Análisis multielemental secuencial de aleaciones mediante plasma de argón generado por acoplamiento inductivo de radiofrecuencia

Farías de Funes, Silvia

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Disciplina:	quimica
Título:	Análisis multielemental secuencial de aleaciones mediante plasma de argón generado por acoplamiento inductivo de radiofrecuencia
Título alternativo:	Multielement sequential analysis of alloys by radiofrequency inductively coupled argon plasma
Autor:	Farías de Funes, Silvia
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Lugar de trabajo:	CONICET - Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA). Laboratorio de Espectrografía y Plasma Inductivo
Publicación en la Web:	2013-11-14
Fecha de defensa:	1996
Fecha en portada:	1996
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor en Ciencias Químicas
Departamento Docente:	Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física
Director:	Batistoni, Daniel Alberto
Idioma:	Español
Palabras clave:	ESPECTROSCOPIA DE EMISION ATOMICA; PLASMA DE ACOPLAMIENTO INDUCTIVO (ICP); MEDICION DE TEMPERATURAS; ANALISIS DE SUPERALEACIONES; CROMO; MAGNESIO; MANGANESO; MOLIBDENOATOMIC EMISSION SPECTROSCOPY; INDUCTIVELY COUPLED PLASMA (ICP); TEMPERATURE MEASUREMENTS; SUPERALLOY ANALYSIS; CHROMIUM; MAGNESIUM; MANGANESE; MOLYBDENUM
Tema:	química/química inorgánica química/fisicoquímica
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n2874_FariasdeFunes
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n2874_FariasdeFunes.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n2874_FariasdeFunes
Ubicación:	002874
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Farías de Funes, Silvia. (1996). Análisis multielemental secuencial de aleaciones mediante plasma de argón generado por acoplamiento inductivo de radiofrecuencia. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n2874_FariasdeFunes

Resumen:

En el presente trabajo se describe la caracterización espectroscópica y analítica de un espectrómetro óptico constituido por el acoplamiento de una fuente de plasma inductivo de argón (IPC) y un monocromador programable de alta resolución, aplicable a la determinación secuencial de Mg, Mn, Cr, Mo en aleaciones de aluminio y de base Cu-Ni. Después de una discusión general sobre las características fundamentales del dispositivo instrumental empleado, se consideran aspectos básicos relacionados con al medición experimental del poder de resolución práctico del monocromador programable, controlado por computadora. Utilizando fuentes de líneas atómicas angostas (lámparas de cátodo hueco), se determinó la variación del ancho de banda espectral en función del ancho de ranura para diferentes regiones de longitud de onda, lo que permitió establecer la capacidad del sistema para la resolución de espectros complejos. Utilizando un modelo simple de convolución cuadrática, se evaluó un término que representa la contribución de efectos de aberración óptica. Pudo demostrarse que es posible obtener valores de resolución del orden de 5 pm utilizando ranuras angostas de altura reducida. La caracterización espectroscópica de la fuente se basó en la medición de parámetros fundamentales de la descarga en condiciones de operación analítica, utilizando como variable la potencia incidente. Se midieron temperaturas de excitación rotacionales, utilizando el espectro de bandas de OH, yde excitación atómicas, empleando en este caso Fe(I) (representativo de un analito) y Ar(I) (componente del gas soporte). También se evaluó el estado de ionización del sistema mediante la medición de concentraciones electrónicas a partir del ensanchamiento Stark de las líneas Hδ y Hγ. Los resultados obtenidos se discuten en el contexto de modelos existentes que describen la descarga de plasma inductivo, y confirman el apartamiento del estado de equilibrio termodinámico local. La optimización de las condiciones de operación involucró en primer lugar una selección de líneas apropiadas, para lo que se compararon barridos espectrales obtenidos experimentalmente con espectros simulados generados por una base comercial. Se llevó a cabo a continuación un esudio paramétrico en el que se investigó la influencia de las diferentes variables (potencia incidente, flujo de gas soporte, presión del nebulizador, corrección por fondo, modalidad de adquisición de datos, tiempo de integración) que determinan la respuesta del sistema, evaluada a partir de la señal corregida, la relación línea/fondo o la relación señal/ruido. También se aplicó para el caso particular del Mn un método de optimización de variable múltiples (Simplex). Una vez establecidas las condiciones de operación que permiten la determinación secuencial de los cuatro analitos estudiados, se determinaron, con propósitos comparativos, los límites de detección para varios elementos adicionales. Los valores obtenidos se encuentran en el ámbito de 1 a 80 μg/L. El sistema instrumental estudiado se aplicó a la determinación de Mn y Mg en aleaciones de aluminio y de Mn, Cr y Mo en superaleaciones base Cu-Ni. Se emplearon en esta etapa tres niveles de validación: soluciones sintéticas de composición conocida que simulaba la composición de la matriz, aplicaión de métodos analíticos alternativos y análisis de materiales de referencia cartificados, en los casos en que se dispusiera de éstos. La correlación observada entre los valores de referencia y los obtenidos demuestra la excelente capacidad de la espectrometría de emisión atómica con plasma inductivo para la determinación de macrocomponentes , componentes menores y trazas en muestras complejas generadas por el desarrollo de nuevos materiales.

Abstract:

The spectroanalytical characterization of an instrumental system consisting of a RF inductively coupled plasma (ICP) source coupled to a computer controlled, high resolution scanning monochromator and its application to the analysis of aluminum alloys and superalloys, is described in this work. The elements selected for this study were Cr, Mn, Mg and Mo. Principal components of the materials considered were Al, Cu and Ni. After a consideration of the fundamental properties of the employed instrumentation, theoretical and experimental aspects of the measurement of the practical resolution power of the wavelength selector are discussed. The capability of the programable monochromator to resolve complex spectra such as those produced by the atomization of superalloys was established by studying the variation of the spectral bandpass as a function of the monochromator slit height and width on different wavelength regions. Measurements were performed with narrow spectral lines emitted by hollow-cathode lamps. A simple quadratic convolution model was applied to compare experimental and theoretical bandpass values and to semiquantitatively evaluate the influence of a term representing the contribution from optical aberrations. It was demonstrated that resolutions as low as about 5 pm can be obtained with narrow slits of reduced height. Spectrochemical characterization of the ICP emission source, operated at analytical conditions, was carried out by measuring Boltzmann rotational and excitation (atomic) temperatures. A molecular specie (OH) present in the plasma, Fe(I) (representative of an analyte) and Ar(I) (plasma supporting gas) were selected as thermometric species. In addition , the ionization state of the plasma was assessed by measuring electron concentrations from Stark broadening of the Hd and Hg lines. Differences among the estimated temperatures suggest relatively large departures from local thermodynamic equilibrium. Results are discussed in connection with existing colisional - radiative plasma models.% Selection of analytical lines was carried out by comparing simulated spectra generated from a commercial data base software with wavelength scans obtained on the spectral regions of interest. A parametric study, employing net line intensities, signal to background ratios and signal to noise ratios as response variables was conducted. The influence of source parameters (incident power, supporting argon gas flow rate, nebulizer pressure) and data acquisition conditions (potential of photomultiplier tube, integration times, peak and background measurement modes) was considered. A multiple variable optimization procedure (Simplex) was also investigated in the case of Mn. Instrumental detection limits were determined for elements other than the studied analytes and compared with values taken from recent publications. Values in the range from 1 to 80 mg/L were measured under realistic analytical conditions. The ICP spectrometer was tested for the direct determination (i.e. only sample dissolution is required) of Mg and Mn in aluminum and aluminum alloys, and of Cr, Mn and Mo in Ni-Cu based superalloys. Appropriate sample dissolution schemes were proposed for the materials considered and the effect of acid concentration in the injected solutions on signal was evaluated. Three levels of analytical validation were employed for the developed methods: synthetic solutions of known composition simulating the sample solutions, application of alternative analytical procedures and analysis of certified reference materials, when available. Good correlation between known or certified values and obtained concentration values was achieved, demonstrating the capabilities of ICP atomic emission spectrometry for bulk analysis of complex materials, involving the determination of major, minor and trace components.

Citación:

---------- APA ----------

Farías de Funes, Silvia. (1996). Análisis multielemental secuencial de aleaciones mediante plasma de argón generado por acoplamiento inductivo de radiofrecuencia. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n2874_FariasdeFunes

---------- CHICAGO ----------

Farías de Funes, Silvia. "Análisis multielemental secuencial de aleaciones mediante plasma de argón generado por acoplamiento inductivo de radiofrecuencia". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 1996.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n2874_FariasdeFunes

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