Notas de aulas -ICP-OES

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““InstrumentaçãoInstrumentação FísicoFísico--QuímicaQuímica””
“Instrumentação Físico-Química”
Introdução à Espectrometria de emissão atômica
DEQUI-UFOP
Dr. Robson José de Cássia Franco Afonso
robsonafonso@iceb.ufop.br
robsonafonso2000@yahoo.com.br
Espectroscopia de Emissão atômica
Usa medidas quantitativas da emissão óptica dos 
átomos excitados para determinar a concentração dos 
analitos.
Os átomos em solução são aspirados para uma zona 
de excitação onde eles são desolvatados, vaporizados 
e atomizados por uma chama, uma descarga elétrica, 
ou um plasma 
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Emissão atômica?
Emissão de radiação nas regiões ultravioleta e visível 
do espectro eletromagnético por átomos ou íons 
excitados (fonte de calor)
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“Espectrometria de emissão óptica com plasma acoplado 
indutivamente (ICP OES)”
“Espectrometria de emissão óptica com arco voltaico (OES)”
“Fotometria de Chama (Chama – OES)”
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Como gerar átomos e íons excitados?
•Temperatura
•Análise qualitativa: 
testes de chama (experimentos de Bunsene Kirchhoff)
•Análise quantitativa
Fotometria de chama
FAES –Flame Atomic Emission Spectrometry
ICP OES –Inductively Coupled Plasma Optical Emission 
Spectrometry
M* → M + hν
Amostra com teor 
do analito
Fonte de excitação 
(Plasma, Chama, Arco etc.) 
Seleção de λ
Iλ
Iλ= k c analito
Detector
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Aluminum
Oxygen
Argon
Calcium
Carbon
Helium
Hydrogen
Iron
Krypton
Magnesium
Neon
Nitrogen
Sulfur
Sodium
Xenon
Testes de chama
•Quais elementos? (Na, K, Li, Ca?)
•Fonte de excitação: chama ar-propano-baixa
temperatura
•Detector: olho humano (350 –750 nm)
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Fotometria de chama
•Quais elementos?
•Fonte de excitação: chama ar-propano-baixa
temperatura
•Sistema óptico: filtros de radiação
•Detector: válvula fotomultiplicadora
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Como aumentar a população de espécies excitadas?
Para temperaturas típicas de chamas e fornos 
eletrotérmicos (2000 –3000o K) a população de 
átomos no estado fundamental é da ordem de 104 a 
1015 vezes a população de átomos em estado 
excitado.
Quanto maior a temperatura, maior será a população 
de átomos excitados (porém, No sempre será >>> 
que Nj: equação de Boltzmann)
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Espectrometriade emissão óptica com plasma acoplado indutivamente 
(ICP OES)
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Tplasma >> Tchamas químicas
O que é um plasma?
O plasma pode ser definido como um gás parcialmente 
ionizado no qual coexistem elétrons livres e íons positivos 
em movimento
Para converter um gás em um plasma épreciso fornecer 
energia para produzir íons
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Plasma de argônio
Ar, Ar+, e-
1015 e-/ cm3
Ar → Ar+ e-
Eionização= 15,7 eV
Formação do Plasma (I)
A tocha é formada por 3 tubos concêntricos de 
quartzo com entradas independentes em cada uma 
secções anulares:
Secção anular externa (Φint15-20 mm): o 20 mm)
o gás é introduzido formando chamado vórtice de 
Reed que serve como isolante térmico e para a 
centralização do plasma
Vazão do gás: 10 a 20 l min-1
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Formação do Plasma (2)
Secção anular intermediária: por onde é introduzido o 
gás auxiliar.
Vazão do gás= 0,5 a 3 l min-1
Secção anular interna: canal de introdução da 
amostra, geralmente na forma de aerossol 
líquido/gás, formado pela nebulização pneumática 
com argônio.
Vazão do gás= 0,5 a 1,0 l min-1
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Formação do Plasma (I)
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“Instrumentação Físico-Química"
Características do plasma de argônio
•Elevada temperatura (4000 –10000 K)
•Elevada densidade eletrônica (1015e-/ cm3)
•Curto tempo de residência do aerossol da amostra 
no plasma: 2 –3 ms
•Vaporização-atomização-excitação em ambiente 
químico inerte
•Menor concentração de espécies moleculares
•Plasma é estável
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Espécies químicas no plasma de argônio
Eionização < 9 eV: M
+ é a forma predominante no plasma 
(e.g. Li, K, Be, Ca, Cr, Mn, Cu, Zn etc. – 50% 
elementos: > 90% M+) F: 17,4 eV; I: 10,45 eV
Energia do plasma é suficiente para ionizar e excitar 
maioria dos átomos: implica em geração de um 
espectro de emissão complexo
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Número e linhas espectrais de alguns elementos
Elemento Linhas de emissão
Li 30
Cs 645
Mg 173
Ca 662
Cr 2277
Fe 4757
Ce 5755
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Escolha técnica instrumental 
ICP/OES
•Caráter Multielementar
•Ampla Faixa Linear de Calibração
•Baixos LOD’s
•Controle de Interferências
•Precisão
•Freqüência Analítica
•Versatilidade
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“Instrumentação Físico-Química"
M* → M + hν
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Necessidade de alta resolução espectral
Milhares de linhas documentadas entre 160 e 900 nm
Maioria das linhas na região entre 190 e 450 nm
Alta resolução é necessária para:
Evitar interferências espectrais entre linhas muito próximas Melhorar 
limites de detecção 
Ser capaz de analisar amostras complexas
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Espectrômetro seqüencial com montagem Czerny-Turner
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Esquema de espectrômetro simultâneo (multicanal)
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Óptica com rede Echelle
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“Instrumentação Físico-Química"
“Instrumentação Físico-Química"
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“Instrumentação Físico-Química"
US – EPA METHOD 6010C
INDUCTIVELY COUPLED PLASMA-ATOMIC EMISSION SPECTROMETRY
Determination of heavy metals in soils and sediments by
microwave-assisted digestion and inductively coupled plasma
optical emission spectrometry analysis
Multi-element analysis by inductively coupled plasma optical
emission spectrometry of airborne particulate matter collected
with a low-pressure cascade impactor