CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL ICP-MS

Transcripción

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2 CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL ICP-MS

3 Elementos, átomos e isótopos Las especies que se miden en el espectrómetro de plasma masas son iones positivos de átomos. Los todos los elementos tienen en general carga cero. El núcleo atómico contiene Protones Masa = 1 carga = + 1 Neutrones Masa = 1 carga = + 0 Electrónes Masa = insignificante carga = -1 Cuando los átomos pierden un Electrón en el plasma (en el ICP). Se convierten en un ion positivo.

4 Elementos, átomos e isótopos

5 Características de un espectro de masas Espectro ICP-OES de 10 mg L de V Espectro ICP-MS (51V) Muchas lineas de emisión Alto ruido de fondo continuo Espectro simple (Iones Señal muy alta (bajos límites de detección) M+)

6 Características de un espectro de masas Todos los elementos contienen un número pequeño de picos. Si todos los elementos de la tabla periódica estuvieran en un espectro de una muestra, solo se podrían encontrar 211 picos en el espectro de masas (excluyendo las interferencias). intensidades masas

7 Resúmen de las características de un espectro de masas Altamente sensible y de interpretación simple. En un plasma de argón el 80 % de los elementos se ionizan arriba del 75% Pocos óxidos de iones moleculares. en el peor de los casos el Ce, forma alrededor de 2% de (CeO)+ En la mayor parte de los elementos son iones con carga individual. en el peor de los casos el Ba, alrededor de 3% de Ba++

8 Instrumentación Sistema de introducción de muestras ICP (antorcha y fuente de poder) Interfase Sistema óptico (óptica iónica) Analizador de masas Sistema de vacío (bombas mecánica y turbomoleculares) Detector Manejo de datos y sistema de control

9 Sistema de introducción Las mustras más comúnes son soluciones acuosas. Muestra entregada por una bomba peristáltica. El aerosol a 10 µm es producido por un nebulizador y cámara de nebulización Su función es transportar la muestra al plasma

10 Nebulizadores neumáticos Nebulizador concéntrico Nebulizador de flujo cruzado Sample Argon Argon Sample Cross-Flow High-Solids

11 Nebulizador Ultrasónico Principio La muestra alimenta una superficie donde existe un trasductor piezoeléctrico que trabaja a una frecuencia entre 0.2 a 10 Mhz La onda longitudinal, que se propaga perpendicular a la superficie del transductor hacia la interfase aire-líquido, produce una presión que rompe la superficie en un aerosol. Caracteristicas El rango de producción de aerosol es 10 veces más alto que un nebulizador neumatico Aumenta la sensibilidad y mejora los límites de detección. Minimiza la generación de óxidos en el plasma. Desventajas Es caro. No puede operar con grandes cantidades de sólidos disueltos.

12 Enfriamiento de la cámara de nebulización En aplicaciones acuosas, el enfriamiento de la cámara de 2 a 3 grados centígrados remueve más solvente En aplicaciones orgánicas la cámara de nebulización puede ser enfriada aún mas, tan bajo como -15 grados centígrados, para remover el solvente del aerosol Utiliza un enfriador recirculante Peltier, el cual directamente enfria por una chaqueta exterior de la cámara

13 Fuente de Plasma ICP

14 Fuente de Plasma ICP Pasos en la generación de un plasma; (a) Un flujo tangencial de Ar pasa por el tubo intermedio de la antorcha (b) Se aplica potencia de radio frecuencia al load coil, produciendo un intenso campo electromagetico (c) Se aplica una chispa de alto voltaje sobre el Ar (d) Los electrones libres son acelerados por el campo de radio frecuencia, produciendo colisiones y el Ar se ioniza (e) El plasma de acoplamiento inductivo se ha generado y se confina al final del lado abiero de la antorcha.

15 Procesos de plasma El solvente se evapora de la matríz de la muestra. La matríz de la muestra es vaporizada. La muestra vaporizada es completamente atomizada Los átomos son ionizados

16 Comportamiento de los elementos en un plasma de Ar.

17 Interfase

18 Interfase El papel de la interfase es extraer una porción representativa de la población de iones del plasma y transferirla eficientemente

19 Interfase ICP está a 1 atm El vacío entre los conos es de 2x10-3 bar (bomba rotatoria) El jet supersónico de gas y iones se extraen por los conos de muestreo

20 Sistema de lentes

21 Sistema de lentes Tres lentes iónicas electrostáticas enfocan y dirigen el haz de iones se les aplica un voltaje que hará que los iones positivos del plasma sean atraídos y puedan ser manipulados en la trayectoria requerida Inmediatamente detrás de la interfase Principales criterios de diseño Bajo ruido de fondo Alta trasmisión Señal estable.

22 Mecanismo de enfoque de iones Lentes de 1.- Extracción Pasa iones de la región de la interfase. Requieren voltaje estático DC por encima de 1000 V 2.-Infinity.- Consisten de un Hexapolo que requiere de un voltaje de RF para enfocar en orden los iones. 3.- Ensamble DA.- Consiste en una serie de lentes (DA, D1 y D2), continúan enfocando el haz fura del eje. Deflector Chicane que elimina fotones y neutrones, dando un ruido menor de 0,5 cps.

23 Analizador de masas

24 Diseño del cuadrupolo Consiste de cuatro barras paralelas cilíndricas o hiperbólicas - Aproximadamente de mm y 9-12 mm de diámetro - De acero inoxidable o molibdeno - Puede incluir pre o post filtro

25 Filtro de masas Cuadrupolo Los iones se mueven en respuesta al campo electrico aplicado, la fuerza que los mueve es proporcional al voltaje. Una masa es trasmitida al detector todas las demás chocan con las barras del cuadrupolo. Así por variación de voltajes aplicados los iones pueden ser separados de acuerdo a sus masas

26 Espectro de masas intensidades masas El espectro de masas contiene un pico por isótopo Algunos elementos (Na, Sb, Bi) son monoisotópicos Otros elementos tienen muchos más (ejemplo Sn 10) La mayoría de los elementos tiene una composición isotópica fija

27 Sistéma de Vacío

28 Sistéma de Vacío Consta de 3 cámaras de sistema diferencial de vacío: 1ª Etapa (interfase entre conos) Bombeo mecánico con aproximadamente 1,5 torr 2ª Etapa (óptica iónica) Bomba turbomolecular aproximadamente 10-4 torr 3ª Etapa (analizador de masas y detector) Bomba turbomolecular aproximadamente 10-6 torr

29 Sistema de Vacío Bomba rotatoria mecánica Se fundamenta en el giro de un rotor dentro de un cilindro de metal o slator, utiliza el aceite para lubricar los brazos Se utiliza para la interfase, alcanzando una presión de 10-4 mbar. Bombas turbomoleculares Se trata de una turbina que gira a altas velocidades (30,000 rpm) dentro de un cilindro hueco. Originan alto vacio en poco tiempo 10-7 mbar. Para resultados óptimos, el vacío en el analizador debe por debajo de 10-7 mbar.

30 Detector

31 Detección de iones La mayoría de los instrumentos utiliza un Detector multuplicador de dinodos discretos Los iones emergentes del cuadrupolo golpean el primer dinodo los cuales son acelerados al siguiente dinodo liberando más electrones que son acelerados al siguiente dinodo por una diferencia de potencial entre dinodos.. Este proceso se repite en el detector, generando un pulso electrónico, capturado por el dinodo final de la cadena. Lleva un conteo para el isótopo que se mide pulso por periodo de integración

32 Manejo de datos y controles del sistéma Control del instrumento y sistéma de monitoreo Adquisición de datos Manejo de datos Control de calidad. Deberá ejecutar a un alto rango de velocidad Buena capacidad de almacenamiento de datos

33 Preparación de muestras para ICP-MS Para muestras sólidas, En general se acepta que un tamaño de grano máximo de 200 mesh o 75 µm asegura la homogeneidad de la muestra. Balanza de al menos cuatro cifras decimales (cinco mejor). La limpieza de material dura 3 días: primero con 50% HNO3, segundo 50% HCl y tercero dos enjuagues con agua tipo 1. Todo a 80ºC. Después se seca en estufa a 80ºC. Los ácidos utilizados en todo momento deben tener la máxima pureza (ultrapuros). El agua debe ser agua desionizada de Mohms que es la conductividad mínima que puede tener el agua.

34 Elemento NOM-127-SSA mg/l L.D. ICP-OES µg/l L.D. ICP-MS ng/l Al ,01-0,1 0,04* As 0,025 0,1-1 2 Ba 0,70 0,001-0,01 0,4 Cd 0,005 0,01-0,1 0,01 Cu 2 0,01-0,1 0,02* Cr 0,05 0,01-0,1 0,005* Fe 0.3 0,1-1 0,3* Mn 0,15 0,01-0,1 0,2* Hg 0,001 0,01-0,1 1 Zn 5 0,01-0,1 0,05* Pb 0,025 0,1-1 0,3 * Requiere sala clase 1000

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36 Cuál técnica utilizar? Cuáles elementos? Cuántas muestras? FAAS HG-AAS GF-AAS HG-AFS ICP-OES ICP-MS A qué niveles? Cuánta muestra tengo?

37 Bibliografía Principios de Análisis Instrumenta. Douglas A. Skoog, Stanley R. Crouch,F. James Holler. Hadbook of Inductively Coupled Plasma Spectrometry. Michael Thompson, John Nicholas Walsh. Mass Spectrometry Principles and Applications. Edmond de Hoffmann and Vincent Stroobant. Metodologías Analíticas para la determinación y especiación de arsénico en aguas y suelos. M:I. Litter, M.A. Armienta, S.S. Farías Iris plasma spectrometer users guide. Thermo Jarrell Ash Corporation. icap 6500 users guide. Thermo Scientific. Aplications notes Xseries II ICP-MS. Thermo Electron

38 Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C. SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA CALIDAD

39 SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA CALIDAD CERTIFICACIÓN NORMA NMX-CC IMNC-2008 ACREDITACIÓN NORMA NMX-EC IMNC-2006 ACREDITACIÓN NADCAP

40 SISTEMAS NORMA DE GESTIÓN NMX-CC-9001-IMNC-2008 DE LA CALIDAD La ISO (organización internacional de normalización es una federación mundial de organismos nacionales de normalización (miembros de ISO). Esta tercera edición de la norma fue preparada por el comité técnico ISO/TC 176. La certificación es la evaluación de los procesos administrativos y técnicos apegados a las normas ISO. Objetivo Especifica los requisitos para sistemas de gestión de la calidad. Objetivos particulares Promueve la adopción de un enfoque basado en procesos. La mejora continua de los procesos con base en mediciones objetiva. Incrementar la satisfacción del cliente

41 SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA CALIDAD NORMA NMX-CC-9001-IMNC-2008 Un enfoque de este tipo, enfatiza la importancia de: a) La comprensión y cumplimiento de los requisitos. b) La necesidad de considerar los procesos en términos que aporten valor. c) La obtención de los resultados del desempeño y eficacia del proceso y d) La mejora continuan de los procesos con base en mediciones objetivas Metodología (PHVA) Planear, hacer, verificar y actuar.

42 SISTEMAS DE GESTIÓN DE la CALIDAD NORMA NMX-EC IMNC-2006 Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y de calibración. ACREDITACION. Reconocimiento oficial de la competencia técnica de laboratorios de pruebas para generar resultados confiables. EN MÉXICO: La entidad mexicana de acreditación a: Laboratorios de pruebas Laboratorios de Calibración Unidades de verificación Organismos de Certificación

43 SISTEMAS DE GESTIÓN DE la CALIDAD SE ACREDITAN: 1.- Ensayos o métodos oficiales (métodos normalizados) 2.-Ensayos o métodos propios. Objetivos.- EVALUACION DE LA CONFORMIDAD DE NORMAS OFICIALES MEXICANAS Y SUS REFERENCIAS DAR CERTIDUMBRE A LAS MEDICIONES DE LABORATORIOS ASEGURAR LA CONFIABILIDAD DE RESULTADOS

44 SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA CALIDAD ACREDITACIÓN NADCAP La acreditación NADCAP, es un requisito contractual habitual por los principales clientes del sector aeroespacial cubre también la norma ISO (Requisitos Generales para la Competencia de Laboratorios de Prueba y Calibración ).

45 SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA CALIDAD ACREDITACIÓN NADCAP National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program PRI (Performance Review Institute) administra el programa de Nadcap y es un proveedor internacional de soluciones orientadas al cliente, diseñadas para mejorar la calidad de los procesos y los productos al añadir valor, reducir el costo total y fomentar la colaboración entre las partes interesadas en sectores donde la seguridad y la calidad constituyen objetivos comunes, en conjunto con: IAQG (International Aerospace Quality Group), que persigue mejorar la Calidad.

46 Gracias!