Det spektrometriinduktivt koblede plasma er en fysisk metode til kemisk analyse til bestemmelse af næsten alle elementer samtidigt (analysen tager et par minutter uden forberedelse).
Metoden består i at ionisere prøven ved at injicere den i et plasma af argon eller undertiden af helium , det vil sige at atomer i det materiale, der skal analyseres, omdannes til ioner af en slags ekstrem flamme. Varm: op til 8000 K , men generelt omkring 6000 K til geokemiske applikationer. Imidlertid er nogle enheder udstyret med en såkaldt "kold plasma" -mulighed, som varmer op til flere hundrede K alligevel, hvilket muliggør analyse af organiske molekyler, der ellers ville blive ødelagt.
Prøven kommer normalt ind i plasmaet i kondenseret form ( flydende eller fast ) og skal derfor gennemgå følgende ændringer af tilstand : smeltning (for faste stoffer), fordampning , ionisering . Introduktionen finder sted i midten af plasmaet parallelt med strømmen af plasmagas.
Prøven skal indføres i plasmaet i en findelt form , fordi de anvendte kræfter (generelt mindre end 2000 W indfaldende effekt) ikke gør det muligt at behandle partikler med en størrelse på mere end et mikrometer under deres opholdstid inden i plasmaet; hvis vi vil analysere et fast stof, skal vi først omdanne det til en suspension af fine partikler, der bæres af en strøm af plasmagas.
Den massespektrometri har en tilsvarende princip.
Den hyppigst anvendte vej var opløsningens opløsning , generelt i en syre , for at analysere opløsningen . Dette injiceres i plasmaet i form af en fin aerosol , genereret af en pneumatisk ( forstøver ), ultralyds- eller fysisk-kemisk ( elektrospray ) enhed .
De fineste partikler vælges derefter ved fysiske segregeringsmetoder ( centrifugering , indvirkning på en forhindring, sedimentering ) i et forstøvningskammer . For nylig er visse såkaldte "direkte injektions" forstøvere blevet udviklet, hvilket muliggør dannelsen af aerosolen direkte i plasmaet med den fordel, at den del af prøven, der ellers mistes i forstøvningskammeret, gemmes og dermed øger udbyttet af den genererede aerosol går til plasmaet.
I de senere år har laserablation muliggjort direkte prøvetagning af faste stoffer med god rumlig opløsning.
Princip
Den dannede aerosol bæres fra ablationspunktet til analyseplasmaet ved en konstant strøm af plasmagas.
Hvis alt prøvemateriale skulle skubbes ud som en damp, ville ICP-analysatoren give nøjagtige resultater, men store dråber og faste fragmenter (ofte ildfaste elementer) går tabt under transit eller fordampes ikke og ioniseres helt i ICP. Dette resulterer i ufuldstændige analyser på grund af utilstrækkelig fraktionering .
Den "indirekte" laserablation (eller LINA-Spark Atomizer ) løser dette fraktioneringsproblem: Den infrarøde laserpuls ( 1064 nm ) bruges til at skabe et argonplasma på overfladen af prøven. Næsten al energi fra pulsen (typisk 250 mJ ) absorberes i dette plasma i hele pulsen (typisk 8 ns ). I løbet af sin levetid (et par mikrosekunder) fordamper plasmaet fra materialet på prøveoverfladen. Disse dampe straks igen kondenserer og danner meget små ” klynger ” ( 5 - 10 nm ). Disse klynger bringes af bærergassen ind i ICP, hvor de let fordampes og ioniseres. Efter ca. ti impulser rengøres overfladen af prøven godt og forberedes til en nøjagtig ICP-analyse, da sammensætningen af denne aerosol svarer nøjagtigt til sammensætningen af prøven.
For at forbedre nøjagtigheden af analysen tillader instrumentet, at prøven fejes over et område med 4 mm i diameter.
Uanset præparatet injiceres atomerne derefter i analysatoren og detekteres derefter. De to vigtigste teknikker er atomare emission spektrometri og massespektrometri .
Til atomemissionsspektrometri taler vi om ICP-optisk , ICP-AES ( ICP atomemissionsspektrometri ) eller ICP-OES ( ICP optisk emissionsspektrometri ).
I dette tilfælde bruger vi det faktum, at elektronerne fra de ophidsede (ioniserede) atomer, når de vender tilbage til jordtilstanden, udsender et foton, hvis energi (derfor bølgelængden , se Plancks konstant ) er karakteristisk. Af elementet. Lyset, der udsendes af plasmaet, analyseres i dette tilfælde af en eller flere monokromatorer , af et polychromator- netværk eller endda en kombination af de to.
Lyset, der udsendes af det ønskede element, detekteres og måles derefter, og dets intensitet sammenlignes med det, der udsendes af det samme element i en prøve med kendt koncentration ( standard , standard engelsk), analyseret under de samme betingelser (se kalibrering ).
Metodens iboende følsomhed og tilstedeværelsen af meget mange tilstødende linjer, undertiden lidt eller ikke adskilt af mono- og polychromatorer, betyder, at denne teknik i det væsentlige anvendes til hurtig og præcis opnåelse af sammensætningerne i hovedelementer (koncentrationer større end vægtprocent) af mineralprøver.
Til massespektrometri taler vi om ICP-MS ( ICP massespektrometri ). Denne teknik bruger det faktum, at ioner kan adskilles fra hinanden ved anvendelse af elektromagnetiske felter, afhængigt af deres atommasse , deres elektriske ladning og deres hastighed .
Under antagelse af, at ioner, der genereres af argonplasmaet, generelt kun ioniseres en gang og underkastes enten vedtagelse af en analyseindretning, der ikke er særlig følsom over for den indledende variation i hastighed, eller for at filtrere ioner som en funktion af denne hastighed før analyse, er det muligt at adskille ioner fra plasma i henhold til deres atommasse alene. Selvom flere kemiske grundstoffer kan have den samme masse (dette kaldes en isobar ), har hvert element en isotopisk sammensætning, det vil sige en fordeling af dets atomer mellem flere isotoper, unikke. Denne egenskab gør det muligt at overvinde isobar interferens (det vil sige superposition på den samme målte masse af signalerne fra to elementer, der deler en isobar), og at certificere, at det målte signal svarer til det søgte element.
Almindeligt anvendte enheder bruger to forskellige analyseteknologier: den magnetiske sektor og kvadrupolen . Siden midten af 1990'erne og med udviklingen af hastigheden af erhvervelseselektronik, massespektrometre med flyvetid , TOF-ICP-MS (ICP-MS -flyvetid ).
ICP-MS-analysen, der rutinemæssigt bruges til de fleste elementer af massekoncentrationer på ca. 1 mcg · s -1 , er af størrelsesordenen dele pr. Milliard efter vægt (på engelsk ppb , forkortelse pr. Aktie milliard ). De nyeste generationer af instrumenter med forskellige apparater til at øge følsomheden og reducere isobar interferens forbundet med plasmagas er i stand til at arbejde rutinemæssigt med koncentrationer i størrelsesordenen del pr. Billard massevis (på engelsk ppq , del pr. Kvadrillion i kort skala) i enkle matricer, såsom elementer i fortyndet opløsning.
I dette tilfælde er den vigtigste fejlkilde forberedelsen, du skal arbejde i et rent rum for at håbe at måle spor på sådanne niveauer.
De tre vigtigste fordele ved plasmabrænderen er:
De største ulemper:
Producenter og laboratorier foretrækker måske: