ICP MS

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MONOGRAFIA 
 
ESPECTROMETRIA DE MASSAS COM FONTE COM PLASMA 
INDUTIVAMENTE ACOPLADO (ICP-MS) 
 
 
FUNDAMENTOS DA TÉCNICA 
 
 Na espectrometria de massa (MS) são necessárias: uma fonte de íons, 
onde os íons são produzidos; o espectrômetro de massa, que separa os íons de 
acordo com a sua razão massa/carga (m/z) e o sistema de detecção, onde o 
feixe de íons é convertido em sinal elétrico mensurável (BARELA, 2017). 
No ICP-MS a fonte de íons é o plasma indutivamente acoplado (ICP), essa 
técnica analítica é utilizada para determinar diversos elementos (metais e não 
metais) com alta sensibilidade, em baixas concentrações, com capacidade 
multielementar (PESSÔA, 2014; SIQUEIRA, 2016). No plasma indutivo, íons 
gasosos (excitados ou não) são gerados sob altas temperaturas, para então, ser 
levado ao espectrômetro de massas (BARELA, 2017). 
Embora exista várias técnicas como a absorção atômica de chama; a 
atomização eletrotérmica e espectroscopia de emissão óptica com plasma 
indutivamente acoplado, para determinar os mesmos analitos, o ICP-MS 
apresenta como vantagens características multielementares, determinações no 
nível ultra traço, velocidade de análise, limites de detecção e capacidade 
isotópica. (Tabela 1) (THOMAS, 2004). Além disso, quando comparado com a 
quantidade de linhas produzidas por emissão, há apenas um número limitado de 
massas/carga que potencialmente podem ser detectadas em espectrometria de 
massa, o que diminui dessa forma as possíveis interferências favorecendo a 
análise final dos resultados. (SOUZA,2007). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 1 – Comparação do limite de detecção (µg/L). 
 
Fonte: Adaptado de TYLER, 1994). 
 
PRINCIPAIS COMPONENTES E SEU FUNCIONAMENTO 
 
 Em ICP-MS, a amostra é introduzida no plasma na forma de aerossol de 
solução aquosa para evitar a introdução de carga orgânica dentro do 
espectrômetro, o que poderia causar o entupimento dos amostradores e a 
contaminação das lentes iônicas. Esse procedimento, diminui as interferências 
poliatômicas e supressão de sinal, que pode prejudicar o poder de detecção da 
técnica (SOUZA, 2007). 
 Um ICP-MS é formado por 5 partes, como mostrado na Figura 1 (NUNES, 
2009): 
Figura 1 - Esquema de Blocos de um ICP-MS 
 
1. Nebulizador, responsável pela introdução da amostra; 
2. Fonte de íons, que irá providenciar a ionização da amostra; 
3. A interface que faz a focalização dos íons (cone de amostragem); 
4. Analisador de massas (quadrupolo); 
5. Detector de íons 
 
Figura 2 - Esquema detalhado de um ICP-MS 
 
Fonte: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/12188/12188_5.PDF 
• Amostra: sólidas, gasosas ou líquidas 
Amostra
Fonte de 
Íons (tocha)
Interface 
(cones)
Analisador 
de massa 
(quadrupolo)
Detector Sinal
 
• Nebulizador: Usa um fluxo gasoso em alta velocidade para criar um 
aerossol. 
 
• Câmara de Nebulização: Seleção das gotas analiticamente úteis para 
serem convertidas em átomos e íons. 
 
 As amostras são mais comumente usadas na forma líquida, pois, 
essa forma apresenta maior homogeneidade, facilidade de manipulação e 
disponibilidade de soluções padrão para calibração (BARBOUR, 2011). 
 
 O sistema de introdução formado por uma bomba peristáltica, um 
nebulizador pneumático e uma câmara de nebulização é o mais utilizado 
devido a simplicidade e o baixo custo. Porém esse arranjo apresenta 
desvantagens pois apresenta baixa eficiência no transporte de analito 
(normalmente 1-2%) e alto consumo de amostra (normalmente 1-2 mL / 
min) (MC CLEAN, 1998). 
 
 A vaporização eletrotérmica é realizada em uma câmara fechada. 
A conversão da amostra em vapor depende de várias etapas de 
aquecimento. Nas etapas de secagem e pirólise, fluxos internos de Ar vão 
entrar pelas extremidades do tubo, em sentidos opostos, para que os 
vapores produzidos no orifício de dosagem sejam empurrados para o 
exaustor. Esses fluxos eliminam os componentes voláteis da matriz 
(Figura A). O orifício de dosagem da amostra é automaticamente fechado 
por uma ponteira de grafite alguns segundos antes da vaporização e os 
fluxos de gás são alterados (Figura B) (SILVA, 2004). 
 
Figura 3: Esquema do vaporizador eletrotérmico para acoplamento 
com ICP-MS em (A) etapas de pré-tratamento e (B) etapa de 
vaporização. 
 
 
 
 Para amostras sólidas é utilizado a ablação por laser (LA-Laser 
Ablation) que utiliza um laser para arrancar partículas da amostra. Esse 
sistema utiliza argônio para transportar o material na forma de aerossol 
seco diretamente para a tocha do plasma (BARBOUR, 2011). 
 
• Tocha: Formada por três tubos concêntricos de quartzo 
 
 
1- Secção anular externa (15-20 mm) 
2- Secção anular intermediária 
3- Secção anular interna 
Os mecanismos de ionização e excitação que ocorrem no plasma são os 
seguintes (BARBOUR, 2011): 
 
1. Térmica: causados pela troca de energia por colisão entre átomos e 
elétrons 
 X + e- → X+ + 2e- (onde X= átomos) 
 
M + A → M+ + A + e- (onde M e A= átomos) 
 
Penning: causados pelas colisões entre átomos no estado fundamental e 
espécies metaestáveis de argônio 
 
 Arm + X → Ar + X+ + e- 
 
Transferência de carga: causados por transferência de cargas entre íons 
e átomos 
 
 Ar+ + X → Ar + X+ 
 Ar2 + + X → 2Ar + X+ 
 
2. Fotoionização: causados, por exemplo, pelo efeito fotoelétrico 
X + hν → X+ + e- 
 X + hν → A+ + e- + hν 
 
3. Radiação de freamento (bremsstrahlung): causada por elétrons de 
alta energia que sofrem deflexão no campo elétrico produzido pelo núcleo 
atômico. 
 
• Interface (cone amostrador e skimmer): Tem como função transportar 
os íons com integralidade elétrica a partir do plasma que está sob pressão 
atmosférica até o espectrômetro de massas. Assim ocorre a redução da 
pressão e da densidade do feixe, fazendo com que a perda de íons seja 
reduzida (SANTOS, 2007). 
 
• Lentes Iônicas: Função de transportar os íons de interesse a partir da 
região da interface até o analisador de massas. Dessa forma, as lentes 
melhoram a sensibilidade e limites de detecção instrumental (SANTOS, 
2007). 
 
• Analisador de Massas (Quadrupolo): Região que separa os íons de 
acordo com a razão massa/carga (m/z). Composta de: 
 
o Barra positiva – potencial de alta frequência (íons massa pesada) 
o Barra negativa – potencial de baixa frequência (íons massa leve) 
o Pressão ~ 10-5 torr 
 
Os espectrômetros de massa com quadrupolo são compactos e de baixo 
custo, o que os tornam adequados para serem acoplados a um ICP. Além disso, 
proporcionam maior velocidade de varredura, se comparado com 
espectrômetros de alta resolução. O quadrupolo, devido ao seu pequeno 
tamanho, facilita a aplicação de alto vácuo, porém a sua resolução é baixa (em 
torno de uma unidade de massa atômica) (SKOOG, 2015). Assim sendo, não 
separa íons poliatômicos e isobáricos de mesma massa nominal. Para estes 
casos, espectrômetros com filtro de massa de maior resolução são necessários, 
os quais ainda são relativamente mais caros (cerca de 350.000 dólares para o 
de alta resolução e cerca de 200.000 dólares para o de baixa resolução). Os 
instrumentos de maior resolução usam setor eletro-magnético de duplo foco para 
a separação de íons. 
 
• Detector: Converte os íons provenientes do analisador de massas em um 
sinal elétrico através de um princípio semelhante ao das 
fotomultiplicadoras. É um multiplicador de elétrons (EM), que estoca o sinal 
total de cada massa/carga, criando um espectro de massas, e a magnitude 
de cada pico é proporcional à concentração. 
 
• Registrador/Sinal:Obtêm a intensidade do sinal que é proporcional à 
concentração e a abundância do elemento. 
 
INTERFERÊNCIAS 
 A principal limitação da técnica de ICP-MS são as possíveis interferências. 
Estas são divididas em dois grupos: espectrais ou não-espectrais (VEIGA, 2000). 
 
Interferências Espectrais 
 
Íons de óxidos e hidróxidos 
 Esses interferentes são formados pelo analito, matriz dos componentes, 
gases do plasma e vapor de água transportado (SANTOS, 2007). Para amenizar 
essa interferência podemos aumentar a temperatura do plasma ou diminuir a 
vazão do gás carregador; ou ainda, introduzir uma câmara de nebulização 
resfriada a pelo menos 4°C ou o uso de um nebulizador ultra-sônico, onde a 
amostra é primeiro aquecida (dessolvatação do solvente) e depois resfriada a 
temperaturas de até -10°C (condensação e consequente remoção do solvente). 
A correção é fundamental, pois a razão m/z de um óxido pode se sobrepor a uma 
dada razão m/z de um analito (VEIGA, 2000). 
 
 
Sobreposição Isobárica 
 A sobreposição isobárica ocorre quando dois elementos possuíem 
isótopos de mesma massa, porém, esta interferência raramente impede uma 
determinação, pois a grande maioria dos elementos da tabela possui um isótopo 
completamente livre da sobreposição isobárica de um outro elemento. A maior 
dificuldade em corrigir essa interferência ocorre quando o isótopo escolhido é de 
abundância muito pequena e a concentração a ser determinada muito baixa 
(VEIGA, 2000). 
 
Interferências não espectrais 
 
Efeitos de supressão e aumento do sinal 
 Os elementos que apresentam baixo potencial de ionização, e que estam 
presentes em excesso na solução da amostra, podem causar supressão do sinal 
do analito, levando a supressão na formação de íons do analito A supressão 
também pode ser ocasionada pelo efeito espaço-carga, que ocorre porque o 
feixe de íons passam a ter um caráter positivo, fazendo com que os íons do 
analito sejam repelidos por esse feixe (DIAS, 2004). 
 
 Com o aumento do efeito espaço-carga, o feixe iônico não é facilmente 
focalizado pela lente eletrostática e, dessa forma, apresenta dificuldade para 
passar pelo “photon stop” e pela abertura diferencial do sistema de lentes (MAIA, 
2001). 
 
 Os íons mais leves iram sentir mais este efeito em relação aos íons mais 
pesados e, devido a isso, esses íons mais leves usualmente são perdidos a partir 
do feixe transmitido. Já os elementos da matriz mais pesados terão uma maior 
influência do que os mais leves, pois eles são mais efetivos em repelir os íons 
do analito, ou seja, os íons mais pesados são mais facilmente transmitidos para 
o separador de íons (VEIGA, 2000). 
 
Efeito Memória 
 
 Amostras com concentração elevada de um elemento pode promover a 
aderência do mesmo a partes do sistema de introdução de amostras, gerando o 
efeito memória (CORREIA, 2003). 
 
APLICAÇÕES 
• Meio ambiente 
 
 
 
• Bioquímica 
 
 
 
• Saúde 
 
 
• Alimentos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Combustível 
 
• Ligas Metálicas 
 
 
 
 
• Quimica Forense 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
• http://www.ufjf.br/baccan/files/2011/05/Aula-8_ICP-MS.pdf 
 
• http://www.ufjf.br/baccan/files/2011/07/Seminario_ICP-MS_UFV_22_10_09.pdf 
 
• http://slideplayer.com.br/slide/1719628/ 
 
• https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/12188/12188_5.PDF 
 
• BARBOUR, Reinaldo. Determinação de impurezas em cobre eletrolítico por 
espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado. 2011. 
 
• BARELA, Pâmela Susin. Desenvolvimento de métodos de preparo de amostras para 
posterior determinação de elementos traço em biodiesel por espectrometria de massa 
com setor eletromagnético com plasma indutivamente acoplado (SF-ICP-MS). 2017. 
Tese (mestrado). Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2017. 
 
• CORREIA, Alexandre Lima. Histórico da deposição de elementos traço na Bacia 
Amazônica Ocidental ao longo do século XX. 2003. Tese de Doutorado. Universidade 
de São Paulo. 
 
• DIAS, Lúcia Felicidade et al. Determinação de metais traço em sedimento por 
espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado com introdução da 
amostra na forma de suspensão por vaporização eletrotérmica. 2004. 
 
• MAIA, Sandra Maria et al. Determinação de metais traço em carvão na forma de 
suspensão por espectrometria de massa com fonte de plasma indutivamente acoplado 
com introdução da amostra por vaporização eletrotérmica. 2001. 
 
• MCLEAN, John A.; ZHANG, Hao; MONTASER, Akbar. A direct injection high-efficiency 
nebulizer for inductively coupled plasma mass spectrometry. Analytical chemistry, v. 
70, n. 5, p. 1012-1020, 1998. 
 
• NUNES, Juliana Andrade. Desenvolvimento de método para determinação de Ag, As, 
Cd, Co, Mn, Ni, Pb e Se em sangue por espectrometria de massas com fonte de 
plasma acoplado indutivamente (ICP-MS) utilizando diluição das amostras em meio 
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• PESSÔA, Gustavo de Souza. Análise de especiação de metais e metalóides ligados a 
anidrase carbônica empregando TWIMS-MS e ICP-MS. 2014. 
 
• SANTOS, Suene Bernardes dos. Elementos traço em soro sanguíneo medidos pelos 
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• SIQUEIRA, Bruno Menezes. Acoplamento das técnicas HPLC-ICP OES para 
separação e identificação de metaloproteínas em castanhas de caju. Tese de 
Doutorado. Universidade de São Paulo. 
 
• SILVA, Alessandra Furtado da et al. Desenvolvimento de métodos para a 
determinação de mercúrio e tálio em amostras ambientais usando GF AAS e ETV-ICP-
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• SKOOG, D.A et al.– Fundamentos de Química Analitica, 9ª ed., Cengage Learning, 
2015. 
 
• SOUZA, Roseli Martins de. Desenvolvimento de métodos analíticos para 
determinação de elementos-traço em amostras oleosas e pastosas por ICP OES e 
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• TYLER, Geoffrey. ICP-MS, or ICP-AES and AAS?—a comparison. Melbourne 
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