Espectrometria-de-Emissao-Atomica-Fundamentos-e-Aplicacoes.pptx

Fundamentos e Aplicações da técnica instrumental analítica Espectrometria de emissão atômica com Plasma Acoplado indutivo.

1. Espectrometria de Emissão Atômica: Fundamentos e Aplicações A espectrometria de emissão atômica é uma técnica analítica poderosa que permite a identificação e quantificação de elementos químicos em amostras. Esta apresentação explora os fundamentos teóricos desta técnica, com foco especial na espectrometria de emissão atômica com plasma acoplado indutivamente (ICP-OES), seus princípios de funcionamento, instrumentação e aplicações práticas.

2. Fundamentos Teóricos da Emissão Atômica Estado Fundamental Estado Excitado Emissão Após nanossegundos , os elétrons retornam para o estado fundamental, liberando energia como fótons de radiação visível ou ultravioleta A energia aplicada eleva os elétrons para um estado de energia mais alto Átomos do analito em baixa energia antes da aplicação da fonte de energia externa.

3. Relação Entre Intensidade e Concentração Princípio Fundamental Esta relação linear permite a quantificação precisa dos elementos presentes . A intensidade da energia emitida é diretamente proporcional à concentração da espécie química de interesse na amostra . A equação que descreve esta relação é: I = k × C, onde I é a intensidade da luz emitida, C é a concentração do analito nas soluções-padrão ou amostra, e k é o coeficiente de proporcionalidade. Esta relação linear permite a construção de curvas de calibração para determinar concentrações desconhecidas em amostras analíticas, tornando a técnica quantitativa.

4. Espectrometria de Emissão com Plasma Introdução da Amostra A amostra em solução é introduzida no plasma na forma de um aerossol, permitindo a análise de diversos tipos de amostras líquidas. Fonte de Excitação O plasma serve como fonte de excitação para a emissão atômica, fornecendo energia suficiente para excitar os átomos da amostra. Emissão de Radiação O plasma induz a amostra a emitir radiação eletromagnética na região UV-VIS, que é característica para cada elemento. Espectrômetro e Detector Sistema óptico que separa a radiação emitida em comprimentos de onda específicos e detectores que convertem a radiação em sinais elétricos para análise

5. Processos no Plasma do ICP Atomização Química O plasma do ICP é mais eficiente que chamas convencionais, permitindo atomização inerte e reduzindo Interferências químicas. A alta energia promove dissociação dos compostos em átomos neutros e íons. Interferência de Ionização A concentração constante de elétrons no plasma é mantida pelo argônio, minimizando Interferências causadas por ionização, crucial para a estabilidade das análises.

6. Configurações da Tocha no ICP Configuração Radial Indicada para maiores concentrações (ppm). A observação é feita de forma perpendicular ao plasma, oferecendo melhor estabilidade e menores interferências . Construção de curvas de calibração eficientes Maior faixa linear de trabalho Mais usada para amostras concentradas Configuração Axial Utilizada para concentrações baixas, na faixa ppb. A observação longitudinal do plasma oferece maior sensibilidade, porém apresenta menor faixa linear. Limites de detecção até 3-20 vezes menores Monitoramento do plano longitudinal do plasma

7. Temperatura e Regiões do Plasma Temperatura Elevada O plasma atinge temperaturas entre 6.000 a 10.000 K, significativamente superiores às chamas de combustão convencionais, proporcionando maior eficiência na atomização. Uniformidade Térmica Regiões internas do plasma apresentam temperatura mais uniforme, evitando acúmulo de átomos neutros e minimizando efeitos de autoabsorção, crucial para precisão analítica. Regiões da Tocha As camadas externas são fundamentais para a estabilidade do plasma e para garantir que a emissão atômica reflita fielmente a concentração do analito.

8. Sistema Óptico: Espectrômetros para ICP Simultâneo Mede todos os comprimentos de onda simultaneamente, permitindo análise multi-elementar rápida e eficiente, ideal para amostras complexas . Vários detectores podem ser posicionados para efetuar leituras simultâneas. Uma grade de difração pode direcionar energia radiante, referentes a linhas de emissão para 48 ou 60 fendas em arranjo semicircular, cada uma delas posicionadas frente a um detector. Sequencial Mede comprimentos de onda um após outro, consumindo mais amostra e tempo, porém com alta resolução e seletividade para determinadas aplicações. Um monocromador pode ser programado para fazer varredura localizando várias linhas de emissão e medindo sua intensidade e assim quantificando 3 ou 4 componentes por minuto.

9. Instrumento Sequencial Monocromador Seleciona linhas espectrais de interesse para quantificação sequencial dos elementos. Detector Fotomultiplicador Detecta e amplifica sinais de emissão com alta sensibilidade para cada comprimento de onda selecionado. Varredura Programada Permite medir até 4 componentes por minuto ajustando o monocromador para diferentes linhas espectrais.

10. Curva de Calibração A linearidade das curvas de calibração em ICP é afetada pela auto-absorção apenas em altas concentrações do analito. É comum o uso de padrão interno para garantir resultados mais precisos e confiáveis. A curva de calibração é a relação entre a intensidade do sinal emitido por um analito e a sua concentração conhecida em padrões Soluções com concentrações conhecidas do elemento de interesse (analito) são preparadas. É crucial que esses padrões cubram a faixa de concentração esperada nas amostras.

11. Interferências Interferências Espectrais São decorrentes da sobreposição ou grande proximidade dos picos. Podem ser eliminadas pela escolha de linhas espectrais mais adequadas. Quando não há outra linha disponível, pode-se minimizar medindo a intensidade do elemento interferente e aplicando correção inter-elementar. Interferências de Matriz Oriundas das propriedades físicas da amostra como viscosidade, densidade e tensão superficial, que alteram a transferência da amostra. A ionização ocorre em menor extensão que na chama.

12. Determinações de Elementos por ICP Preparo da Amostra Amostras solubilizadas em meio aquoso Calibração Uso de padrão interno e curvas de calibração Análise Determinação de elementos metálicos e semimetálicos Controle de Interferências Gerenciamento de interferências espectrais O processo de análise por ICP envolve várias etapas críticas. As interferências são geralmente pequenas, porém como o espectro ICP para muitos elementos é rico em linhas, interferências espectrais podem ocorrer .

13. Sensibilidade e Detecção Baixo Limite de Detecção Na faixa de ppb Alta Relação Sinal/Ruído Melhor discriminação analítica Baixo Sinal de Radiação de Fundo Reduz interferências Um dos grandes diferenciais do ICP-OES é sua capacidade de detecção em níveis muito baixos. O baixo sinal de radiação de fundo permite uma melhor relação sinal/ruído, resultando em limites de detecção na faixa de partes por bilhão (ppb). Isso torna a técnica ideal para análises de traços em diversas matrizes.

14. Vantagens e Limitações Vantagens Grande número de determinações em pouco tempo Análise multielementar Ampla faixa linear: 0,1-1000 µg/mL Análises simultâneas ou sequenciais Seguro, sem gás inflamável Determina matrizes complexas Limitações Custos iniciais mais altos Devido à natureza do ICP-OES pode ser mais suscetível a interferências espectrais de outros elementos presentes na amostra. A resolução espectral do instrumento é um fator limitante. O argônio é o gás de plasma mais comumente usado e seu consumo é relativamente alto

15. Aplicações Principais Análises Ambientais Monitoramento de água, água residual e resíduos sólidos. Determinação de traços de metais em amostras ambientais, como em efluentes e poços artesianos. Alimentos Análise de contaminantes e nutrientes em produtos alimentícios, garantindo segurança e qualidade nutricional. Controle de Qualidade Industrial Determinação de elementos em produtos de petróleo e monitoramento de processos industriais para garantir conformidade com especificações. Análises Geológicas e Biológicas Análises do solo, amostras geológicas e determinação dos metais preciosos e ouro em diversos materiais.

16. A técnica de ICP-OES é uma das mais eficazes e versáteis para a análise elementar multielementar , sendo amplamente utilizada em diversas áreas da ciência e da indústria. Sua alta sensibilidade, robustez e precisão tornam possível detectar elementos em concentrações muito baixas, com boa reprodutibilidade e rapidez. Apesar do alto custo operacional e de aquisição , suas vantagens técnicas compensam em aplicações que exigem desempenho analítico elevado. A constante evolução tecnológica dos instrumentos tem ampliado o alcance da ICP-OES, tanto em automatização quanto em capacidade analítica , consolidando seu papel como ferramenta essencial nos laboratórios modernos. Em suma, o ICP-OES representa uma combinação eficiente de alta tecnologia e confiabilidade , contribuindo significativamente para o avanço das análises químicas quantitativas. Considerações Finais

17. JONES, Bradley T.; HOU, Xiandeng . Inductively Coupled Plasma/ Optical Emission Spectrometry . Encyclopedia of Analytical Chemistry , John Wiley & Sons Ltd, Chichester , 2000. PETRY, Cristiane Franchi. Determinação de elementos traço em amostras ambientais por ICP OES. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2005. SILVA, Edvan Cirino da. Métodos de Análise Química Instrumental. João Pessoa ,2008. RODELLA, Arnaldo Antônio. Métodos Instrumentais de Análise. Texto auxiliar para aulas teóricas,2006. Silva, Marcelo Anselmo Oseas da. Novas Tecnologias E Fundamentos Práticos Relacionados Com A Técnica De Espectrometria De Emissão Atômica Com Plasma Indutivamente Acoplado. SKOOG, Douglas A.; WEST, Donalt M.; HOOLER, F. James; CROUCH. Stanley, R. Fundamentos de Química Analítica. 8ª ed. São Paulo: Thomson,2006. Referências