A espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) é utilizada em diversas áreas: P&D, controle de qualidade e garantia da qualidade, serviços analíticos, etc. O principal mercado continua sendo o de serviços analíticos e controle de qualidade/garantia da qualidade para a produção de produtos intermediários e finais. Os domínios de aplicação da ICP-OES variam significativamente de acordo com o projeto do instrumento e seu desempenho.
A principal aplicação é no meio ambiente (água, solos, lodos, ar, etc.), devido à grande necessidade de monitorar a presença e o teor de elementos em relação ao consumo e ao impacto humano. Para garantia e controle de qualidade (QA/QC), os principais clientes são empresas químicas, de mineração, de metais preciosos e metalúrgicas. A técnica ICP-OES é utilizada para garantir a qualidade tanto das matérias-primas quanto do produto final. Produtos intermediários também são analisados, permitindo o monitoramento completo dos processos. A petroquímica também utiliza a técnica ICP-OES, para refino de petróleo e produção de óleos lubrificantes, além de aplicações como a análise de metais de desgaste em óleos, possibilitando a manutenção preventiva de motores (caminhões de mineração, aviões, etc.).
A espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) pode processar amostras ambientais e agroquímicas. A área ambiental é provavelmente o principal campo de atuação da ICP-OES. Isso se deve à grande variedade de amostras envolvidas e também à alta e crescente demanda por análises elementares em todo o mundo. A ICP-OES tornou-se a técnica de referência para análises ambientais devido à necessidade de alta sensibilidade aliada à análise de múltiplos elementos.
A análise de amostras ambientais não se limita a amostras de "áreas naturais", incluindo água (água potável, água subterrânea, água do mar, água de rios, etc.), solos e lodos, mas também abrange análises de ambientes de trabalho com amostras como ar, cinzas volantes, cinzas de carvão ou poeira. Para atender às expectativas de análise ambiental, um espectrômetro de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) deve atender a diversos requisitos. O ICP-OES deve permitir a análise de elementos principais em concentrações de mg/L a %. Além disso, deve apresentar sensibilidade suficiente para a determinação de baixos níveis de metais pesados em amostras como água potável, água subterrânea ou água de rios, e exibir efeitos de matriz reduzidos, de modo que a sensibilidade permaneça adequada mesmo em matrizes mais complexas, como água do mar, efluentes, solos ou lodos. Para estas últimas amostras, a alta tolerância a sólidos totais dissolvidos (TDS) também é um requisito para garantir estabilidade adequada.
Como o nível de concentração definido pelas normas às vezes atinge os limites da técnica para alguns elementos, como arsênio (As), selênio (Se), antimônio (Sb) e mercúrio (Hg), alguns acessórios podem ser usados para melhorar a sensibilidade. HORIBA oferece o Analisador de Metais Concomitantes (CMA), que utiliza a técnica de geração de hidretos para aumentar a sensibilidade na análise de As, Se, Sb e Hg. O CMA pode ser usado como um gerador de hidretos clássico, mas seu diferencial é a capacidade de analisar simultaneamente elementos formadores de hidretos e outros elementos, resultando em maior produtividade e facilidade de uso.
A espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) é capaz de processar amostras químicas. A análise de produtos químicos é realizada principalmente no contexto do controle de qualidade da produção, com a análise de produtos intermediários e finais, mas também para o monitoramento de processos. A análise elementar nesse contexto é feita principalmente por ICP-OES devido à sua capacidade de análise multielementar e ao seu curto tempo de análise, que atende aos requisitos da produção.
Figura 8: Sinais para HNO3 1% sem CMA (preto) e com CMA (verde), para 5 μg/L de Hg sem CMA (verde) e com CMA (vermelho).
Existem inúmeras matrizes para análises químicas que abrangem a ampla gama da indústria química. Entre essas aplicações, podemos incluir fertilizantes, com grande foco na análise de P e K, baterias, com foco na análise de Pb, Mn ou Li, polímeros e produtos inorgânicos brutos. A análise de solventes orgânicos também pode ser realizada nessas aplicações.
Uma das indústrias mais exigentes em termos de desempenho de ICP-OES é a de produção de cloro, soda cáustica, carbonato de sódio, sódio e magnésio. Para essas indústrias, a análise de salmouras, ou seja, soluções saturadas de NaCl (25 a 30% de NaCl), é essencial. Para obter o melhor desempenho com essas amostras, é imprescindível utilizar um ICP-OES capaz de analisar a concentração de sólidos totais dissolvidos e que mantenha a sensibilidade para a análise de elementos-traço. Acessórios como gás de proteção e umidificador de argônio serão necessários para atender aos requisitos da análise.
Figura 9: Sinais para HNO3 1% sem CMA (preto) e com CMA (verde), para 5 μg/L de Hg sem CMA (verde) e com CMA (vermelho).
A técnica ICP-OES permite a análise de amostras metalúrgicas de metais ferrosos, não ferrosos e preciosos. A metalurgia é uma das áreas de aplicação mais antigas da geologia.
É necessário analisar múltiplos elementos, desde níveis de traços (ppm no sólido) até altas concentrações percentuais. O ICP-OES foi projetado para realizar essas análises e fornecer resultados em um curto período de tempo para todos os elementos, tornando-se o instrumento ideal para este setor. O ICP-OES de alta resolução é preferível para permitir a análise de traços devido aos espectros ricos em linhas emitidos por todos os metais em alta concentração, como W, Fe, Pt, Rh, Ni, etc.
A espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) é adequada para a análise de amostras farmacêuticas e cosméticas. É especialmente indicada para a análise de metais pesados em produtos cosméticos ou farmacêuticos, visto que a maioria deles pode ser digerida com ácidos ou dissolvida em solventes voláteis como metanol ou etanol. A possibilidade de introdução de solventes voláteis no ICP-OES simplifica o preparo da amostra e, com a crescente necessidade de análise de um número cada vez maior de elementos em cosméticos, a técnica torna-se cada vez mais atraente.
A análise de produtos farmacêuticos geralmente deve seguir as regulamentações da FDA, e a técnica ICP-OES foi recentemente autorizada. Este é um campo de aplicação em expansão, visto que a maioria das empresas precisa equipar seus laboratórios para atender às regulamentações. No caso de cosméticos, as amostras podem ser digeridas ou dissolvidas diretamente em solventes voláteis. Para a análise de produtos farmacêuticos, é obrigatório o uso de software específico que atenda aos requisitos da norma 21 CFR Parte 11, e na maioria das vezes com gerenciamento de direitos de usuário. Além das aplicações cosméticas e farmacêuticas, o uso da ICP-OES pode ser estendido a algumas aplicações clínicas.
A espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) pode ser aplicada em análises geológicas, de mineração e de elementos de terras raras. É amplamente utilizada em processos de mineração, controle de pureza de minérios, análise de rochas, etc. Muitas minas utilizam ICP-OES para verificar a pureza dos minérios extraídos de manganês, níquel ou metais preciosos. Com a diminuição dos recursos minerais, observa-se também uma grande atividade de extração de metais, principalmente metais preciosos, de resíduos eletrônicos.
Para esta atividade, a técnica ICP-OES é utilizada para avaliar a quantidade de metal que pode ser recuperada dos resíduos e, em seguida, para avaliar a pureza após o refino. De fato, a ICP-OES é amplamente utilizada para a análise de elementos de terras raras, visto que o controle desses elementos se torna cada vez mais importante devido ao papel crucial que desempenham na economia, desde o cotidiano até a pesquisa e o desenvolvimento avançados.
Figura 10: Perfis para análise de La2O3 a 333,749 nm em 20 g/L de CeO2: Amostra (perfil verde), adição padrão 1 (20 ppm – perfil azul) e adição padrão 2 (40 ppm – perfil vermelho) com combinação de fendas de 10/15 μm.
A análise de amostras geológicas e de mineração, especialmente de elementos de terras raras, é bastante exigente para a técnica ICP-OES. Devido à necessidade de alta sensibilidade para garantir a pureza do produto final, o ICP-OES deve ser capaz de lidar com altas concentrações de sólidos totais dissolvidos. Além disso, devido ao espectro rico em linhas espectrais emitido, principalmente para elementos de terras raras, somente espectrômetros ICP-OES de alta resolução conseguem realizar esse tipo de análise, pois são os únicos capazes de separar os comprimentos de onda dos elementos principais e dos elementos-traço.
Figura 11: Perfis para análise de Lu2O3 a 261,542 nm em 20 g/L de Gd2O3: Amostra (perfil vermelho), adição padrão 1 (5 ppm – perfil azul) e adição padrão 2 (10 ppm – perfil verde) com combinação de fendas de 10/15 μm.
A espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) é adequada para a análise de amostras da área de ciências dos materiais. Ela é amplamente utilizada para análises de cimentos, cerâmicas e vidros devido à sua capacidade de analisar simultaneamente elementos maiores e traços, com boa sensibilidade.
Com a crescente importância do uso de materiais magnéticos, a espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) é cada vez mais utilizada para essas aplicações, visto que foi projetada para determinar elementos maiores e traços. Para aplicações envolvendo elementos de terras raras, alta resolução é frequentemente necessária para garantir a qualidade dos resultados.
A espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) permite a análise de todos os tipos de amostras para aplicações em energia nuclear. A análise elementar para aplicações em energia nuclear é realizada em diversas áreas: meio ambiente, metalurgia, geologia e mineração, monitoramento de usinas nucleares, gerenciamento de resíduos nucleares, análise de combustível nuclear, entre outras. Para todas as amostras ativas, é necessária uma adaptação especial do ICP-OES com o uso de uma caixa de luvas para proteger as pessoas e isolar a amostra. Ao analisar amostras metalúrgicas ou relacionadas a combustível nuclear, espectrômetros ICP-OES de alta resolução são imprescindíveis devido aos espectros ricos em linhas emitidos pelos elementos das matrizes.
A espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) permite o processamento de amostras petroquímicas. Ela é capaz de analisar diretamente solventes orgânicos, simplificando a análise de amostras petroquímicas, visto que a maioria delas pode ser dissolvida diretamente em solventes como querosene, xileno ou solventes voláteis como metanol e etanol. A ICP-OES tem aplicações em refinarias para análise de petróleo bruto e também na análise de produtos acabados como betume ou combustíveis.
A análise de elementos aditivos em óleos lubrificantes também pode ser facilmente realizada por ICP-OES, assim como a análise de metais de desgaste no óleo, que é muito semelhante. A análise de metais de desgaste em óleos é geralmente realizada em motores de aviões ou helicópteros para o planejamento de manutenção preventiva.