MIP OES vs ICP OES – Quem ganha esta disputa?

Se há duas principais características em comum entre as técnicas de MIP OES (do inglês microwave induced plasma optical emission spectrometry) e ICP OES (do inglês inductively coupled plasma optical emission spectrometry) é o fundamento de emissão de radiação a partir do decaimento de elétrons excitados de um átomo ou íon, e suas características multielementares, ou seja, executar a determinação de vários elementos em uma única corrida.

De resto... são técnicas completamente diferentes.

Mas... uma é melhor do que a outra? A resposta é não!

Muitas vezes vejo a inevitável comparação entre as duas técnicas. Vamos começar pelo início?

Em linhas gerais, a técnica de MIP OES, ou o instrumento comercialmente disponível da Agilent chamado MP-AES, é baseado na formação de um plasma induzido por um campo eletromagnético gerado por microondas. Usa uma cavidade específica para isso, denominada cavidade Hammer, onde a tocha é posicionada e uma pequena quantidade de gás argônio é usada no centelhamento e formação do plasma de nitrogênio. Este plasma, pela característica da indução e do gás, atinge temperaturas de até 5.000K. Esta temperatura é suficiente para promover elétrons de valência para estados mais energizados que retornam ao nível fundamental emitindo radiação (que possui um comprimento de onda associado). Esta, por sua vez, é selecionada pelo monocromador do instrumento e direcionada para o detector, gerando um sinal que vemos na tela do software.

De forma análoga, o ICP OES usa uma fonte de indução por radiofrequência e gás argônio durante toda a operação. Isto faz com que a temperatura do plasma atinja valores de cerca de 10.000K em regiões mais centrais do plasma. Há mais energia térmica disponível, portanto mais processos de excitação ocorrem neste tipo de plasma, gerando maiores sinais. A aquisição dos sinais é feita de forma quase sempre simultânea, garantindo rapidez na produção de resultados.

E é sobre isso o artigo. As duas grandes diferenças entre os dois sistemas é a sensibilidade para os elementos da Tabela Periódica e a finalidade de uso.

A sensibilidade de ambos os instrumentos não é regida apenas pela fonte de calor produzida pelo plasma. O sistema de introdução de amostras desempenha papel fundamental na quantidade de sinal produzida para cada elemento. Os ajustes de introdução de amostras também, como por exemplo a vazão de nebulização e tempo de leitura do sinal. Outro aspecto muito importante é o background (ruído de fundo) produzido pelos dois tipos de plasma. Dependendo da região de leitura, podemos ter grande contribuição de background, reduzindo a relação sinal-ruído.

A Figura 1 mostra um cenário generalista de situações em que são requeridas baixa e alta sensibilidade, e uso geral. Para o ICP OES temos mais opções de tochas de diâmetros diferentes, já para o MP-AES a tocha é única. Além disso, o ICP OES permite ajustes de potência de plasma, vazões de gás do plasma e auxiliar. Estes parâmetros para o MP-AES são fixos em virtude de sua configuração na cavidade Hammer. Este é um bom início para buscar a situação ideal de análise para suas amostras.

Figura 1: Combinações de configurações para ajustes de maior e menor sensibilidade e uso geral de sistemas de ICP OES e MIP OES.

Já discuti em outros artigos os benefícios dos usos das técnicas de MIP OES e ICP OES, e aqui o foco não é esse. Quero passar para você leitor a idéia de que limites de detecção não são o único critério de comparação entre as técnicas.

Se alta sensibilidade e produtividade super-rápida são essenciais para sua rotina, então um ICP OES provavelmente é a escolha certa para você. Se estes dois parâmetros não estão em pauta – e acredite, existem muitas demandas onde não estão, um ICP OES e MP-AES podem ser comparados.

Um ICP OES vai te dar resultados mais rapidamente, considerando um instrumento simultâneo, porém utiliza argônio (além do consumo de energia elétrica) a uma faixa de vazão de 15-20 L min-1, se operado de forma robusta.

O MP-AES vai te demorar um pouco mais para te dar resultados, e o tempo de análise aumenta com o aumento do número de elementos, porém ele está usando basicamente energia elétrica (equipamento + compressor de ar).

Você chega em resultados equivalentes no final das contas, considerando a estatística e boas práticas de laboratório e uso do instrumento. Mas o que impacta mais para você, custo operacional ou velocidade analítica?

Veja uma comparação entre os limites de detecção (LD) de um ICP-OES 5800 e um MP-AES 4210 na Figura 2, para alguns elementos, em valores de µg L-1 e em HNO3 1%. Os estudos foram conduzidos usando o cálculo de 10 leituras de branco analítico e o LD foi calculado considerando 3 vezes o desvio padrão das leituras destes brancos.

Figura 2: Comparativo entre valores de limite de detecção (LD) para elementos selecionados entre os instrumentos 4210 MP-AES e 5800 ICP-OES (vista axial)

Podemos observar um comportamento geral onde os valores de LD para o ICP-OES são menores do que para o MP-AES, reforçando que o ICP OES é mais sensível que a técnica de MIP OES. Uma outra observação é que o comprimento de onda mais sensível para cada técnica nem sempre é a mesma, o que é um indicativo de que a temperatura da fonte de excitação desempenha papel fundamental na excitação de alguns elementos. No entanto, há dois casos nesta tabela onde os LDs do 4210 MP-AES são menores que do 5800 ICP-OES axial, que são Cr e K. Mas cuidado! O plasma do ICP OES é mais quente do que do MP-AES e isso ajuda muito na redução de interferências espectrais, melhorando a razão sinal-ruído. O LD de um método, como todos sabemos, é bem diferente do que o LD usando uma solução levemente acidificada então, na prática, os LDs de Cr e K em um método podem ser menores no ICP OES do que no MIP OES.

E o que falar do Ba, que apresenta o mesmo LD em ambas as técnicas, com o mesmo comprimento de onda? Bário é um metal alcalino-terroso, que facilmente tem seus elétrons de valência excitados em altas temperaturas. Para ele, tanto no MP-AES quanto em um ICP OES temos energia suficiente para ocorrer transições eletrônicas que culminam em sinais bastante expressivos. Um antagonista do Ba é o P, que tem um LD cerca de 66x maior em um MP-AES do que no ICP-OES. Isso se dá pelo fato deste elemento ter elétrons mais difíceis de serem excitados, exigindo maiores temperaturas que são encontradas em um ICP OES. Dá para determinar P por MP-AES? A resposta é: depende da concentração!

E para provocar... dá para determinar P por ICP OES? A resposta é: depende da concentração! O que podemos dizer com certeza é que um ICP OES determina concentrações menores de P que o MP-AES, por ter uma fonte de excitação mais quente, basicamente.

Para concluir e refletir – na técnica de ICP OES, temos uma maior robustez com diferentes matrizes, e um maior espectro de aplicações que podem ser feitas. A técnica de MIP OES, por outro lado, apresenta grande inovação tecnológica e uma oportunidade única de redução de custos operacionais em várias aplicações, garantindo maior lucratividade nas análises.

As técnicas não disputam entre si – elas são complementares e cada uma tem um nicho de atuação 😉.

Não decida pelo instrumento apenas pela questão dos limites de detecção – avalie se SUA aplicação pode ser feita pelos instrumentos para uma decisão assertiva! E a Agilent pode te ajudar nesta escolha, já que temos mais de 10 anos da técnica de MIP OES comercialmente disponível e décadas de experiência com instrumentos de ICP OES.