EMU concedido no processo 2014/50887-4: ICP-MS

Resumo

Os estudos de desenvolvimento e otimização dos processos para obtenção da liga (Nd,Pr)-Fe-B com teores controlados de impurezas no contexto do INCT PATRIA conta com apoio do Laboratório Químico do Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais (CTMM) do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT) para caracterização química das amostras produzidas bem como das matérias primas utilizadas. Para essas análises, a técnica de Espectrometria de Massa com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-MS) tem se mostrado como a mais poderosa ferramenta para quantificação de contaminantes em terras raras (TR) com alto grau de pureza. É importante destacar que esta técnica não está livre de interferências, o que impõe um grande desafio aos analistas. O processo de detecção na técnica de ICP-MS é baseado na ionização dos elementos da amostra e na separação dos analitos a partir de sua razão massa/carga (m/Z), o que confere especificidade à técnica. Todavia, as condições físico-químicas do plasma são propícias para a geração de íons poliatômicos que podem ter a mesma razão m/Z que um analito de interesse, resultando na chamada interferência espectral. Para ilustrar como este problema é crítico na determinação de impurezas de terras raras em óxido de neodímio (Nd2O3) é possível considerar o caso do elemento Gadolínio, cujo isótopo 158Gd tem a mesma razão m/Z que a espécie 142Nd16O. Por isso, a quantidade de mols detectados para esta razão massa/carga (158/1) pode ser devida tanto ao Gadolínio quanto ao Neodímio. Não há forma de determinar, a priori, qual dos dois elementos gerou o sinal lido pelo aparelho. Existem formas de contornar esta dificuldade através da análise de outros isótopos de cada elemento, bem como dos íons poliatômicos formadas quando estes elementos reagem com diferentes espécies químicas, como o oxigênio ou argônio, por exemplo. Caso não haja alguma alternativa para a resolução desta interferência (espectral), é praticamente impossível a quantificação de traços de Gd numa amostra de óxido de Nd. O mesmo ocorre para o elemento térbio (159Tb) quando há formação da espécie 142Nd16O1H. Processos semelhantes de interferências espectrais ocorrem para muitos outros elementos. As interferências não espectrais ou de matriz também podem ser fontes de grandes desafios analíticos. Isso porque, diferentemente dos casos espectrais onde a interferência é sempre positiva, a interferência da matriz pode ser positiva ou negativa. Ainda tomando como exemplo a análise do Nd2O3, existem duas possibilidades de interferências de matriz negativas, quais sejam: i) efeito espaço carga - no qual os elementos com massas inferiores aos isótopos de Nd serão repelidos do feixe de íons e têm seus sinais suprimidos; ii) efeito de supressão de ionização - elementos com potencial de ionização superior ao Nd ionizam em taxas inferiores quando presentes em soluções mais ricas em Nd. Por outro lado, a interferência positiva não pode ser descartada, uma vez que a alta concentração de Nd perturba as condições de equilíbrio do plasma e pode favorecer a ionização de alguns elementos. A superação destas dificuldades pode ser alcançada aplicando diversas estratégias tais como: i) o preparo de amostras capazes de separar parte dos elementos majoritários da matriz; ii) utilização de sistemas de separação anteriores ao ICP-MS, tal como a cromatografia de alta eficiência (HPLC); iii) otimização das condições do ICP para minimização da formação das espécies poliatômicas; iv) adoção de sistemas de remoção de interferentes baseados em tecnologias de célula de reação/colisão. Cada estratégia possui suas limitações e possibilidades, que dependem de recursos, tempo e equipe disponíveis. Neste projeto, serão investigadas as estratégias de preparo de amostras, otimização das condições do ICP e adoção da célula de reação/colisão no intuito de prover ao CTMM/IPT uma metodologia confiável para determinação de impurezas em terras raras. (AU)