New analytical strategies for quantitative and spatially resolved direct solid analysis by LA-ICP-MS

Resumen

La ablación láser acoplada a un plasma de acoplamiento inductivo con espectrometría de masas (LA-ICP-MS) se está convirtiendo en una tecnología dominante para el muestreo directo de sólidos en química analítica. La ablación láser se refiere al proceso en el cual una intensa energía suministrada por un pulso láser se utiliza para arrancar una pequeña cantidad de material. Los beneficios del empleo de la ablación láser para la introducción de la muestra en el ICP-MS son múltiples e incluyen la simplificación de la preparación de muestras así como la reducción del riesgo de contaminación e interferencias espectrales debido a la ausencia de disolventes y ácidos utilizados para la digestión de la muestra. Además, el acoplamiento del sistema de ablación láser a un ICP-MS es una herramienta muy prometedora para el análisis directo de cualquier tipo de sólidos con una detección altamente sensible y selectiva proporcionando información elemental e isotópica con resolución espacial en el rango de las micras. Por lo tanto, la técnica LA-ICP-MS puede proporcionar importante información cualitativa y cuantitativa con alta resolución lateral y profundidad en una amplia variedad de aplicaciones. En este contexto, el objetivo principal de la presente Tesis Doctoral es el desarrollo de nuevas estrategias analíticas para el análisis cuantitativo y con resolución espacial de sólidos empleando LA-ICP-MS. Este objectivo general se abordó a través de cuatro objectivos parciales cuyas investigaciones se resumen a continuación: 1. Varios tipos de defectos pueden ocurrir en la producción de vidrios homogéneos y con recubrimientos, poniendo en peligro su función y uso y, por lo tanto, la calidad del producto final. En este capítulo, se llevó a cabo la caracterización de defectos locales en vidrios recubiertos, así como la determinación de su posición en el vidrio (es decir, en el substrato de vidrio homogéneo, en la interfase o en las capas del recubrimiento). El objetivo final era poder identificar las posibles fuentes de contaminación en el proceso de producción; aspecto de importancia crucial en el proceso de fabricación de los vidrios, así como en su control de calidad. 2. En el segundo capítulo, se desarrolló un nuevo método de análisis directo para la cuantificación absoluta de la transferrina del suero humano separada por electroforesis en gel. La estrategia propuesta combina la GE-LA-ICP-MS con el análisis por dilución isotópica especifica utilizando transferrina saturada isotópicamente enriquecida con 57Fe. Dicha metodología proporciona resultados exactos y precisos con tiempos de análisis significativamente menores a los recogidos en la bibliografía para otras metodologías. En comparación con los métodos alternativos de cuantificación, no se requieren materiales de referencia ni curvas de calibración. Además, la selección adecuada de la estrategia de ablación láser y la preparación de la muestra resultó ser crucial para asegurar la exactitud y buena precisión de los análisis. 3. Debido a la urgente necesidad en los análisis "imaging" empleando LA-ICP-MS por estándares internos fiables y capaces de corregir los efectos de matriz, las variaciones de la masa arrancada y transportada así como las desviaciones instrumentales, en el tercer capítulo se presenta el desarrollo de una estrategia novedosa de corrección interna en estudios de "imaging". El método se basa en la deposición de una capa fina de oro en la superficie de la muestra a analizar y el uso de la señal de 197Au+ para la normalización interna. El método propuesto se aplicó al "imaging" cualitativo de Mg, Fe y Cu en tejidos oculares embebidos en parafina. El potencial analítico se demostró por la realización de estudios de reproducibilidad usando secciones de ojo humano del mismo donante y con diez ojos diferentes de donantes adultos. 4. Con el fin de realizar análisis por LA-ICP-MS en secciones de tejido congelado, una celda de ablación láser que permita trabajar a bajas temperaturas es esencial para mantener la integridad de las muestras durante todo el tiempo de análisis y, por lo tanto, para obtener una buena resolución lateral y garantizar análisis fiable. En la primera parte de este capítulo, se llevó a cabo el diseño y la fabricación de una celda de ablación láser refrigerada por un sistema Peltier. Las características más notables de la celda de ablación son el sistema de refrigeración interno y el termopar sensible que permite la medición de la temperatura directamente en la superficie de la muestra. Además, el evacuado rápido de la celda fue alcanzado por restringir el volumen efectivo de expansión del aerosol generado por el láser y una geometría de entrada y salida de gas cuidadosamente diseñada favoreciendo los flujos laminares del gas de arrastre. La segunda parte de este capítulo fue dedicada a la aplicación del método de estandarización interna propuesto en el capítulo 3 y la celda de ablación láser criogénica para la generación de imagenes elementales cuantitativas en secciones de lente humana. La cuantificación se realizó por calibración externa utilizando estandares sintéticos de tejido homogenizado ("matrix-matched tissue standards"). Los resultados obtenidos por "imaging" LA-ICP-MS han sido corroborados mediante el análisis por dilución isotópica-ICP-MS después de la digestión ácida de las muestras (lente humana y cápsulas) como método de referencia.