INSTRUMENTAȚIE MINIATURIZATĂ PENTRU ANALIZE MULTIELEMENTALE PRIN SPECTROMETRIE DE EMISIE OPTICĂ. ALTERNATIVĂ LA PLASMA CUPLATĂ INDUCTIV. Universitatea Babeş-Bolyai, Cluj-Napoca Facultatea de Chimie şi Inginerie Chimică, Departamentul de Chimie [email protected]GRUPUL DE SPECTROMETRIE OPTICĂ ANALITICĂ Conf. Dr. ing. Tiberiu FRENŢIU
32
Embed
INSTRUMENTAȚIE MINIATURIZATĂ PENTRU ANALIZE ...edarvasi/Project/documente/Etapa_III/Prezentare Frentiu... · Spectrul de emisie este simplu, cu linii de rezonanţă, care pot fi
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
INSTRUMENTAȚIE MINIATURIZATĂ PENTRU ANALIZE MULTIELEMENTALE PRIN SPECTROMETRIE DE EMISIE OPTICĂ. ALTERNATIVĂ LA PLASMA CUPLATĂ INDUCTIV.
Orice dispozitiv care are cel puţin o dimensiune mai mică de 100 m este considerat că este realizat la scara micro
Definiţia a fost extinsă ulterior la dispozitive cu dimensiuni de sub 1 mm sau chiar mai mari
Bibliografie
V. Karanassios, Microplasmas for chemical analysis: analytical tools or research toys?, Spectrochim. Acta, 2004, 59B, 909 – 928.
REPERE IN DEZVOLTAREA SPECTROMETRIEI ATOMICE
CU PLASMĂ CUPLATĂ INDUCTIV
1941 – prima torţă de plasmă cuplată inductiv la presiune atmosferică (Babat)
1961 metoda Reed (vortex) de stabilizare a plasmei ICP 1974 apare primul spectrometru comercial de analiză prin
spectrometrie de emisie atomică în plasma cuplată inductiv (ICP-AES)
1984 apare primul spectru de analiză prin spectrometrie de masă în plasma cuplată inductiv (ICP-MS)
1992 apare primul spectrometru simultan ICP-AES cu detector cu sarcină cuplată (CCD)
Actualmente ambele metode sunt standardizate (ICP-AES analiza a 33 de elemente si ICP-MS analiza a 67 de elemente)
REPERE IN DEZVOLTAREA SURSELOR DE MICROPLASMĂ
1959 fizicianul Feynman laureat al premiului Nobel anticipează miniaturizarea la dimensiuni neimaginabile a dispozitivelor electronice
2004 sursele de microplasmă sunt privite cu neîncredere (jucării ale cercetătorilor sau dispozitive de cercetare)
Actualmente tehnologia microplasmelor este în plină dezvoltare (faza de prototipizare instrumente, aparatură comercială şi tehnologii analitice aplicate)
EVOLUŢIA SURSELOR DE ATOMIZARE IN SPECTROMETRIA DE EMISIE OPTICĂ/ATOMICĂ ŞI DE MASĂ
trecut prezent viitor
COMPARAŢIE CARACTERITICI INSTRUMENTAŢIE CU PLASMĂ LA NIVEL MACRO ŞI MINIATURIZAT
Microspectrometru QE65 PRo (Ocean Optics, Dunedin USA)
Domeniu: 190 – 380 nm
Detector racit: - 20 ºC
FWHM: 0.33 nm
CARACTERISTICILE SPECTRALE ALE MICROTORŢEI DE PLASMĂ CUPLATĂ
CAPACITIV ÎN ATMOSFERĂ DE ARGON*, **
* T. Frenţiu, D. Petreus, M. Şenilă, A.I. Mihălţan, E. Darvasi, M. Ponta, E. Plăian, E. Cordoş, Low Power Capacitively Coupled Plasma Microtorch for Simultaneous Multielemental Determination by Atomic Emission Using Microspectrometres, Microch. J. 2011, 97, 188 – 195.
** T. Frentiu, E. Darvasi, S. Butaciu, M. Ponta, D. Petreus, A.I. Mihaltan, M. Frentiu, A miniaturized capacitively coupled plasma microtorch optical emission spectrometer and a Rh coiled-filament as small-sized electrothermal vaporization device for simultaneous determination of volatile elements from liquid microsamples: spectral and analytical characterization, Talanta, 2014, DOI: 10.1016/j.talanta.2014.04.032
INSTALAŢIA EXPERIMENTALĂ CV-µCCP-OES
Componentă Caracteristici
Microtorţa de plasmă cuplată capacitiv (INCDO-INOE 2000-ICIA Cluj-Napoca)
Microelectrod vârf Mo
Consum putere: 10 – 15 W
Consum argon: 150 ml min-
1
Generator de radiofrecvenţă (UTCN Cluj-Napoca)
Free-running 13. 56 MHz
Putere: 10 – 30 W
Dimensiuni: 15x17x24 cm3
Microcolector cu filament de aur (UBB Cluj-Napoca)
a - sr and RSD – deviaţia standard si deviaţia standard procentuală (n = 5) b – Deviaţia standard maximă calculată pentru cea mai mică valoare a concentraţiei Uf =((LOD/2)2 + (αxc)2)1/2 c – Crap, Merlucius, Pangasius, Ton, Macrou
DETERMINAREA AS ŞI SB PRIN GENERARE DE HIDRURĂ ŞI DETECŢIE PRIN SPECTROMETRIE DE
EMISIE OPTICĂ IN MICROTORŢA DE PLASMĂ CUPLATĂ CAPACITIV (HG-CCP-OES)
PRINCIPIUL METODEI
Prereducerea speciilor de As(V) şi Sb(V) la As(III) şi Sb(III) cu L-cisteină în mediu de
HCl diluat, derivatizarea la hidrură cu soluţie de NaBH4 urmată de introducerea
hidrurilor în plasmă şi măsurarea semnalului de emisie a As şi Sb.
Prereducerea As(V) şi Sb(V)
Agent de reducere 5 ml soluţie 3% L-cysteine in 0.01 mol l-1
HCl la 50 ml probă
Temperatura de prereducere 90±5 ºC pe baie de apă timp de 10 min
Generarea de hidrură de către As(III) şi Sb(III)
Concentraţie L-cisteină în probă 0.3%
Concentraţie HCl/pH-ul în soluţia finală 0.01 mol l-1/pH (2.00±0.01)
Concentraţie HCl/pH în purtător 0.01 mol l-1/pH (2.00±0.01)
Agent de derivatizare 0.5% NaBH4 stabilizată în 0.5% NaOH
SPECTRUL DE EMISIE AL AS ŞI SB IN HG-CCP-OES: SELECTAREA
LUNGIMILOR DE UNDĂ
As
193,8
8
As
197,4
1
As
200,5
5
Sb 2
07,0
1
Sb 2
17,7
5
As
228,8
2
Sb 2
31,1
5
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
190 200 210 220 230
Em
issi
on s
ignal /
a.u
.
Wavelength / nm
PERFORMANŢELE ANALITICE LA DETERMINAREA AS ŞI SB PRIN HG-CCP-OES:
Material S1 3.4±0.54 3.5±0.27 3.6±0.22 103±8 106±6
Regăsire medie (%)c 101±9 102±7
Stibiu
CRM048-50G 139±13.9 143±4.7 136±5.3 102±3 98±4
a Incertitudinea extinsă pentru 95% interval de încredere b m = 5 analize complete pentru fiecare probă c 95% nivel de încredere.
COMPARAŢIA STATISTICĂ BLAND ŞI ALTMAN LA DETERMINAREA AS ŞI SB DIN SOL
PRIN HG-CCP-OES ŞI HG-ICP-OES
Metoda HG-CCP-OES oferă rezultate similare cu HG-ICP-OES în ceea ce
priveşte limita de detecţie, precizia şi corectitudinea. Avantajul faţă de ICP
consumul redus de argon şi puterea mică de operare plasmei.
-30
-20
-10
0
10
20
30
85 105 125 145 165 185 205 225
Diffe
rence (
mg/k
g)
Mean results (mg/kg)
a)
18±9
-3±7
-23±9
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
35 55 75 95 115 135
Diffe
rence (
mg/k
g)
Mean results (mg/kg)
b)
13±6
-1±5
-14±6
Cercetările au fost efectuate în cadrul proiectului:
PN II_PCCA Tip 2, nr. 176/2012
Echipament miniaturizat cu microtorță de plasmă cuplată capacitiv şi tehnologii analitice pentru determinarea multielementală simultană utilizate în controlul mediului şi alimentelor (MICROCCP)
Membri Consorţiului
CO- UBB Cluj-Napoca, Director de proiect Conf, dr. Tiberiu Frenţiu
Membri: Conf. dr. Eugen Darvasi Conf. dr. Miclaela Ponta Student: Bogdan Petru Pintican (masterat CCMTD) Sînziana Butaciu (masterat PCA)
P1 – Institutul de Cercetare, Dezvoltare pentru Optoelectronică, Bucureşti, Filiala Institutul de Cercetare pentru Instrumentaţie Analitică Cluj-Napoca Responsabil: CSIII dr. Marin Şenilă P2 – Universitatea Tehnică Cluj-Napoca, Responsabil: Prof. dr. Dorin Petreuş P3 – APRIL Cluj-Napoca, Responsabil: ing. Ferenz Puskas P4 – Fotometric Instruments Bucureşti, Responsabil: dr. fiz. Dorin Şulea