ICP-OES se utiliza en muchos campos: I&D, Control de Calidad y Aseguramiento de la Calidad, Servicio Analítico, etc. El mercado principal sigue siendo el Servicio Analítico y el Control de Calidad/Control de Calidad para el control de producción de productos intermedios y finales. Los dominios de aplicaciones que aborda un ICP-OES varían significativamente según el diseño del instrumento y su desempeño.
La aplicación principal es el entorno (agua, suelos, lodos, aire...), ya que existe una fuerte necesidad de monitorizar la presencia y el contenido de los elementos en relación con el consumo y el impacto humano. Para QA/QC, los principales clientes son empresas químicas, mineras, de metales preciosos y metalúrgicas. El ICP-OES se utiliza para garantizar la calidad de las materias primas así como del producto final. También se analizan los productos intermedios para que los procesos puedan ser completamente monitorizados. La petroquímica también utiliza ICP-OES para la refinación de petróleo y producción de aceite lubricante, pero también para algunas aplicaciones como metales de desgaste en el análisis de aceites que permiten realizar mantenimiento preventivo de motores (camiones mineros, aviones, etc.).
ICP-OES puede gestionar muestras ambientales y agroquímicas. El campo ambiental es probablemente el principal campo de actividad del ICP-OES. Esto se debe a la gran variedad de muestras en cuestión, así como a la alta y creciente demanda de análisis elementales a nivel mundial. ICP-OES se convirtió en la técnica de referencia para el análisis ambiental debido a la demanda de sensibilidad junto con el análisis de múltiples elementos.
Las muestras ambientales no solo incluyen el análisis de muestras de "áreas naturales" que incluyen agua (agua potable, subterránea, agua de mar, agua de río...) hasta suelos y lodos, sino que también incluyen análisis de lugares de trabajo con muestras como aire, ceniza volante, ceniza de carbón o análisis de polvo. Existen múltiples requisitos para que un ICP-OES cumpla con las expectativas de análisis ambiental. El ICP-OES debería permitir el análisis de elementos principales a nivel mg/L hasta %. También debe ser lo suficientemente sensible para determinar niveles bajos de metales pesados en muestras como agua potable, agua subterránea o agua de río, y mostrar efectos matriciales reducidos para que la sensibilidad se mantenga en matrices más difíciles como agua de mar, aguas residuales, suelos o lodos. Para estas últimas muestras, también es un requisito de alta tolerancia total a sólidos disueltos para proporcionar una estabilidad adecuada.
Como el nivel de concentración definido por las regulaciones a veces alcanza los límites de la técnica para algunos elementos como As, Se, Sb y Hg, se pueden usar algunos accesorios para mejorar la sensibilidad. HORIBA puede proponer el Analizador de Metales Concomitante (CMA) que utiliza la técnica de generación de hidruro para mejorar la sensibilidad de As, Se, Sb y Hg. La CMA puede utilizarse como un generador clásico de hidruro, pero su singularidad es que puede analizar simultáneamente elementos formadores de hidruro y otros elementos, lo que resulta en un mayor rendimiento y facilidad de uso.
ICP-OES puede manejar muestras químicas. El análisis de productos químicos se realiza principalmente en un contexto de control de calidad de producción con análisis de productos intermedios y terminados, pero también para monitorizar procesos. El análisis elemental en este contexto se realiza principalmente utilizando ICP-OES debido a su capacidad de análisis de múltiples elementos y a su corto tiempo de análisis que cumple con los requisitos de producción.
Fig.8: Señales para HNO3 1% sin CMA (negro) y con CMA (verde), para 5 μg/L Hg sin CMA (verde) y con CMA (rojo).
Existen numerosas matrices para análisis químicos que cubren una amplia gama de la industria química. Entre estas aplicaciones, podemos incluir fertilizantes, con un gran enfoque en el análisis de P y K, baterías, con especial atención al análisis de Pb, Mn o Li, polímeros y productos inorgánicos en bruto. El análisis de disolventes orgánicos también puede realizarse en tales aplicaciones.
Una de las industrias más exigentes en términos de rendimiento ICP-OES es la producción de cloro, sosa cáustica, sosa, sodio y magnesio. Para estas industrias, se requiere análisis de salmueras, es decir, una solución de NaCl saturado (25 a 30% de NaCl). Para obtener el mejor rendimiento de estas muestras, es obligatorio utilizar un ICP-OES capaz de manejar una concentración total de sólidos disueltos y capaz de mantener la sensibilidad para el análisis de elementos traza. Se requerirán accesorios como un humidificador de gas de vaina y argón para cumplir con los requisitos de análisis.
Fig.9: Señales para HNO3 1% sin CMA (negro) y con CMA (verde), para 5 μg/L Hg sin CMA (verde) y con CMA (rojo).
ICP-OES puede gestionar muestras metalúrgicas para metales ferrosos, no ferrosos y preciosos. La metalurgia es uno de los campos de aplicación más antiguos de la geología.
Se deben analizar múltiples elementos desde el nivel de traza (ppm en el sólido) hasta el rango de porcentaje alto. ICP-OES está diseñado para manejar este tipo de análisis y para dar un resultado en poco tiempo para todos los elementos, convirtiéndolo en el instrumento ideal para esta industria. Se prefiere el ICP-OES de alta resolución para permitir el análisis de trazas debido a los espectros ricos en líneas emitidos por todos los metales a altas concentraciones, como W, Fe, Pt, Rh, Ni, etc.
ICP-OES puede gestionar muestras farmacéuticas y cosméticas. ICP-OES está bien adaptado para el análisis de metales pesados en productos cosméticos o farmacéuticos, ya que la mayoría pueden digerirse con ácidos o disueltos en disolventes volátiles como metanol o etanol. Como se pueden introducir disolventes volátiles en el ICP-OES, se simplifica la preparación de la muestra, y a medida que cada vez hay que analizar más elementos en cosméticos, el ICP-OES resulta cada vez más atractivo.
El análisis de productos farmacéuticos debe seguir las normativas de la FDA y el ICP-OES ha sido aprobado recientemente. Este es un campo de aplicación cada vez más relevante, ya que la mayoría de las empresas tendrán que equipar sus laboratorios para cumplir con la normativa. En cuanto a los cosméticos, las muestras pueden digerirse o disolverse directamente en disolventes volátiles. Para el análisis de productos farmacéuticos, es obligatorio que el software específico cumpla con los requisitos del 21 CFR Parte 11, y la mayoría de las veces con la gestión de derechos del usuario. Además de aplicaciones cosméticas y farmacéuticas, el uso del ICP-OES puede extenderse a algunas aplicaciones clínicas.
ICP-OES puede manejar elementos geológicos, mineros y de tierras raras. El ICP-OES se utiliza ampliamente en procesos mineros, control de pureza minero, análisis de rocas, etc. Muchas minas utilizan ICP-OES para comprobar la pureza de los minerales extraídos de manganeso, níquel o metales preciosos. A medida que disminuyen los recursos mineros, también hay una gran actividad para extraer chatarra y principalmente metales preciosos de residuos electrónicos.
Para esta actividad, ICPOES se utiliza para evaluar la cantidad de metal que puede ser desechada de los residuos y luego para evaluar la pureza una vez refinado. De hecho, ICP-OES se utiliza ampliamente para el análisis de Elementos de Tierras Raras, ya que el control de dichos elementos se vuelve cada vez más importante debido al papel crucial de los Elementos de Tierras Raras en la economía, desde la vida cotidiana hasta la investigación y desarrollo avanzada.
Fig.10: Perfiles para análisis de La2O3 a 333,749 nm en 20 g/L de CeO2: Muestra (perfil verde), adición estándar 1 (20 ppm – perfil azul) y adición estándar 2 (40 ppm – perfil rojo) con combinación de rendijas de 10/15 μm.
El análisis de muestras geológicas y mineras, y especialmente de Elementos de Tierras Raras, es muy exigente para el ICP-OES. Debido a la necesidad de sensibilidad ya que debe comprobarse la pureza del producto final, el ICP-OES debería ser capaz de manejar una alta concentración de sólidos disueltos totales. Además, debido al espectro rico en líneas emitido, especialmente para los elementos de tierras raras, solo los espectrómetros ICP-OES de alta resolución pueden realizar este tipo de análisis, ya que son los únicos capaces de separar las longitudes de onda de los elementos principales y los elementos traza.
Fig.11: Perfiles para análisis de Lu2O3 a 261,542 nm en 20 g/L Gd2O3: Muestra (perfil rojo), adición estándar 1 (5 ppm – perfil azul) y adición estándar 2 (10 ppm – perfil verde) con combinación de rendijas de 10/15 μm.
ICP-OES puede gestionar muestras procedentes de ciencias de materiales. El ICP-OES está bien diseñado para el análisis de muestras de ciencias de materiales y se utiliza ampliamente para cementos, cerámicas o análisis de vidrio debido a su capacidad para analizar simultáneamente elementos principales y oligo, con buena sensibilidad.
A medida que el uso de materiales magnéticos se vuelve cada vez más importante, el ICP-OES se emplea cada vez más para estas aplicaciones, ya que está diseñado para determinar elementos principales y traza. Para aplicaciones que involucran elementos de tierras raras, a menudo se requiere alta resolución para garantizar la calidad de los resultados.
ICP-OES puede gestionar todo tipo de muestras para aplicaciones en energía nuclear. El análisis elemental para aplicaciones de energía nuclear se realiza en muchos campos: medio ambiente, metalurgia, geología y minería, monitorización de centrales nucleares, gestión de residuos nucleares, análisis de combustibles nucleares... Para todas las muestras activas, la adaptación especial del ICP-OES debe realizarse con una guantera para proteger a las personas y aislar la muestra. Tan pronto como se realiza el análisis de muestras metalúrgicas o de muestras relacionadas con combustibles nucleares, se requieren espectrómetros ICP-OEA de alta resolución debido a los espectros ricos en líneas emitidos por los elementos de las matrices.
ICP-OES puede gestionar muestras petroquímicas. ICP-OES es capaz de analizar disolventes orgánicos directamente, simplificando el análisis de muestras petroquímicas, ya que la mayoría pueden disolverse directamente en disolventes como queroseno, xileno o disolventes volátiles como metanol y etanol. Las aplicaciones del ICP-OES pueden encontrarse en refinerías para el análisis de crudo y también para el análisis de productos terminados como betún o combustible.
El análisis de elementos aditivos en aceites lubricantes también puede gestionarse fácilmente por ICP-OES, así como el análisis de metales de desgaste en el petróleo, que es muy similar. El análisis de metales de desgaste en aceites suele realizarse en motores de aviones o helicópteros para planificar el mantenimiento preventivo.