Presso il laboratorio ICP (Inducted Coupled Plasma) vengono effettuate analisi di elementi in tracce su campioni di:

• acque naturali (sotterranee, termali, marine)
• fluidi fumarolici (Giggenbach bottle)

Cos’è un ICP
Si tratta di una strumentazione con limiti di rivelabilità dell’ordine dei ppt (ng/l) per molti elementi della tavola periodica. Questa tecnica interfaccia una sorgente a plasma induttivamente accoppiato con uno spettrometro di massa a quadrupolo per quanto riguarda l’ICP-MS o con un rilevatore ottico (fotomoltiplicatore) nel caso dell’ICP-OES (ottico). Il principio di funzionamento prevede che un flusso di argon trasporta il campione vaporizzato in una torcia ICP, dove raggiunge la temperatura di 6000-8000°C e hanno luogo la ionizzazione e l’atomizzazione. Il plasma risultante viene aspirato e trasportato al rivelatore. Nel caso di un ICP-MS (Mass Spectrometer) è lo spettrometro di massa a rilevare i vari elementi in funzione della massa. In un ICP-OES (Optical Emission Spectroscopy) viene analizzata la composizione spettrale della luce emessa dalla sorgente tramite un monocromatore (reticolo di diffrazione) che scinde la luce entrante in spettri che vengono intercettati da un fotomoltiplicatore. L’ICP-AES (Atomic Emission Spettrometry) non è altro che un modo diverso per chiamare un ICP ottico.
Il vantaggio principale della tecnica ICP è relativo alla sua efficacia rispetto agli effetti matrice.



Come funziona un ICP?
Il campione liquido viene pompato nel sistema d’introduzione costituito da una camera spray e da un nebulizzatore. L’aerosol viene così iniettato alla base del plasma: durante l’attraversamento del plasma nella torcia l’aerosol passa in zone a temperatura crescenti in cui si asciuga, si vaporizza, si atomizza e infine si ionizza. Il campione quindi si trasforma da aerosol liquido in particelle solide e infine in un gas. Quando raggiunge la zona analitica del plasma ad una temperatura approssimativa di 6000-7000°K, sarà in forma di atomi e ioni eccitati rappresentanti la composizione elementale del campione. L’eccitazione degli elettroni esterni produce fotoni di luce a lunghezze d’onda specifiche (emissione atomica). Nel plasma c’è comunque energia sufficiente a rimuovere anche gli elettroni esterni da suo orbitale per generare ioni che vengono trasportati e rilevati dallo spettrometro di massa: ciò rende l’ICP-MS capace di rilevare elementi in ultratracce. Questo non è valido per ioni negativi (quali gli alogeni) per cui l’estrazione ed il trasporto sono differenti.

Cos’è il Plasma?
Una bobina di metallo alimentata da un generatore di radiofrequenze (RF)  raffreddata ad acqua, genera un intenso campo magnetico. Nel centro di questo avvolgimento è posta la torcia che consiste di 3 tubi in quarzo concentrici che contengono 3 flussi separati di gas Ar. Il plasma è indotto dal flusso di Ar. La ionizzazione del gas viene innescata da una scintilla. Quando la scintilla passa attraverso il gas, alcuni atomi di Ar vengono ionizzati e i risultanti cationi ed elettroni sono accelerati dal campo magnetico delle radiofrequenze. Attraverso una serie di collisioni tra le particelle cariche (Ar⁺ e elettroni) e atomi di argon, si genera un plasma stabile ad altissima temperatura. Il flusso di Ar più esterno serve invece come gas di raffreddamento per proteggere il quarzo dalla fusione. Il flusso di gas ausiliare, che passa nel tubo di mezzo, serve a mantenere il plasma caldo lontano dall’estremità del capillare centrale di iniezione.



I nostri strumenti d’analisi
Il nostro laboratorio è dotato di un ICP-MS della Agilent serie 7500ce con sistema ORS (Octapole Reaction System) che permette l’esecuzione di analisi di metalli in matrici complesse quali ad esempio l’acqua di mare. Negli ICP-MS convenzionali molti elementi soffrono di sovrapposizioni da parte di ioni poliatomici generati da componenti del plasma, del solvente e della matrice del campione che interferiscono sulla determinazione di elementi che presentano la stessa massa. Per ovviare a tale problema, l’Agilent 7500ce è dotato di una cella di reazione (Ion Molecule Reaction-Hydrogen Mode) ed una di collisione (Energy Discrimination-Helium mode) dove vengono appunto eliminate tali interferenze. Ad esempio l’ArO⁺ (che si forma nel plasma) avendo massa 56 interferisce sulle determinazioni del Fe: nella cella di reazione si l’ArO⁺ si lega con un atomo d’H facendo così variare la massa iniziale. Si ha anche il trasferimento della carica positiva verso H₂. Nella cella di collisione invece le forme poliatomiche quando collidono con l’elio, perdono buona parte della loro energia e vengono così discriminate.