Plasma accoppiato induttivamente

Il plasma accoppiato induttivamente indicato con l’acronimo ICP dall’inglese Inductively Coupled Plasma è un tipo di spettrometria di emissione diffuso dal 1974 e sviluppato da  Velmer Fassel e Stan Greenfield nel 1960. Un plasma è essenzialmente un gas ionizzato, costituito da ioni caricati positivamente ed elettroni liberi. Il ruolo  dello strumento usato per il plasma accoppiato induttivamente  è quello  di ionizzare il campione

Le caratteristiche del plasma accoppiato induttivamente sono spesso paragonate a quella che fa uso degli spettrofotometri ad assorbimento atomico. Tuttavia rispetto a questi ultimi in cui la temperatura di eccitazione della fiamma aria-acetilene misura da 2000 a 3000 K, la temperatura necessaria a generare un plasma di argon è da 5000 a 7000 K. Si definisce plasma o quarto stato della materia un gas ionizzato e complessivamente neutro costituito da ioni ed elettroni

Inoltre, l’uso del gas inerte, rende più difficile la generazione di ossidi e nitruri.

Funzionamento del plasma accoppiato induttivamente 

Nello strumento usato nel plasma accoppiato induttivamente vi sono sei componenti: il sistema di introduzione del campione, il plasma ad accoppiamento induttivo (ICP), l’interfaccia, l’ottica ionica, l’analizzatore di massa e il rilevatore. L’analita presente in soluzione viene prima nebulizzato nel sistema di introduzione del campione, creando un aerosol fine che viene successivamente trasferito al plasma di argon.  Il plasma ad alta temperatura atomizza e ionizza il campione, generando ioni che vengono poi estratti attraverso la regione dell’interfaccia e in un set di lenti elettrostatiche chiamate ottica ionica.

L’ottica ionica focalizza e guida il fascio di ioni nell’analizzatore di massa a quadrupolo. L’analizzatore di massa separa gli ioni in base al loro rapporto massa-carica (m/z) e questi ioni vengono misurati nel rilevatore.Questo  è trasportato al plasma in cui gli elettroni a causa dell’energia termica passano dallo stato fondamentale a quello eccitato.

Quando da quest’ultimo stato ricade nello stato fondamentale  emette una radiazione caratteristica effettuando un salto quantico da un livello energetico discreto a un altro.

La radiazione è rilevata e convertita in un segnale elettrico che è utilizzato per risalire al tipo di analita che ha emesso tale radiazione e dopo la costruzione di una curva di calibrazione alla sua concentrazione.

Il segnale misurato dal rilevatore nel plasma accoppiato induttivamente è in unità di “conteggi al secondo” (CPS). Ciò corrisponde al numero di ioni che colpiscono il rilevatore ogni secondo. Per convertire questi dati in un valore di concentrazione, è possibile utilizzare standard di calibrazione contenenti concentrazioni note di elementi per costruire la curva di calibrazione.

La relazione tra segnale (CPS) e concentrazione è lineare su circa 8-12 ordini di grandezza. Ciò è in contrasto con le tecniche di assorbimento atomico in cui la calibrazione può diventare non lineare ad alta concentrazione di analita.

Vantaggi e usi

Il plasma accoppiato induttivamente è una tecnica analitica altamente sensibile per la determinazione di oligoelementi di interesse clinico nei fluidi biologici e offre numerose caratteristiche che la rendono particolarmente interessante per il laboratorio clinico. Gli elementi monitorati per scopi nutrizionali includono elementi essenziali come iodio, manganese, rame, selenio e zinco. Questi elementi svolgono ruoli importanti in un’ampia gamma di processi biologici tra cui trasporto di elettroni, trasporto di ossigeno, sintesi ormonale e catalisi di reazioni biologiche.

Il plasma accoppiato induttivamente presenta i seguenti vantaggi:

• Alta sensibilità: questa tecnica analitica consente di rilevare elementi presenti in quantità minime con un limite inferiore di rilevamento dell’ordine di 10 ppb
• Possibilità di effettuare analisi sequenziale di più elementi
• Scarsità di interferenze
• Ampia regione di linearità della curva di calibrazione
• Elevato numero di elementi determinabili difficilmente analizzabili con altre tecniche tra cui lo zirconio, il tantalio, il fosforo, il boro e gli elementi delle terre rare
• Semplice preparazione del campione

La tecnica si presta a molti tipi di applicazioni tra cui quelle in campo:

• Ambientale
• Metallurgico
• Geologico
• Petrolchimico
• Farmaceutico