Vogel: Análise Química Quantitativa
16.10 Instrumentação para o ICP
Espectrômetro para a análise simultânea de vários elementos
A Fig. 16.8 mostra um esquema do caminho óptico de um dos primeiros
sistemas para análise simultânea de vários elementos. A radiação do plasma
passa por uma fenda de entrada e sofre dispersão em uma rede de difração
côncava. Radiação de diferentes comprimentos de onda atinge uma série de
fendas de saída que isolam as linhas de emissão selecionadas para
elementos específicos. As fendas de entrada e de saída e a superfície da
rede de difração são colocadas ao longo da circunferência de um círculo de
Rowland, cuja curvatura é igual ao raio da curvatura da rede côncava. A
radiação que passa por cada fenda de saída atinge o catodo de uma
fotomultiplicadora dedicada à linha espectral isolada. O sinal de cada
fotomultiplicadora é integrado por um capacitor e as voltagens resultantes
são proporcionais às concentrações dos elementos na amostra.
Os instrumentos de vários canais são capazes de medir simultaneamente
as intensidades das raias de emissão deat é 60 elementos. Pode-se corrigir
os possíveis efeitos da radiação de fundo não-específica medindo um ou
mais comprimentos de onda adicionais (Seção 15.13).
Fig. 16.8 ICP simultâneo: um sistema antigo de análise simultânea de vários elementos
Pode-se também corrigir o efeito da radiação de fundo em um dado
comprimento de onda usando placas vibratórias de quartzo que produzem
um pequeno deslocamento do comprimento de onda. A emissão nos
comprimentos de onda deslocados é então subtraída do valor original. A
principal vantagem dos instrumentos fotoelétricos de vários canais é que
com os computadores modernos pode-se fazer rapidamente análises
simultâneas com precisão maior do que a obtida com os espectrógrafos que
utilizam chapas fotográficas. É comum obter resultados para 25 elementos
em cerca de 1 a 2 minutos.
Estes instrumentos têm, porém, duas desvantagens principais:
1. As fendas de saída são fixas. Isto impede o uso de outros comprimentos
de onda, impossibilitando a análise de outros elementos.
2. Um instrumento com 25 fendas de saída, por exemplo, utiliza 25
fotomultiplicadoras, o que torna o instrumento complexo e caro.
Um sistema de detecção alternativo concebido para evitar uma bateria de
fotomultiplicadoras seria um instrumento mais versátil. O ICP simultâneo
IRIS da Thermo Jarrell Ash supera as desvantagens com um sistema óptico
combinado com um detector sensível em vários comprimentos de onda, o
que permite a obtenção de todas as informações espectrais da amostra. A
Fig. 16.9 mostra um diagrama deste instrumento.
Fig. 16.9 ICP simultâneo: um sistema contemporâneo de análise simultânea de vários elementos (Cortesia de Thermo Jarrel Ash, Franklin, MA, Estados Unidos)
Obtém-se a alta resolução com uma rede de difração de alta resolução. A
resolução, R, da rede é diretamente relacionada à densidade das ranhuras, N
(o número de linhas por milímetro), e à ordem espectral, n. Em uma rede
convencional (Seção 17.6), a ordem espectral, n, é normalmente 1 ou 2, mas
em uma rede de alta resolução n pode chegar a 100. Apesar de a densidade
das ranhuras (N) ser de 300 linhas por milímetro, apenas, em uma rede de
alta resolução, comparado ao valor típico de 1200 linhas por milímetro das
redes convencionais, o valor consideravelmente maior de n nas redes usadas
nestes instrumentos leva a uma resolução maior. Para evitar a sobreposição
de espectros de maior ordem (Seção 17.6) é necessária outra dispersão,
normalmente obtida com um prisma, colocado de modo a fazer com que os
dados espectrais sejam mostrados em uma apresentação bidimensional, com
a ordem espectral, n, no eixo vertical e o comprimento de onda no eixo
horizontal. O detector é um dispositivo de injeção de carga (charge
injection device — CID) de alta sensibilidade e cobertura de todos os comprimentos de onda. O CID é um conjunto de diodos
metal/isolante/semicondutor colocados um ao lado do outro, que converte a
radiação incidente em um sinal. Uma grande vantagem do CID é que é
possível selecionar o comprimento de onda ótimo para cada elemento em
qualquer tipo de amostra.
O espectrômetro IRIS também é capaz de analisar rotineiramente
amostras condutoras de eletricidade. Uma centelha elétrica arranca material
da amostra sólida, gerando um aerossol particulado que é automaticamente
transferido para o ICP, onde é excitado para a análise por emissão. Este
acessório de amostragem de sólidos (solid sampling accessory — SSA)
permite a determinação das concentrações de elementos em sólidos como
aço inoxidável, alumínio, latão, ouro, níquel e outras amostras da
metalurgia. A amostragem direta de sólidos elimina a necessidade de
digestão ácida, evitando, assim, os métodos de preparação de amostras,
caros e demorados.
Instrumentos seqüenciais
Os instrumentos seqüenciais são uma alternativa mais barata para o ICP
simultâneo. A Fig. 16.10 mostra um diagrama do caminho óptico do
espectrômetro ICP seqüencial Thermo Jarrell Ash Atom Scan 16. A rede
varre em 20 ms a faixa de comprimentos de onda entre 165 e 800 nm. As
partes eletrônicas relacionadas ao monocromador estão seladas em um
sistema óptico purgado para melhorar o desempenho no ultravioleta de
vácuo. Isto permite a determinação de elementos com linhas de emissão na
região do ultravioleta de vácuo (< 195 nm), como por exemplo, o enxofre.
Para obter alta sensibilidade do detector em toda a faixa de comprimentos
de onda, a luz difratada é monitorada por duas fotomultiplicadoras com
faixas espectrais diferentes. Antes de cada varredura de comprimentos de
onda, a rede localiza automaticamente o triplete emitido por uma fonte
interna de mercúrio em 365 nm e move-se sucessivamente para os
comprimentos de onda dos elementos a serem analisados. O sistema tem
resolução de 0,018 nm, comparável com a largura da linha de emissão. O controle por microprocessador de parâmetros instrumentais como a