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

Temperatura del Plasma

Perfil de Temperatura del Plasma generada por el

Campo Magnético Axial

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

Diagrama Optico

Antorcha estilo Cassette

Monocromador

Pre-optica Detector

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

Nitrogen Generator Operation

Basado en una tecnología de Absorción Pressure Swing

External Gas Control Module (EGCM)

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)

Sistema de introducción de muestras multimodo

(MSIS)

DLs típicos (ppb)

Analito Neb Mode Dual Mode

As 30 1.0

Se 54 2.0

Hg 14 0.5

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 del nuevo Espectrómetro Agilent

4100 MP-AES.

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

Ensayos de Au, Pt y Ag por ensayo al fuego

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

Resultado de la comparativa – MP-AES vs Valores

Nominales

Resultado de la comparativa – MP-AES vs Valores

Nominales

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

Análisis de foliares y suelos

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

Disminución de los fondos con el EGCM

Disminución de los fondos con el EGCM

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

Límites de detección del método

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

Preguntas?

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Agilent MP-AES