Bazen ICP-atomik emisyon spektroskopisi olarak adlandırılan endüktif olarak eşleştirilmiş plazma optik emisyon spektroskopisi (ICP-OES), bir numunenin temel içeriği için analiz edilmesini gerektiren birçok uygulama için tercih edilen tekniktir. Tipik örnekler çevre, metalurji, jeolojik, petrokimya, ilaç, malzeme ve gıda güvenliği alanlarındakileri içerir. Sulu ve organik sıvılar ve katılar gibi çeşitli numune tiplerine uygulanabilir. Bu numune tiplerinden bazıları, numunenin ICP-OES cihazına dahil edilmesini sağlamak için özel numune hazırlama tekniklerine veya belirli aksesuarların kullanımına ihtiyaç duyar.
Endüktif olarak eşleştirilmiş plazma kütle spektrometrisi (ICP-MS) veya atomik absorpsiyon spektrometrisi (AAS) gibi diğer temel analiz tekniklerine göre ICP-OES kullanmanın avantajları, geniş doğrusal dinamik aralığını, yüksek matris toleransını ve artırılmış analiz hızını içerir. elde edilebilir.
ICP-OES nedir?
Plazma, önemli sayıda argon iyonu içeren bir gazdır, bu durumda argondur. Plazma, bir plazma meşalesinden geçen argon gazının elektronlarla tohumlanmasıyla oluşturulur. Elektronlar hızlandırılır ve daha fazla elektron salan ve argon iyonları oluşturan argon atomlarıyla çarpışır. Atom formundaki elementler plazmaya verilir. Bu atomların bir kısmı plazma içinde iyonize hale gelecektir. Plazma içinde bir atom veya iyon uyarıldığında, elektronları daha düşük bir enerji seviyesinden daha yüksek bir enerji seviyesine doğru hareket eder (şekil 1). Bu elektronların ilk ‘temel’ durumlarına gevşemeleri üzerine, fotonlar şeklinde enerji yayılır. Yayılan fotonlar, ilgili elementlerinin karakteristiği olan dalga boylarına sahiptir.
Şekil 1. Bir atomun bir plazma tarafından uyarılması.
Bir elementin birden fazla elektron uyarımı ve gevşemesi olabilir; bu nedenle, birden fazla karakteristik dalga boyuna sahip olabilir. Kalsiyum için bir emisyon spektrumu örneği, şekil 2’de gösterilmektedir.
Kalsiyumun görünür emisyon spektrumu
Şekil 2. Görünür aralıktaki kalsiyum emisyon spektrumu.
ICP-OES, onları tanımlamak ve ölçmek için elementlerin benzersiz emisyon spektrumlarından yararlanır.
ICP-OES ile ilgili bu bölümde şunları yapacaksınız:
- ICP-OES’i yönlendiren sistemleri ve teknolojileri anlayın
- ICP-OES tarafından hangi numune türlerinin analiz edilebileceğini ve numune hazırlama ve giriş sırasında hangi koşulların dikkate alınması gerektiğini öğrenin.
- Doğru veri analizine müdahale eden faktörleri tanıyın ve düzeltin
ICP-OES (Endüktif olarak eşleştirilmiş plazma – optik emisyon spektrometrisi), (çoğunlukla suda çözünmüş) numunelerdeki elementlerin bileşiminin plazma ve bir spektrometre kullanılarak belirlenebildiği bir tekniktir. Teknik, 1974’ten beri ticari olarak mevcuttur ve güvenilirliği, çok elemanlı seçenekleri ve yüksek verimi sayesinde, hem rutin araştırmalarda hem de daha spesifik analiz amaçları için yaygın olarak uygulanan bir yöntem haline gelmiştir.
Prensip
Analiz edilecek çözüm, bir peristaltik pompa tarafından bir püskürtücü aracılığıyla bir püskürtme odasına gerçekleştirilir. Üretilen aerosol, bir argon plazmasına yönlendirilir. Plazma, maddenin katı, sıvı ve gaz halinden sonraki dördüncü halidir. ICP-OES’de plazma, içinden yüksek frekanslı bir alternatif akımın aktığı soğutulmuş bir endüksiyon bobini tarafından dörtlü bir torcun sonunda üretilir. Sonuç olarak, elektronları dairesel bir yörüngeye hızlandıran alternatif bir manyetik alan indüklenir. Argon atomu ve elektronlar arasındaki çarpışma nedeniyle iyonlaşma meydana gelir ve bu da kararlı bir plazmaya yol açar. Plazma aşırı sıcaktır, 6000-7000 K. Endüksiyon bölgesinde 10000 K’ye bile ulaşabilir. Torç desolvasyonunda numunenin atomizasyonu ve iyonlaşması gerçekleşir. Elektronlar tarafından alınan termik enerji nedeniyle daha yüksek bir değere ulaşırlar.
ICP-OES Numune Hazırlama
Sulu ve organik sıvı ve katı numuneler dahil olmak üzere çeşitli numune türleri endüktif olarak eşleştirilmiş plazma optik emisyon spektroskopisi (ICP-OES) ile analiz edilebilir. Bunlar, ICP-OES cihazının bir bütün olarak element analizi için işleyebileceği bir duruma getirilmelidir. En tipik numune formu bir sıvıdır. Sabit, kararlı akış sağlamak için bir peristaltik pompa kullanılarak bir sıvı numunesi verilir. Genellikle, bir nebulizatör, küçük sıvı damlacıklarını bir aerosol haline getirmek için yüksek hızlı bir gaz akışı (genellikle argon) kullanır. Bu aerosol daha sonra daha büyük damlacıkları uzaklaştıran bir sprey odasına verilir. Sadece aerosol daha sonra plazmaya taşınır. Katı numuneler tipik olarak ya bir lazer ya da kıvılcım ablasyon sistemi kullanılarak küçük parçacıklar halinde kesilir ve daha sonra bir taşıyıcı gaz ile doğrudan plazmaya taşınır.
ICP-OES tarafından analiz edilen numuneler, çevre, metalurji, jeolojik, petrokimya, ilaç, malzeme ve gıda güvenliği dahil olmak üzere birçok uygulama alanını kapsar.
Sulu numuneler
Sulu numuneler doğrudan ve çoğu zaman seyreltme olmaksızın bir plazmaya verilebilir. Temel bileşenlerinin çözelti içinde kalmasını sağlamak için tipik olarak nitrik asit (HNO 3 ) ile asitleştirilirler. Bu numune türü için standart bir numune giriş sistemi genellikle eş merkezli bir nebülizör ve bir siklonik püskürtme odasından oluşur. Çözeltideki partiküller ile ilgili olarak, bir nebulizatör tipik olarak kılcal çapın üçte birine kadar olan partikül boyutlarını tıkanmadan işleyebilir.
Çözünmüş katılar
Bir numunedeki (örneğin atık veya deniz suyunda, metalurjik çürütmelerde) çözünmüş katıların miktarı belirli bir seviyenin üzerine çıktığında (tipik olarak >%3), numunenin seyreltilmesi gerekir veya yüksek katı toleransı, analiz için kullanılması gerekir. Tipik bir yüksek katı maddeli numune yerleştirme sistemi, nebülizörün ucunda veya merkez tüpte tuzların kristalleşmesine bağlı tıkanmayı önlemek için paralel yollu bir nebulizatör ve geniş çaplı torç merkez tüpünden oluşur. Plazma üzerindeki matris yükünü (plazmaya taşınan numune miktarı) azaltmak için şaşkın bir püskürtme odası da kullanılır. Daha da yüksek oranda çözünmüş katı (>%15) içeren numuneleri analiz ederken, merkez tüpün tamamen tıkanmasını önlemek için bir kılıf gazı kullanılmalıdır.
Hidrit oluşumu
Toksik elementler için artan hassasiyet
ICP-OES numune hazırlama ile ilgili bir zorluk, arsenik, cıva, antinomi ve selenyum gibi toksik elementler içeren numunelerin analizidir. Bu örnekler çevresel, biyolojik ve gıda örneklerinde yaygındır; ayrıca, yönetmelikler, kirlilik seviyelerinin mutlak minimumda tutulmasını sağlamak için her yıl toksik elementler için daha düşük tespit limitleri gerektirir.
Hidrit oluşturan elementler için gerekli analitik performans, normal olarak standart bir numune giriş düzeni (nebulizatör, sprey odası, vb.) kullanılarak elde edilebilir. Bununla birlikte, bu elementler için birincil dalga boyları spektrumun UV ucunda olduğundan, absorpsiyonda daha yüksek derecede bir iletim kaybına uğrarlar ve bu da duyarlılığın azalmasına neden olur.
Toksik elementler içeren numunelerin analizi, bir hidrit üretimi numune giriş sisteminin kullanılmasıyla geliştirilebilir. Bunun nedeni, bu elementlerin sodyum borohidrit gibi indirgeyici maddelerle reaksiyona girdiğinde uçucu gazlı hidritlerin oluşumunu sağlayan kimyasal özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Bu gaz halindeki hidritler, sıvı numuneden ayrılabilir ve plazmaya dahil edilebilir. Numunenin sıvı kısmının çıkarılması, analiti yoğunlaştırır, plazma yüklemesini azaltır ve müdahale eden türleri ortadan kaldırır, bu da arka plan sinyalini azaltır ve duyarlılığı artırır.
Katı numune sindirimi
Katı numuneler plazmaya doğrudan dahil edilemediğinden, ya katı numune aksesuarı (örneğin, elektrotermal buharlaştırma, lazer ablasyon) kullanılarak plazmaya aktarılmaları gerekir ya da bir çözelti içinde çözülmeleri veya sindirilmeleri gerekir. Katıları çözmek için kullanılan ana teknikler asitle sindirme ve füzyondur.
Numune hazırlama için füzyon kullanıldığında, tam sindirim gerçekleşir. Aynı zamanda yüksek katı içerik ile sonuçlanır. Sonuç olarak, toplam çözünmüş katı içeriğini cihazın çalışma aralığına getirmek için numune seyreltmesine ihtiyaç duyulur, bu da yöntem tespit limitini azaltır.
Asitle parçalama genellikle bir numunenin sıcak asitte veya sıcak asitlerin bir karışımında çözülmesini içerir. Isıtma asitleri, bir sıcak plaka üzerinde veya daha da yüksek reaksiyon sıcaklıkları üretmek için basınçlı kaplar kullanan bir mikrodalga sindirim sistemi kullanılarak gerçekleştirilir.
Toprakların ve çamurların asitle çürütülmesi, ICP-OES için katı numune hazırlamanın bir örneğidir. Ekin büyümesi için kullanılan araziyi izlemek için toprak analizine ihtiyaç vardır. Besin seviyeleri ve toksik elementlerin varlığı izlenir, böylece mahsul büyümesi izlenebilir ve doğru dozda gübre uygulaması yapılabilir.
Toprak örneklerinin sindirimi veya ekstraksiyonu, 1:3 oranında nitrik ve hidroklorik asitten oluşan bir çözelti olan aqua regia ile gerçekleştirilebilir. Bu çözüm, çoğu elementi topraktan salma yeteneğine sahiptir.
Özel sindirimler
Toprağın toplam sindirimi gerekiyorsa, sindirim protokolüne hidroflorik asit (HF) eklenir. HF yalnızca yüksek düzeyde aşındırıcı ve toksik olmakla kalmaz, aynı zamanda numune hazırlama ve ICP-OES’e giriş sürecinde kullanılan cam malzemeleri de çözer. Bu gibi durumlarda, HF’ye karşı inert olan özel bir numune giriş sistemi kullanılmalıdır.
Gıda gibi yüksek miktarda organik materyal içeren numuneler için, çözünme sürecini hızlandırmak için sindirim sırasında hidrojen peroksit eklenebilir. Plastik malzemenin parçalanması için sülfürik asit gibi güçlü bir oksitleyici madde uygulanır; bununla birlikte, ortaya çıkan birçok sülfat çözünmezdir.