Desarrollo de métodos de cuantificación empleando técnicas de análisis directo de sólidos con detección por espectrometría de masas

Resumen

Las técnicas de análisis directo de sólidos permiten la cuantificación de elementos en diferentes tipos de muestras sin la necesidad de emplear complicados protocolos de preparación de muestra, tales como la digestión ácida o la lixiviación de los sólidos. Para realizar un análisis con este tipo de técnicas, tales como la ablación láser acoplada a plasma de acoplamiento inductivo con espectrometría de masas (LA-ICP-MS) o la descarga luminiscente acoplada a espectrometría de masas de tipo tiempo de vuelo (GD-TOFMS), se requiere el empleo de metodologías de cuantificación que tengan en cuenta las características de la técnica, así como la naturaleza de las muestras sólidas y los analitos a estudiar. En el primer capítulo de la Tesis Doctoral, titulado “Análisis de suelos y sedimentos mediante fusión con borato de litio empleando técnicas de análisis directo de sólidos y análisis por dilución isotópica”, se emplea el análisis por dilución isotópica (IDA) como metodología de cuantificación. La técnica IDA permite la cuantificación de analitos sin la necesidad de realizar un calibrado, ya que sólo es necesario medir las relaciones isotópicas de los analitos en una mezcla preparada a partir de la muestra original (abundancias isotópicas naturales) y de un patrón isotópico en el que los isótopos tienen alteradas sus abundancias isotópicas con respecto a las naturales. El único requerimiento experimental necesario para poder emplear con éxito el IDA es que se debe alcanzar el equilibrio isotópico, es decir la muestra y el patrón isotópico han de mezclarse de manera homogénea. En este primer capítulo las muestras a analizar son suelos y sedimentos, para los que tradicionalmente se emplean largos y laboriosos procesos de digestión. Lograr el equilibrio isotópico entre las mencionadas muestras sólidas y los patrones isotópicos en disolución es ciertamente una cuestión de vital importancia, por lo que se ha desarrollado un método que emplea la fusión de las muestras con borato de litio, en la que las altas temperaturas del proceso favorecen el equilibrio isotópico, además de producir un sólido homogéneo y adecuado para su empleo con técnicas de análisis directo de sólidos. Dado que esta metodología se ha empleado para la cuantificación con dos técnicas distintas, LA-ICP-MS y GD-TOFMS, este capítulo se ha dividido en dos partes, cada una de ellas centrada en una de las dos técnicas mencionadas anteriormente. En el segundo capítulo, cuyo título es “Análisis en profundidad de células solares de capa fina de silicio amorfo mediante GD-TOFMS”, se ha desarrollado una metodología para la cuantificación de los analitos presentes en células solares de capa fina de silicio amorfo. Se ha prestado especial interés en los analitos de las capas de silicio amorfo, debido a que la presencia de hidrógeno en esas capas podría afectar a la cuantificación. Se han estudiado distintas interferencias poliatómicas que pudieran afectar a los analitos (especialmente Si, P y B) y se han seleccionado intervalos en los perfiles de pulso en los que tales interferencias estén ausentes. También se han propuesto distintas estrategias de calibración basadas en la selección de diversos intervalos en los perfiles de pulso, seleccionando el más adecuado para cada elemento. Por último, se han obtenido perfiles en profundidad cualitativos de las muestras de células solares, y, empleado la metodología de la calibración multimatriz (usando patrones con y sin hidrógeno), se han obtenido finalmente perfiles cuantitativos en profundidad. Los resultados experimentales, tanto para la concentración de los analitos como el espesor de las capas del recubrimiento, son concordantes con los valores esperados, mostrando la validez de la metodología propuesta. En el tercer y último capítulo, “Síntesis de nanopartículas de silicio amorfo amino-funcionalizadas para la preparación de nuevos patrones para LA-ICP-MS”, se ha desarrollado un procedimiento de síntesis de nanopartículas a las que se les añaden diversos analitos modelo (Pt, Pd, Rh, La, Ce, Nd, Ba, Sr y Tl). De este modo, las nanopartículas funcionalizadas pueden ser utilizadas como patrones en la cuantificación de muestras sólidas para las que actualmente no existen patrones adecuados. Por ejemplo, este tipo de patrones podría utilizarse para el análisis de catalizadores de automóvil, cuyas concentraciones para los elementos del grupo del platino (Pt, Pd y Rh) son mucho más altas que las de los patrones utilizados habitualmente (serie NISTSRM 61x). Se ha demostrado que las nanopartículas funcionalizadas son capaces de retener los analitos añadidos en su superficie mediante quimisorción y dichos analitos se distribuyen de manera homogénea en los patrones (en forma de pastillas prensadas para su análisis por LA-ICP-MS). El polvo resultante puede compactarse para formar pastillas cuya composición es homogénea y en las que las concentraciones de los analitos modelo son mucho más altas (hasta 3 órdenes de magnitud para Rh, Pd y Pt) que las de otros patrones similares empleados en LA-ICP-MS.