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Nuevo Plasma de Emisión por Microondas
MPAES 4100: Ventajas de la técnica y
ejemplos de aplicaciones.
Iván Bolívar Especialista de Aplicaciones en Espectroscopía
Agilent 4100 Microwave Plasma (MP-AES)
¿Que aporta esta nueva técnica?
• Mejores límites de detección y mayor rango lineal que la FLAA.
• Muy buena reproducibilidad y estabilidad.
• Mayor velocidad de análisis.
• Operación desatendida.
• Elimina la necesidad del abastecimiento de gases comprimidos:
Acetileno, NO2, Argon, etc.
• No requiere apenas fungible: No hay lámparas de cátodo hueco.
• Es mas segura: No necesita gases inflamables o comprimidos.
• Manejable por usuarios no especialistas
Tabla
comparativa
de técnicas
de análisis
elemental
Criterio
AA Llama GFAA MP-AES ICP-OES ICP-MS
Intervalo de Medida
alto > 10% X
1 - 10 % X X X
ppm X X X X
ppbs altas X X X X X
ppbs bajas X X X X
ppt X X
Número de muestras
Pocas X X X
Bastantes X X X X
Muchas X X
Nº Elementos por muestra
Uno X X X X X
Varios (2-5) X X X X
Intermedio (5-10) X X X
Muchos X X
Matriz de Muestra
< 3% X X X X X
3-10 % X X X X
> 10% X X
Nota: 1) con SIPS
Criterio
AA Llama GFAA MP-AES ICP-OES ICP-MS
Linearidad
Hasta 3 órdenes X X X X X
5 órdenes X 1) X X X
6 órdenes X X
> 7 órdenes X
Facilidad de uso
Sencilla X X
Moderada X X
Compleja X X
Coste de inversión
Bajo X
Bajo-Medio X X X
Medio-Alto X
Alto X
Costes operativos
Bajos X X
Medio X X X X
Alto X X
Tabla
comparativa
de técnicas
de análisis
elemental
Esquema del sistema de generación del plasma
El sistema de generación de plasma consta de 5 componentes:
1. El Magnetron que produce un campo electromagnético a la frecuencia de 2450Mhz
2. Una cavidad resonante que “contiene y enfoca” el campo electromagnético.
3. Una antorcha que se coloca en la zona de mayor fuerza del campo magnético para
generar un plasma autosostenido.
4. Sistema de control de gases del plasma
5. Sistema de suministro de Alto Voltaje DC para el magnetrón
Como trabaja esta tecnología?
Líneas de campo magnético en azul
Líneas de campo eléctrico en rojo
Líneas de campo dentro de la guía de ondas
Half wavelength
Espectro de emisión MP-AES
El N2 MP-AES ...
Espectros de emisión atómica más simples y adecuados para la espectroscopía atómica
300 nm
High intensity atomization lines for Mo
ICP-OES
MP-AES
Proceso de Emisión en el Plasma de Microondas
Estado Basal Estado Excitado Emisión
Muestra
Plasma excitado por
Microondas
Monocromador
& Detector
Quantificación
Formación de Atomos
EXCITACION
Diagrama esquemático
1. Salida de ventilación
2. Ventana de Pre-optica
3. Cargador de la antorcha
4. Bomba Peristáltica
5. Botón de encendido del plasma
6. Fuente de Alto Voltaje
7. Electrónica (control PWB)
8. Pre-óptica
9. Plasma (Magnetron)
10. Monocromador con detector CCD
11. Módulo de control de Gas Externo
12. Entrada de aire de refrigeración
13. Conexiones de entrada de gas
12
11
1 2
5
3
9
10
7
8
4
6
13
4100 MP-AES Introducción de muestra
Facil acceso a todos los
componentes.
Conexiones de gases sencillas
Mantenimiento sencillo
Tecnología de Detección
Back-thinned CCD refigerado por peltier
532 x 128 pixels (los pixels son 24 x 24 µm)
• Tecnología de alta capacidad de almacenamiento y gran velocidad que evita la saturación espectral.
Amplio intervalo espectral desde 176 – 1100 nm
Gran intervalo lineal
Corrección de fondos simultanea con la medida del pico
Eficacia Cuantica (QE) superior al 90% en el pico
Nueva Generación de Software Expert MP
• Basado en Windows 7 y con muchas y significativas mejoras
• Novedoso, más claro, traducido al español
• Incluye interfaces para análisis de rutina o avanzadas
• Corrección de fodos innovadora y facil de usar
• Extensos sistemas de ayuda y ayuda contextual
• Herramientas de optimización automatizadas
• Solo tres pasos usando los métodos predefinidos para competar el análisis
Desarrollo del método: Tabla de condiciones
– Presión del
nebulizador.
– Posición de visión.
– Tiempo de integración.
– Parámetros de
muestreo.
• Tiempo de toma de
muestra.
• Tiempo de
estabilización.
• Tiempo de lavado.
– Auto optimización.
Condiciones del método
Autocorrección para el análisis de Ag en la
digestión
Blank Spectrum Standard Spectrum
Modelo preciso para la
eliminación de los fondos para el
pico parcialmente superpuesto
Fast Linear Interference Correction (FLIC)
FLIC usa modelos de la emisión del blanco, patrones y potenciales
interferentes para corregir las interferencias espectrales
Ejemplo FLIC
Interferencia del Fe sobre el As
Using FLIC Using Auto
La concentración de As en presencia de 1000 ppm Fe es <IDL cuando se usa FLIC
Mejores LD que FLAA DL’s in ppb, clean water samples
* Note: all DL’s are in ppb, 3 sigma (nitrogen source: liquid nitrogen)
Elemento AA Llama MP-AES
K 0.8 0.2
Ca 0.4 0.4
Mg 0.3 0.1
Na 0.3 0.3
Au 11 1.7
Pt 76 5.0
Pd 15 0.5
Ag 1.7 0.3
Rh 4 0.5
Mejores LD que FLAADL’s in ppb, clean water samples
Elemento AA Llama MP-AES
As 60 30
Cd 1.5 1.4
Cr 5 0.2
Mn 1.0 0.2
Pb 14 2.0
Sb 37 12
Se 500 54
Zn 1.6 3.2
* Nota: todos los DL’s están en ppb, 3 sigma (Fuente de N2: nitrógeno líquido)
Menores costes operativos
Asume la medida de 9 elementos (4 en óxido nitroso) en lotes de 100
muestras 3 días/semana usando el generador de N2.
Para una comparación más detallada solicite un Calculo de costes
Aplicaciones – Por sectores
• Metales en extractos de suelos
• Metales para suelos agrícolas Agricultura
• Digestiones en agua régia de muestras geoquímicas
• Análisis de metales preciosos por ensayo al fuego
• Oro a nivel de trazas en extracciones cianhídricas
Minería
• Metales de desgaste en acéites
• Aditivos metálicos en lubricantes
• Analisis de anticongelantes, petroleos y fueles
Petroquímica
• Muestras para cumplimiento WEEE/RoHS
• Analisis de aguas residuales, sedimentos y suelos
Medio Ambiente
• Analisis de alimentos y bebidas Alimentación
• Zn, Ca, Na, Cu, Mg, Li, K en muestras de suero Clínico
Bases metálicas en digestión con 4 ácidos.
Preparación de muestra:
– 0.4 g muestra en HNO3-HClO4-HF-HCl
– Matriz final a 30 % HCl
– Enfriar y diluír a 100 mL
– Factor de dilución de 250 veces
Requisitos típicos (MDL en el sólido):
Analito MDL requerido (ppm) MDL obtenido (ppm)
Ag 328.068 nm 1 0.04
Cu 327.395 nm 10 0.1
Mo 379.398 nm 10 0.7
Ni 352.453 nm 10 0.4
Pb 405.781 nm 10 0.4
Zn 481.053 nm 10 0.7
Preparación de Muestras de Suelos
Muestras de suelos
• NIST SRM 2710 highly elevated Montana Soil
• NIST SRM 2711 moderate elevated Montana Soil
Digestión
• US EPA Method 3050B
• HNO3/H202
• Dilutir a 50 mL
Analisis
• Empleando el 4100 MP-AES
Resultados medidos para el NIST SRM 2710
Montana Soil
Analyto
MP-AES Resultados
(mg/kg)
NIST Reference
Intervalo (mg/kg)
Al 24300 ± 400 12000 - 26000
As 550 ± 20 490 - 600
Cr 21 ± 1 15 - 23
Cu 2800 ± 20 2400 - 3400
Fe 28000 ± 300 22000 - 32000
Mn 8500 ± 200 6200 - 9000
Ni 9.5 ± 0.6 8.8 - 15
Pb 5600 ± 300 4300 - 7000
Zn 6100 ± 200 5200 - 6900
Resultados obtenidos para el NIST SRM 2711
Montana Soil
Analyto
MP-AES Resultados
(mg/kg)
NIST Reference
Intervalo (mg/kg)
Al 20000 ± 200 12000 - 23000
As 90 ± 15 88 - 110
Cr 21 ± 3 15 - 25
Cu 90 ± 1 91 - 110
Fe 23000 ± 2000 17000 - 26000
Mn 600 ± 10 400 - 620
Ni 17 ± 3 14 - 20
Pb 1400 ± 30 930 - 1500
Zn 300 ± 10 290 - 340
Organics Kit – Módulo Externo de Control de
Gases (EGCM)
1. Evita la deposición de carbón en
el inyector cuando se analizan
orgánicos
2. Disminuye las emisiones de
fondo del plasma
3. Inyectando un flujo controlado de
aire a través del gas Auxiliar
hacia el plasma
Organicos – Estabilidad a largo plazo
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00
No
rmalized
Co
nc
Time (h:mm)
Zn 213.857 nm Si 251.611 nm Fe 259.940 nm Ni 305.081 nm Ag 328.068 nm
Pb 283.305 nm Cu 327.395 nm Mg 285.213 nm Ti 334.941 nm Al 396.152 nm
10 ppm S21. Todas las líneas muestran precisión <1% RSD
Datos de análisis de fueles
Análisis por dilución directa en
queroseno 1/10
A. Rectas de calibrado de Si, Al, y V(0-5 ppm) y Na (0-20 ppm).
B. Picos de emisión del multipatrón de 0.5 ppm.
Resultados obtenidos para el SRM 1085b de
metales de desgaste
Excelentes
recuperaciones
de todos los
elementos
Recuperaciones medidas en un dopaje de 10 ppm
sobre un aceite de desgaste
Excelentes
recuperaciones
para todos los
elementos
Análisis de alimentos
Muestras
• Varios Materiales de Referencia Certificados
Digestión
• Añadir 10 mL HN03
• Calentar hasta disolución
• Enfriar y diluir hasta 100 mL
Analisis
• Empleando el 4100 MP-AES
Resultados obtenidos para los CRM de
alimentos
NIES No. 7 Tea Leaves High Purity Stds CRM Milk Powder
* Reference values only
NIES No. 10c Rice Flour High Purity Stds CRM Wheat Flour
* Reference values only
Resultados obtenidos para los CRM de
alimentos
NIST 1577 Bovine Liver High Purity Stds CRM Oyster Tissue
* Reference values only
Resultados obtenidos para los CRM de
alimentos
“ Una nueva tecnología: El plasma inducido por
microondas MP-4100”
Altas prestaciones
• Alternativa ideal a FLAA
• Mide mayoritarios, minoritarios y la mayoría de trazas.
• Sin demasiadas interferencias de matriz
Menor coste operativo
• Solo precisa aire
• Sin lámparas HCl
• Multi-elemento
• Trabaja desatendido
• Buena productividad
Rápido & Facil de usar
• Medidas secuenciales rápidas
• Corrección de fondos simultánea
• Nueva generación de software con modos de trabajo definidos o avanzados
Seguro • Sin gases inflamables
• Trabajo multielemental desatendido
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