O sistema dispersivo coleta a luz emitida pelo plasma e separa os diferentes comprimentos de onda para que possam ser medidos para análises qualitativas e quantitativas. A coleta de luz deve ser feita com a máxima eficiência para garantir a sensibilidade das medições. O sistema deve permitir medições na faixa de 160 a 800 nm e até 120 nm para algumas aplicações específicas.
Tipos típicos de sistemas dispersivos para ICP-OES: Sistema dispersivo Czemy-Turner.
Diversos sistemas dispersivos podem ser usados em ICP-OES: podem ser encontrados sistemas ópticos Czerny-Turner, Paschen-Runge e Echelle.
No sistema óptico Czerny-Turner, a montagem dispersiva consiste em dois espelhos colimadores e uma grade de difração (ou sistemas de grade dupla montados em uma torre). A luz coletada do plasma através da lente do sistema colimador de entrada é refletida pelo espelho de entrada e os comprimentos de onda são separados pela grade de difração (geralmente uma grade de alta densidade, tipicamente de 2400 a 4320 linhas/mm). O segundo espelho focaliza a luz no detector. Os componentes ópticos são reduzidos ao mínimo para melhorar a eficiência de transmissão da luz. A óptica Czerny-Turner proporciona resolução constante em todo o espectro medido.
A rotação da grade permite a cobertura de toda a faixa espectral e garante a cobertura completa do comprimento de onda, ou seja, todos os comprimentos de onda podem ser acessados e medidos. O movimento da grade pode ser feito usando uma barra senoidal ou um sistema de acionamento direto, o que resulta em maior velocidade de movimento e melhor repetibilidade no posicionamento.
Tipos típicos de sistemas dispersivos para ICP-OES: Sistema dispersivo de Paschen-Runge.
A óptica de Paschen-Runge utiliza uma grade côncava para separar os comprimentos de onda. Essa grade também funciona como sistema de colimação. Grades de alta densidade são utilizadas, tipicamente de 2400 a 4343 linhas/mm. A luz é coletada do plasma por meio de uma lente e dispersa pela grade, que se encontra em posição fixa. A luz dispersa é focalizada em um círculo, o círculo de Rowland, onde todos os detectores são posicionados. Vários detectores são necessários para medir os sinais. A óptica de Paschen-Runge proporciona resolução constante em todo o espectro medido, mas não permite a cobertura completa do comprimento de onda devido às posições relativas da fenda de entrada e da luz difratada.
A óptica Echelle utiliza uma grade de difração Echelle, que é uma grade de baixa densidade, tipicamente na faixa de 50 a 100 linhas/mm. Um sistema é necessário antes ou depois da grade para separar as diferentes ordens que se sobrepõem. Essa dispersão de ordem pode ser feita usando um prisma ou dispersores mais específicos. Os componentes ópticos podem ser fixos ou móveis, dependendo do projeto do instrumento. A luz é dispersa em uma figura bidimensional chamada echelograma, e a detecção deve então ser feita nessa figura bidimensional.
Quanto melhor a densidade dos sulcos, melhor a resolução.
Quanto melhor a densidade de ranhuras, melhor a resolução. A resolução é a capacidade do sistema dispersivo de separar dois picos estreitos. Geralmente é expressa como a largura total à meia altura do pico. Alta resolução contribui para um alto desempenho em matrizes que contêm muitos elementos ou elementos que emitem muitas linhas ao longo do espectro.
Quanto melhor a densidade dos sulcos, melhor a resolução.
A densidade de ranhuras também define a faixa de comprimento de onda acessível. Quanto maior a densidade, menor a faixa de comprimento de onda.
Quando uma grade difrata a luz, ela segue uma regra simples: senα + senβ = knλ, onde α é o ângulo de incidência, β o ângulo de refração, k a ordem, n a densidade de ranhuras e λ o comprimento de onda.
Para uma dada grade de difração (n fixo), uma dada posição da grade (α e β fixos), vários comprimentos de onda λ podem ser observados: λ na 1ª ordem, λ/2 na 2ª ordem, λ/3 na 3ª ordem…
Para evitar problemas, filtros de ordem são usados em espectrômetros. Para um dado comprimento de onda (λ fixo), uma dada grade de difração (n fixo) e um dado ângulo de incidência (α), um comprimento de onda pode ser observado em vários ângulos de difração β. A ordem do filtro influencia a resolução do sistema e pode contribuir para melhorá-la. Normalmente, apenas filtros de primeira e segunda ordem são utilizados, pois a intensidade da luz diminui com o aumento da ordem.
A distância focal de um instrumento influencia a resolução e a quantidade de luz que chega ao detector. Quanto maior a distância focal, melhor a resolução, mas menor a quantidade de luz que atinge o detector. Na prática, os espectrômetros ICP-OES podem utilizar distâncias focais de até 1 metro para melhorar a resolução sem comprometer os limites de detecção. Os espectrômetros ICP-OES da HORIBA são equipados com óptica de 1 metro de distância focal, garantindo aplicações exigentes e alta transmissão de luz.
A estabilidade do instrumento pode ser afetada pelo movimento da óptica se a repetibilidade do movimento não for boa. Os recentes avanços na mecânica resultaram em grandes melhorias na repetibilidade da posição e, consequentemente, em grandes melhorias na estabilidade. Além disso, o uso de uma linha de referência que permite verificar a posição antes de qualquer aquisição contribui para alcançar excelente repetibilidade e, portanto, excelente estabilidade da óptica. Os espectrômetros ICP-OES da HORIBA utilizam um sistema de acionamento direto de alta precisão para os movimentos da grade de difração e uma linha de referência para verificar a posição prática em relação à teórica.
