entrambi gli
orientamenti a
seconda dell'analisi
in corso (la vista
assiale dà una
lunghezza del
percorso maggiore
e, quindi, una
maggiore
sensibilità).
Plasma argon Spettrometro Quantificazione
Diagramma schematico semplificato dello spettrometro ICP-OES
Sommario
Esclusivamente per la didattica
March 7, 2016
30Spettrometria a emissione ottica con sorgente al
plasma accoppiato induttivamente
Sistema
Applicazioni principali
• Monitoraggio di acqua/acque reflue/rifiuti solidi
• Determinazione di elementi in tracce nell'acqua
• Monitoraggio del mercurio in campioni ambientali Elettronica
• Analisi quantitativa di elementi multipli in campioni Torcia verticale
ambientali di acqua/terreno/sedimenti
• Analisi del terreno – Analisi del contenuto di
micronutrienti (agricoltura)
• Determinazione di metalli preziosi e oro
Sistema di
pompaggio
Sistema RF allo
stato solido Sistema di
introduzione
del campione
Sommario
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March 7, 2016
31Spettrometria a emissione ottica con sorgente al
plasma accoppiato induttivamente
Analisi del latte in polvere
Valore certificato (mg/kg) Valore misurato (mg/kg) Recupero (%) Analisi NIST latte in
polvere 8435 SRM
Nutrienti principali utilizzando ICP-OES
K 766.491 13630 13070 96 5100 SVDV
Ca 315.887 9220 9750 106
P 213.618 7800 7160 92
Na 589.592 3560 3530 99
S 181.792 2650 2650 100
Nutrienti minori e in tracce
Mg 279.078 814 749 92
Zn 202.548 28,0 28,9 103
Sr 421.552 4,35 4,37 101
Fe 259.940 1,8 1,9 107
Cu 327.395 0,46 0,46 100
Mo 204.598 0,29 0,27 92
Mn 257.610 0,17 0,18 103
Fonte: Analysis of milk powders based on Chinese standard
Sommario method using the Agilent 5100 SVDV ICP-OES
Esclusivamente per la didattica
March 7, 2016
32Spettrometria a emissione ottica con sorgente al
plasma accoppiato induttivamente
Analisi di biodiesel
Elemento λ Correzione del Intervallo di Coefficiente MDL
(nm) fondo calibrazione di (ppm)
utilizzata (mg/kg) correlazione
Ca 422,673 Integrata 0-2 0,99995 0,004
K 766,491 FACT 0-2 0,99996 0,008
K 766,491 Integrata 0-2 0,99935 0,048
Mg 279,553 Integrata 0-2 0,99994 0,0004
Na 588,995 FACT 0-2 0,99991 0,002
La curva di calibrazione per la linea P 213,618 Na 588,995 Integrata 0-2 0,99996 0,048
nm, utilizzando la correzione del background
integrata (FBC), mostra un'eccellente linearità P 213,618 Integrata 0-2 0,99996 0,013
nell'intero range calibrato, con un coefficiente di
correlazione pari a 0,99986. S 181,972 Integrata 0-2 0,99967 0,31
Lunghezze d'onda e parametri di calibrazione ICP-OES Agilent 5100.
Tutti i risultati sono mostrati in soluzioni.
Fonte: Analysis of biodiesel oil (as per ASTM D6751 &
Sommario EN 14214) using the Agilent 5100 SVDV ICP-OES
Esclusivamente per la didattica
March 7, 2016
33Spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente Generale L'ICP-MS combina due vantaggi: 1. plasma argon accoppiato induttivamente come efficiente sorgente ionica 2. uno spettrometro di massa per scansione rapida, elevata trasmissione di ioni e risoluzione di massa unitaria La differenza principale rispetto all'ICP-OES è la possibilità di analizzare ioni atomici. La maggior parte degli elementi ha un primo potenziale di ionizzazione pari a 4 - 10 eV, ionizzata in maniera efficace nel plasma argon accoppiato induttivamente. Gli ioni passano nell'area ad alto vuoto per la separazione e la rivelazione. I fotoni e le specie neutre sono rifiutati. Lo spettrometro di massa separa gli ioni sulla basse del loro rapporto massa/carica (m/z). Sommario Esclusivamente per la didattica March 7, 2016 34
Spettrometria di massa al plasma accoppiato
induttivamente
Generale
Un rivelatore elettromoltiplicatore ICP-MS
genera un impulso per ogni ione che Vantaggi
lo raggiunge. • Tecnica estremamente sensibile
• Analisi multielemento
Poiché la carica su un elemento • Informazioni sugli isotopi (analisi IR, ID)
ionizzato singolarmente è 1, il • Ampio range dinamico
rapporto m/z è uguale alla massa, • Tollera matrici complesse
così l'ICP-MS misura gli elementi Limiti
come uno spettro semplice della • Tolleranza alla matrice inferiore rispetto all'ICP-
massa atomica (isotopica) OES
caratteristica da 6Li a 238U. • Tecnica molto costosa
(acquisto e costi di esercizio)
• Soggetto a interferenze isobariche
Sommario
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March 7, 2016
35Spettrometria di massa al plasma accoppiato
induttivamente
Impostazione generale
Diagramma
Spettrometro di massa
schematico
semplificato dei
collisione/reazione
componenti più
concentrati di un
Lenti ioniche
quadrupolo
sistema ICP-MS a
Interfaccia
Rivelatore
quadrupolo..
Cella di
Plasma argon Sistema di vuoto Quantificazione
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36Spettrometria di massa al plasma accoppiato
induttivamente
Sistema
Sistema di collisione
e reazione
Plasma ottopolare (ORS)
accoppiato
induttivamente
Rivelatore
Nebulizzatore e Spettrometro di
camera di massa a
nebulizzazione quadrupolo
Pompa peristaltica Pompa per
vuoto turbo
Generatore RF
Sommario
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37Spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente Come la modalità cella di collisione con elio elimina le interferenze spettrali Sommario Esclusivamente per la didattica March 7, 2016 38
Spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente ICP-MS come rivelatore della cromatografia In aggiunta all'uso tradizionale come un analizzatore di metalli indipendente, l'ICP-MS è sempre più applicato come rivelatore per una gamma di metodi di separazione cromatografici • Elettroforesi capillare (CE) • Frazionamento in campo-flusso (FFF) • Cromatografia ionica (IC) • Cromatografia liquida (HPLC) • Gascromatografia (GC) Con questa configurazione, l'importante tecnica separa le diverse specie (con il tempo) e l'ICP-MS opera come rivelatore a selezione di massa per misurare l'elemento/gli elementi associati con il/i composto/i di interesse mentre avviene l'eluizione da parte del cromatografo. Sommario Esclusivamente per la didattica March 7, 2016 39
Spettrometria di massa al plasma accoppiato
induttivamente
Specifiche con LC-ICP-MS e GC-ICP-MS
Esempi di applicazione HPLC-ICP-MS:
• Arsenico inorganico vs. organico
• Organostannico
• Metilmercurio
Esempi GC-ICP-MS:
• Pesticidi
Sette cromatogrammi sovrapposti di succo di mela con
• Residui di agenti nervini organofosfati aggiunta di 500 ng/L As standard.
• Polibromodifenileteri (PBDE)
• Nanoparticelle
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40Spettrometria di massa al plasma accoppiato
induttivamente
Analisi di acqua potabile
I Paesi più sviluppati hanno introdotto normative e programmi di monitoraggio per
garantire che la fornitura di acqua potabile non presenti tracce di sostanze
chimiche potenzialmente nocive. La veloce tecnica multielemento ICP-MS è
ampiamente utilizzata a questo scopo.
Diagramma di
calibrazione di Cd e Hg
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41Spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente
Analisi di impurezze metalliche in tracce in HCl purissimo
HCl è frequentemente utilizzato per rimuovere le impurezze metalliche sulla
superficie di wafer di silicio. Il processo di produzione di dispositivi semiconduttori
richiede il monitoraggio di routine di contaminanti in tracce infinitesimali in HCl.
Elemento m/z Modalità DL ppt BEC ppt
Li 7 freddo 0,016 0,004
Be 9 senza gas 0,13 0,11
B 11 senza gas 4,5 9,7
Na 23 freddo 0,44 1,3
Mg 24 freddo 0,11 0,22
Al 27 freddo 0,79 1,1
K 39 freddo/NH3 0,40 0,50
Ca 40 freddo/NH3 1,1 2
As 75 He 4,0 16
As soggetto a interferenze ArCl+ può
essere misurato a livello di tracce.
Fonte: Direct analysis of trace metallic impurities in high
Sommario purity hydrochloric acid by Agilent 7700s ICP-MS
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42Riepilogo
Tecniche di spettroscopia atomica
AAS MP-AES ICP-OES ICP-MS
FAAS GFAAS SQ QQQ
Limiti di 100 10-100 ppb – 10 100Abbreviazioni
Abbreviazione Definizione Abbreviazione Definizione
A assorbanza Spettroscopia a emissione ottica con
ICP-OES sorgente al plasma accoppiato
AAS spettroscopia ad assorbimento atomico induttivamente
AES spettroscopia a emissione atomica spettrometria di massa atomica con
ICP-MS sorgente al plasma accoppiato
b lunghezza del percorso (cm) induttivamente
c velocità della luce (3 × 108 ms-1) SQ
Spettrometria di massa a quadrupolo
singolo
coefficiente di estinzione o
ε Spettrometria di massa a triplo
assorbimento molare (Lmol-1cm-1) QQQ
quadrupolo
E campo elettrico oscillante
M campi magnetici oscillanti
E energia
spettroscopia a emissione atomica al
MP-AES
h costante di Planck (6,62 × 10-34 Js) plasma a microonde
I radiazione trasmessa T trasmittanza
I0 radiazione incidente v frequenza (s-1)
XRF fluorescenza a raggi X
XRD diffrazione raggi X
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44Ulteriori informazioni
Ulteriori informazioni sui prodotti Agilent sono disponibili all'indirizzo www.agilent.com o
www.agilent.com/chem/academia
Domande o suggerimenti su questa presentazione?Contattare academia.team@agilent.com
Publication Title Pub. No.
Primer Atomic spectroscopy applications in the contract environmental laboratory 5991-5326EN
Application Extending the analytical range for gold using UltrAA lamps SI-A-1138
Application Sequential Determination of Cd, Cu, Pb, Co and Ni in Marine Invertebrates by Zeeman GFAAS SI-A-1361
Application Determination of As, Sb and Se in Difficult Environmental Samples by Hydride Generation SI-A-1299
Application Determination of available nutrients in soil using the Agilent 4200 MP-AES 5991-5675EN
Application Measuring major and minor elements in milk using the Agilent MP-AES 4200 5991-5959EN
Application Analysis of milk powders based on Chinese standard method using the Agilent 5100 SVDV ICP-OES 5991-4900EN
Application Analysis of biodiesel oil (as per ASTM D6751 & EN 14214) using the Agilent 5100 SVDV ICP-OES 5991-5333EN
Application Arsenic speciation analysis in apple juice using HPLC-ICP-MS with the Agilent 8800 ICP-QQQ 5991-0622EN
Application Agilent 7900 ICP-MS simplifies drinking water analysis 5991-4938EN
Application Direct analysis of trace metallic impurities in high purity hydrochloric acid by Agilent 7700s ICP-MS 5990-7354EN
Application
Agilent Speciation Handbook (2nd Edition) 5990-9473EN
Compendium
Brochure Atomic Spectroscopy Portfolio Brochure 5990-6443EN
Web CHROMacademy – free access for students and university staff to online courses
Videos & Images www.agilent.com/chem/teachingresources
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45GRAZIE Sommario Numero di pubblicazione 5991-6593ITE Esclusivamente per la didattica March 7, 2016 46
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