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Curso de Engenharia de Alimentos 
Apostila de Análise Instrumental Aplicada a alimentos Profª Elaine Coringa 
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10. ICP- PLASMA INDUTIVAMENTE ACOPLADO 
 
Técnica: espectrometria de emissão atômica por plasma 
Equipamento: espectrômetro de plasma 
Determinação: emissão de radiação  concentração 
 
10.1 Introdução: 
 
A espectrometria de emissão consiste na emissão de radiação nas regiões ultravioleta 
e visível do espectro eletromagnético por átomos ou íons excitados. Esses íons e átomos 
excitados são formados por meio de uma fonte extremamente energética, como o Plasma 
de Argônio. 
A espectrometria de emissão atômica com plasma ICP-AES, vem sendo utilizada no 
Brasil desde 1976, quando foram instalados os primeiros equipamentos comerciais. A 
técnica foi muito bem-sucedida em função da capacidade de análises multielementares 
em diversos tipos de amostras, o que garantiu a sua utilização em laboratórios de química 
analítica de rotina para as mais diversas aplicações. 
A superação da qualidade analítica, devidas às limitações instrumentais, foi 
acompanhada pelo desenvolvimento de várias montagens óticas, recursos eletrônicos e 
sistemas de detecção nestes últimos 20 anos. O sucesso da técnica foi sendo cada vez 
mais prestigiado e, hoje no Brasil estima-se um total de 300 equipamentos. A 
espectrometria de emissão com plasma está sendo usada na indústria metalúrgica, 
mineradora, agrícola, de alimentos, fertilizantes, do petróleo e inúmeros centros de 
pesquisas. 
É uma técnica analítica instrumental empregada na determinação de constituintes 
majoritários e traços de metais em amostras de águas e efluentes. Na determinação de 
constituintes inorgânicos em produtos de petróleo, em alimentos, em amostras 
geológicas, biológicas e no controle de qualidade industrial. 
 
10.2 Princípio do método: 
 
A espectroscopia atômica refere-se a fenômenos envolvendo os elétrons de valência, 
abrangendo a região do espectro Visível e Ultravioleta, entre 800 e 180 nm. 
Os métodos espectroquímicos de análises que utilizam as propriedades da energia 
eletromagnética do espectro para efetuar a quantificação das espécies: 
 
Tabela 1. Métodos instrumentais de absorção e emissão de radiação. 
Métodos de atomização Temperatura, 
ºC 
Tipo de 
espectroscopia 
Técnica instrumental 
Plasma de argônio 6.000 – 8.000 Emissão Espectroscopia de emissão 
em plasma (ICP) 
Chama 
(Gás combustível + oxidante) 
1.700-3.150 Absorção Espectrofotometria de 
Absorção Atômica (EAA) 
Chama (gás GLP) 1.700 – 1.900 Emissão Fotometria de Chama 
Eletrotérmico 1.200-3.000 Absorção Espectroscopia de emissão 
atômica (EEA) 
 
 
Os métodos espectroscópicos atômicos são empregados na determinação qualitativa 
e quantitativa de mais de 70 elementos. Tipicamente, esses métodos podem detectar 
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quantidades de partes por milhão a partes por bilhão e, em alguns casos, concentrações 
ainda menores. Os métodos espectroscópicos são, além disso, rápidos, convenientes e 
geralmente de alta seletividade. 
A determinação de espécies atômicas somente é feita em meio gasoso no qual os 
átomos individuais ou íons elementares, como Fe+2, Mg+2 ou Al+3, se encontram muito 
bem separados uns dos outros. 
Consequentemente, a primeira etapa de todos 
os procedimentos de espectroscopia atômica é a 
atomização, um processo no qual a amostra é 
volatilizada e decomposta de forma a produzir 
uma fase gasosa de átomos e íons. 
 A eficiência e a reprodutibilidade da etapa de atomização pode ter grande influência 
na sensibilidade, precisão e exatidão do método. 
Em resumo, a atomização é uma etapa crítica em espectroscopia atômica. 
Como mostrado na Tabela 1, muitos métodos são empregados para atomizar as 
amostras para estudos espectroscópicos atômicos. Os plasmas indutivamente acoplados, 
chamas e atomizadores eletrotérmicos são os métodos de atomização mais amplamente 
usados. As chamas e os atomizadores eletrotérmicos são amplamente utilizados em 
espectrometria de absorção atômica, enquanto o plasma acoplado indutivamente é 
empregado em emissão óptica e em espectrometria de massa atômica. 
Na espectroscopia de emissão atômica, os 
átomos do analito são excitados por uma 
energia externa na forma de calor ou energia 
elétrica (plasma, chama, descarga a baixa 
pressão ou um laser de potência). 
Antes da aplicação da fonte de energia 
externa, os átomos do elemento desejado estão 
normalmente em seu estado de energia mais 
baixo ou estado fundamental. A energia aplicada leva momentaneamente os átomos a um 
estado de energia mais alto ou estado excitado. Após alguns nanossegundos, os átomos 
excitados relaxam para o estado fundamental, fornecendo suas energias como fótons de 
radiação visível ou ultravioleta. 
 
 
 
Figura 1. Processo de absorção e emissão atômicos 
 
 
 
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10.3 Diferença entre ICP e Absorção Atômica: 
 
A diferença entre a EAA e o ICP é que na EAA, a chama é basicamente necessária 
para evaporar e dissociar a amostra em seus componentes atômicos. A quantificação é 
dada através da quantidade de luz proveniente de uma lâmpada de catodo oco que é 
absorvida pelos átomos obedecendo a Lei de Lambert-Beer. 
No ICP, o plasma é usado para evaporar, dissociar e excitar átomos ou íons. A 
quantificação é dada pela medida de luz emitida pelas espécies excitadas e relacionando 
esta quantidade à concentração usando-se curvas de calibração de intensidade de emissão 
versus concentração. 
A técnica de Plasma (ICP) foi inicialmente desenvolvida como alternativa ao EAA e 
outras técnicas como Espectrometria de Emissão Atômica por arco e centelha. O ICP, 
comparado à EAA, tem somente cerca de metade de sua história comercial e um décimo 
ou menos de número de unidades em operação no mundo. Como resultado disso, os 
aperfeiçoamentos do instrumento e novas aplicações para plasma estão ocorrendo com 
uma velocidade maior que em EAA. 
Resumidamente: 
 
 Espectrofotometria de Absorção Atómica (Atomic Absorption 
Spectrometry - AAS): A radiação de comprimento de onda característico do 
elemento em estudo é emitida através de uma lâmpada do próprio elemento 
(lâmpada de catodo oco). Os átomos do elemento absorvem alguma desta 
radiação. A quantidade de radiação absorvida por estes átomos é medida e 
usada para determinar a concentração do elemento na amostra em estudo. 
 
 Espectroscopia de Emissão Atómica (Atomic Emission Spectrometry - 
AES): A amostra é submetida a altas temperaturas provocadas por uma fonte 
de excitação poderosa (plasma, chama, arco elétrico), causando não só a 
dissociação dos átomos, mas também, uma quantidade de colisões, que 
provocam a excitação (ou ionização) dos átomos da amostra. Uma vez que os 
átomos se encontram em estados de energia superiores (estados excitados), a 
tendência é voltar a estados de mais baixa energia, emitindo energia. A 
intensidade da radiação, emitida num comprimento de onda específico, é 
medida e usada para determinar a concentração do elemento em estudo. 
 
10.4 A atomização: 
 
Em todas as técnicas espectroscópicas atômicas, devemos atomizar a amostra, 
convertendo-a em átomos e íons em fase gasosa. Na maioria das vezes, as amostras são 
apresentadas ao atomizador na forma de solução, embora algumas vezes introduzamos 
gases e sólidos. Portanto, o dispositivo de atomização deve realizar a tarefacomplexa de 
converter as espécies do analito em solução para átomos ou íons elementares, ou ambos, 
em fase gasosa. 
A amostra é introduzida no plasma sob a forma de aerossol. O aerossol é transportado 
para a zona aquecida, onde é rapidamente submetido à dessolvatação (remoção do 
solvente da amostra líquida), à volatilização para níveis moleculares e à dissociação em 
átomos, dos quais alguns são ionizados. O vapor atómico resultante do processo de 
atomização de uma amostra é fundamentalmente constituído por átomos gasosos no 
estado fundamental de energia. 
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Simultaneamente, uma fração desses átomos é excitada ou ionizada, produzindo-se 
uma mistura gasosa de átomos e íons em vários estados de energia. 
A emissão produzida pelo regresso dos átomos e íons excitados que voltam ao estado 
fundamental é caracterizada pelo comprimento de onda de emissão do elemento presente 
na amostra. 
 
 
Figura 2. Processos que levam à produção de átomos, moléculas e íons em sistemas contínuos de 
introdução de amostras em um plasma ou em uma chama. A solução da amostra é convertida em um jato 
gasoso pelo nebulizador. A alta temperatura da chama ou do plasma causa a evaporação do solvente, 
formando um aerossol de partículas secas. O aquecimento adicional volatiliza as partículas produzindo 
espécies atômicas, moleculares e iônicas. Essas espécies estão frequentemente em equilíbrio, pelo menos 
em certas regiões localizadas. 
 
10.5 A fonte de plasma: 
 
A fonte de energia que assegura a passagem das amostras líquidas ao estado de vapor 
atómico é o plasma, sendo este por definição um volume luminoso de um gás raro 
(Argônio) parcialmente ionizado, o que lhe confere propriedades de condutor da corrente 
eléctrica. O plasma é uma fonte de calor que pode atingir temperaturas de 10.000 K. 
 
A Figura abaixo exibe um desenho esquemático de uma fonte de plasma acoplado 
indutivamente (ICP). Esta consiste em três tubos concêntricos de quartzo por meio dos 
quais correntes de argônio fluem a uma vazão total entre 11 e 17 L/min. Envolvendo a 
parte superior desse tubo encontra-se uma bobina de indução alimentada por um gerador 
de radiofreqüência capaz de produzir cerca de 2 kW de energia. A ionização da corrente 
de argônio é iniciada por uma centelha produzida por uma bobina (Ar0→Ar+ + e- ), e os 
íons resultantes sustentam o plasma (≈ 8.000˚ C). Neste processo energia do gerador é 
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transferida para o plasma, que atua na vaporização, dissociação, atomização, ionização e 
excitação dos constituintes da amostra. 
Um plasma típico apresenta um núcleo brilhante, branco e opaco seguido por uma 
cauda na forma de uma chama: 
 
 
 T = 3.000˚ C, similar a uma 
chama 
 
 
 
 T = 6.000˚ C, região 
analítica 
 
 
Figura 3. Plasma de argônio. 
 
As amostras podem ser introduzidas no ICP pelo argônio 
através do tubo central de quartzo. A amostra pode ser um 
aerossol, um vapor gerado termicamente ou um pó 
finamente dividido. A forma mais comum de introdução 
da amostra é por meio de um nebulizador concêntrico de vidro. A alta velocidade do gás 
dispersa o líquido em gotículas finas de diversos tamanhos, as quais são carregadas para 
o plasma. 
 
Figura 4. Nebulizador da amostra. 
 
No momento em que os átomos e íons do analito atingem o ponto de observação 
no plasma, eles já permaneceram por cerca de 2 ms no plasma a temperaturas na faixa de 
6.000 a 8.000 K. Esses tempos e temperaturas são duas ou três vezes maiores que aqueles 
obtidos nas chamas de combustão mais quentes (acetileno/óxido nitroso). Em 
conseqüência, a dessolvatação e vaporização são essencialmente completas e a eficiência 
de atomização é bastante alta. Portanto, existem menos interferências químicas nos ICPs 
do que em chamas de combustão. 
Diversas outras vantagens são associadas com o ICP quando comparadas com as 
chamas. A atomização ocorre em um ambiente quimicamente inerte, em contraste com 
as chamas, nas quais o ambiente é violento e altamente reativo. Além disso, a temperatura 
do plasma é relativamente uniforme. O plasma também apresenta um caminho óptico 
estreito, o que minimiza a autoabsorção. Como conseqüência, as curvas de calibração 
geralmente são lineares sobre muitas ordens de grandeza de concentração. Uma 
desvantagem significativa do ICP é que ele não é muito tolerante a solventes orgânicos. 
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Os depósitos de carbono tendem a se formar no tubo de quartzo, o que leva ao seu 
entupimento e à contaminação entre amostras sucessivas. 
 
10.6 Instrumentação: 
 
O diagrama de blocos de um espectrômetro típico de ICP é mostrado na Figura 5. 
A emissão atômica ou iônica do plasma é separada em seus comprimentos de onda 
constituintes por um dispositivo isolador de comprimentos de onda, chamado 
monocromador. O monocromador isola um só comprimento de onda por vez em uma 
única fenda. A radiação isolada é convertida em sinais elétricos por um único transdutor, 
por múltiplos transdutores ou por um arranjo de detectores. Os sinais elétricos são então 
processados e supridos como entrada para o sistema computacional. 
 
 
 
 
10.7 Interferências em ICP: 
 
Em espectrometria de emissão com plasma indutivo, as interferências podem ser 
classificadas em interferências espectrais e em interferências de matriz. Estas últimas, 
podem ser divididas em vários tipos: físicas, químicas e de ionização. 
 
 Espectral: 
Em espectroscopia de emissão, qualquer elemento que não o analito que emita 
radiação na banda de passagem do dispositivo de seleção de comprimento de onda ou que 
cause o aparecimento de radiação espúria dentro da mesma banda de passagem causa uma 
interferência espectral. 
Um exemplo dessa interferência é o efeito da emissão de Na a 285,28 nm sobre a 
determinação de Mg a 285,21 nm. Em um espectrômetro de resolução moderada, 
qualquer quantidade de sódio presente na amostra vai gerar leituras mais altas para o 
magnésio, a menos que um branco com a quantidade correta de sódio seja subtraído. 
 
 De matriz: 
As interferências de matriz são provocadas por todos os constituintes da amostra, 
que não o elemento em estudo, podendo ocasionar o aparecimento de diminuições ou 
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aumentos nos valores da concentração do analito. As interferências de matriz subdividem-
se em vários tipos, podendo ser físicas, químicas e de ionização. 
As interferências físicas podem alterar os processos de aspiração, de nebulização, 
de dessolvatação e de volatilização. As substâncias presentes na amostra e que alteram a 
viscosidade da solução, por exemplo, podem alterar a vazão e a eficiência do processo de 
nebulização. Os constituintes combustíveis, como solventes orgânicos, podem alterar a 
temperatura do atomizador e dessa forma afetar indiretamente a eficiência de atomização. 
As interferências químicas são geralmente específicas a certos analitos. Elas 
ocorrem após a dessolvatação, na conversão das partículas sólidas ou fundidas em átomos 
ou íons elementares. Os constituintes que influenciam a volatilizaçãodas partículas do 
analito causam esse tipo de interferência e são denominadas interferências de 
volatilização do soluto. Por exemplo, em alguns tipos de chama a presença de fosfato na 
amostra pode alterar a concentração atômica de cálcio na chama em decorrência da 
formação de complexos relativamente não-voláteis. Esses efeitos podem algumas vezes 
ser eliminados ou minimizados pelo uso de altas temperaturas. Alternativamente, os 
agentes liberadores, constituídos por espécies que reagem preferencialmente com o 
interferente e previnem sua interação com o analito, podem serempregados. Por exemplo, 
a adição de excesso de Sr ou La minimiza a interferência do fosfato sobre o cálcio porque 
esses cátions formam compostos mais estáveis com o fosfato do que o Ca, liberando, 
dessa forma, o analito. 
As substâncias que alteram a ionização do analito podem causar interferências de 
ionização. A presença de um elemento facilmente ionizável, como o K, pode alterar a 
extensão da ionização de um elemento menos ionizado, como o Ca. Em chamas, efeitos 
relativamente intensos podem ocorrer a menos que um elemento facilmente ionizável seja 
adicionado à amostra em uma quantidade relativamente alta. Esses supressores de 
ionização contêm elementos como K, Na, Li, Cs ou Rb. Quando ionizados na chama, 
esses elementos produzem elétrons, os quais deslocam o equilíbrio de ionização do 
analito favorecendo a formação de átomos neutros. 
 
 
10.8 Aplicações: 
 
O ICP tem-se tornado a fonte espectroscópica de emissão mais utilizada. Seu 
sucesso deriva de sua alta estabilidade, baixo ruído, baixa intensidade de emissão de 
fundo e imunidade a muitos tipos de interferências. 
Contudo, o ICP é relativamente caro para se adquirir e para operar. Os usuários 
necessitam de treinamento extensivo para operar e manter esse tipo de instrumento. 
Porém, os sistemas modernos computadorizados, com seus programas sofisticados, têm 
aliviado essa tarefa substancialmente. 
O ICP é amplamente empregado na determinação de traços de metais em amostras 
ambientais, como em águas potáveis, efluentes e poços artesianos. 
O ICP é usado também na determinação de traços de metais em produtos de 
petróleo, em alimentos, em amostras geológicas, em materiais biológicos, no controle de 
qualidade industrial e nas determinações de traços de metais em solo e amostras 
geológicas. 
As determinações simultâneas multielementares empregando fontes de plasma 
têm se tornado popular. Essas determinações tornam possível estabelecer correlações e 
obter conclusões que são impossíveis com a avaliação de um único elemento.