Amélioration de la qualité analytique en ICP-AES

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1 Amélioration de la qualité analytique en ICP-AES
Réponses aux problèmes courants But: comment vérifier que tout va bien? Comment affirmer à son patron qu'il n'y a pas de problème sur vos résultats? Pour ceci, on fait appelle à ce qu'on appelle des critères de qualité analytique…

2 Identifier le problème
Limites de détection trop élevées Mauvaise reproductibilité des résultats Justesse, étalonnage Effet de matrice, interférences Cadence d'analyse trop lente

3 Critères de qualité Sélectivité Répétabilité Sensibilité Robustesse
Justesse Ils sont au nombre de 5, et si vous respecter chacun d'eux étapes par étapes vous devez arriver à des résultats nickel! Le premier est le nombre d'éléments que vous pouvez doser: En effet dans une même expérience qu'est-ce qui va limiter le nombre d'éléments à doser, c'est l'appareil… donc pour ce critère de qualité, vous ne pouvez pas faire grand-chose si vous avez déjà un appareil… Par contre si vous pensez en acheter un, il faut bien regarder quels sont les limites élémentaires… Par exemple, il faut regarder si c'est un photomultiplicateur (avec polychromateur com Paschen-Runge: 50 raies) ou un détecteur solide (5000 raies) car ce ne sera pas le même nombre d'éléts dosables…

4 Critères de qualité Est-on sûr que la concentration mesurée correspond à l’élément qui nous intéresse? Selectivité résolution Répétabilité Sensibilité Robustesse Justesse Mais qui dit nombre d'éléments dosable,dit qu'il faut aussi vérifier que les raies soient bien distinguables les unes des autres et c'est cela le second critère de qualité, c'est-à-dire la sélectivité, soit le choix de la zone de mesure de l'intensité du signal… Et pour vérifier cette sélectivité; il faut regarder ce qu'on appel un indice analytique, c'est-à-dire qqchose de chiffrable et donc pour la sélectivité, c'est la résolution de l'appareil… Choix de la zone de mesure de l’intensité du signal: Efficacité d'isolation d'une ligne par rapport à une autre

5 Résolution Normale (12 pm)
Indices analytiques Résolution: capacité à distinguer deux longueurs d’onde  La résolution caractérise la capacité à discerner deux détails proches. En spectro,le paramètre qui servira à quantifier la résolution de l’instrument est la largueur à mi-hauteur d’une raie de calibration. En théorie cette raie devrait être réduite à une ligne, en pratique son profil gaussien s’étale sur plusieurs. Ainsi plus deltalongueur d'onde est petit mieux, c'est…. En général vos appareils vous laissent deux choix: soit résolution normale, soit haute résolution: dans le premier cas pour décrire la raie, on lisa une ligne tous les 12pm, dans l'autre tous les 5, puis on apllique une gaussienne pour avoir la tête de la raie… Donc Si haute, c'est mieux car on a une meilleure estimation et souvent une hauteur de pic plus nette mais grosse base de data pas toujours nécessaire… Si très faible concentration.. Mais cette résolution peut dépendre de la longueur d’onde à laquelle la mesure est effectuée, c’est pourquoi on préfère souvent se référer au paramètre suivant. Résolution Normale (12 pm) Haute résolution (5pm)

6 Indices analytiques Le pouvoir de résolution,R, est une mesure de la capacité d’un spectromètre à séparer deux longueurs d’onde proches: R = où l est la longueur d’onde et Dl la résolution. Plus la résolution est fine, plus R est élevé. Attention car souvent R ne dépend pas de  et donc  oui! l Dl Ce paramètre couramment utilisé dans le monde des spectroscopistes caractérise le pouvoir résolvant du montage. Il s’obtient en divisant la longueur d’onde par la résolution. Cette résolution dépend principalement du système de séparation des longueurs d’ondes (prisme, réseau…) La résolution ne peut pas trop être changé, mais si vous avez des problem d'interference ou de sensibilité, bossez à haute résoliution… Minimiser les interférences spectrales Maximiser la hauteur du pic

7 Indices analytiques R = 285.201/(285.207 – 285.199) R = 35650 285.199
Pic assez fin, bien résolu… en comparaison de Sr car plus de point..

8 Indices analytiques R = 421.557/(421.565-421.547) R = 23419 421.547
On voit moins de point pour faire le pic d’où résolution moins bonne et R inférieur

9 Critères de qualité Est-on sur que la concentration mesurée est toujours la même? Sélectivité résolution Répétabilité RSD Sensibilité Robustesse Justesse Le troisième critère qui nous intéresse est la répétabilité, c'est-à-dire la fluactuation… Cette répétabilité se traduit numériquement grace à la RSD Fluctuation du signal d’émission autour de la valeur moyenne

10 Indices analytiques RSD (Relative Standard Deviation): RSD = . 
RSD est un très mauvais indicateur pour les blancs. sinon: RSD < 2% OK RSD < 10% OK avec matrice complexe  moyenne écart type sur le signal, variation du signal divisé par la moyenne… * 100 pour l'avoir en pourcentage. On estume des RSD respectables différentes selon le milieu, en matrice organique plus complexe, il est normale que la fluactuation soit plus large du fait de l'effet de la matrice… La RSD sera biensûr fonction de la hauteur du pic, plus on sera Répétabilité sur réplicate Reproductibilité sur différents jours En anglais= précision, en français = fidélité

11 Critères de qualité Est-on sur que la concentration mesurée est mesurable ? Selectivité résolution Répétabilité RSD Sensibilité LD, LQ, SBR, RSD Robustesse Justesse C'est écart par rapport à ce qui est facilement mesurable se traduit par le 4ieme critère, càd la sensibilité de la mesure, qui s'exprime en fonction de 4 indices numeriques Capacité du système à maximiser l’intensité du signal d’émission pour une concentration donnée

12 Indices analytiques Limites de détection: concentration minimale détectable LD = 3  blanc (bruit de fond du blanc) SBR (Signal to Background Ratio): SBR= Signal (échantillon)/Signal (Bruit de fond du blanc) LQ, discussion et normes. On peut prendre 10  blanc Dépendantes de la répétabilité

13 Critères de qualité Est-on sur que la concentration mesurée n’est pas influencée par la matrice? Selectivité résolution Répétabilité RSD Sensibilité LD, LQ, SBR, RSD Robustesse Mg(II)/Mg(I) Justesse Enfin le dernier critère est surtout utile dans le cas de matrice complexe: c'est la robustesse, c'est-à-dire la capcité à accepter …. L'indice qui défini ce critère est le rapport Mg(II)/Mg(I) Capacité du système à accepter un changement de concentration en éléments majeurs sans variation significative de l’intensité du signal des autres lignes analytiques

14 0.1 < Mg(II)/Mg(I) < 16
Indices analytiques Rapport Mg(II)280 nm/Mg(I)285 nm: (ionique) (atomique) 0.1 < Mg(II)/Mg(I) < 16 Non Robuste Robuste ~8-10:Standard To minimize this difference, the most robust plasma possible must be used. The robustness can be evaluated by the ratio between two lines (an ionic line and an atomic line). For this purpose, we use the ratio provided by two Magnesium lines: Mg II 280 nm/ Mg I 285 nm. The higher the ratio, the more robust is the plasma. A plasma is robust when the ratio of magnesium is greater than 6. In this case, the plasma is in thermodynamic equilibrium.

15 Critères de qualité Est-on sur que la concentration mesurée est correcte? Selectivité résolution Répétabilité RSD Sensibilité LD, LQ, SBR, RSD Robustesse Mg(II)/Mg(I) Justesse CRM C’est l’étroitesse de l’accord entre une valeur vraie (certifiée) et le résultat moyen

16 Exactitude = justesse + répétabilité
Indices analytiques Erreur relative: %erreur relative = 100 x (Cv – Cm)/Cv Plus %erreur est proche de 0%, meilleure est la justesse Indice ultime, si celui n’est pas OK, il faut regarder les autres…. Exactitude = justesse + répétabilité

17 Critères de qualité Selectivité résolution fixé par l’appareil
Répétabilité RSD Sensibilité LD, LQ, SBR, RSD Robustesse Mg(II)/Mg(I) Justesse Erreur relative Améliorables…

18 Sur quels points agir?

19 Sur quel point agir? Plasma: température, nébulisation, gaz...
Spectromètre: résolution, intégration... Traitement des données: interférences... Environnement de travail

20 Paramètres du plasma Puissance du plasma Vitesse de la pompe
Puissance du plasma importante pour la robustesse et pour les matrices car plus c’est chaud, plus ça atomise… Vitesse importante pour être sur que l’échantillon est analysé et bien nébulisé et que pas effet mémoire… Argon du plasma Argon de Nébulisation + Hauteur de visée Argon de l’auxiliaire

21 Paramètres du plasma Ar de Nébulisation sert à introduire l’échantillon Ar auxiliaire sert à renouveler le gaz du plasma Ar plasma: confiner et isoler électriquement le plasma

22 Paramètres du plasma Puissance est déterminée à l’allumage par la puissance de l’arc électrique, plus c’est puissant, plus plasma chaud. Ar plasma sert à confiner plasma donc est fonction de la puissance, plus c’est chaud, plus confinement nécessaire Ar Auxiliaire sert à renouveler le plasma donc si matrice chargé, il faut éviter le’ncombrement et donc le renouveler plus vite Ar Nébuliseur, détermine le temps de séjour de l’échantillon dans plasma si on le diminue, plus longtemps dasn plasma et donc meilleur atomisation… Le DEBIT ou PRESSION de NEBULISATION Influence le temps de séjour de l’échantillon dans le plasma, et le SBR • Matrices simples •Utiliser le réglage donnant le meilleur SBR ou meilleure intensité nette, selon priorité limite de détection ou non • Matrices chargées (Végétaux,Terres, Eau de mer...) • Réduire le débit ou la pression pour augmenter le temps de séjour , sans trop perdre en signal et SBR

23 Paramètres du plasma La hauteur de visée dépend du caractère ionique ou atomique de la raie analysée • Raies I : elles se situent au début du canal central du plasma Hauteurs d’observations faibles • Raies II : elles sont après les raies I juste avant la zone de recombinaison Hauteurs d’observations plus élevées

24 Sur quel point agir? Plasma: température, nébulisation, gaz...
Spectromètre: résolution, intégration... Traitement des données: interférences... Environnement de travail

25 Paramètres du spectromètre
Résolution:normale (12-8 pm) ou haute (4-6 pm) Délai de lecture et temps de rinçage Temps d'intégration:fixe, 2 extrêmes, gamme Réplication: statistiques

26 Paramètres du spectromètre
Augmentation du temps d’intégration Diminution du bruit de fond Plus, on compte longtemps, plus on est sur de trouver la même chose car on s’éloigne des limites de quantification de l’appareil Comme LD est dépendante de l’écart type sur le blanc et qu’ici on améliore la répétabilité donc cet écart type… diminue donc les limites de détection.. Diminution des limites de détection 1 seconde 5 secondes 20 secondes Meilleure répétabilité (RSD)

27 Paramètres du spectromètre
1 seconde 5 secondes 20 secondes Pas de modification de l’intensité du signal

28 Sur quel point agir? Plasma: température, nébulisation, gas...
Spectromètre: résolution, intégration... Traitement des données: interférences... Environnement de travail

29 Traitement du signal Mesure en hauteur ou en surface de pics
Correction du bruit de fond Correction des interférences

30 Bruit de fond Lignes de bases structurées simples et complexes

31 autre ligne ou correction d'interférents
Interférences Chevauchement indirect ou direct de spectres attention ligne de base! autre ligne ou correction d'interférents

32 Corrections des interférences
IEC (Interelement Correction) Technique de correction des interférences spectrales dans laquelle la contribution des éléments interférents, à une longueur d'onde donnée, sur l'émission de l'élément analysé est soustraite à cette émission apparente après avoir été mesurée à d'autres longueurs d'onde.

33 Sur quel point agir? Plasma: température, nébulisation, gaz...
Spectromètre: résolution, intégration... Traitement des données: interférences... Environnement de travail

34 Environnement de travail
Pureté de l’air Propreté du matériel de travail (utilisation de gants) Pureté de l’eau et des réactifs ou solvants

35 Environnement de travail
ppm (mg/L) Eau du robinet Na 55.4 Mg 0.14 Al < 0.026 K 1.4 Ca 2.97 Mn < 0.02 Fe Cu Zn

36 Bilan

37 Pour améliorer la répétabilité
Limiter les variations du signal: Température du plasma constante Quantité et qualité d’échantillons constantes Optimiser arrivée de l’échantillon au plasma: délai avant lecture, temps d’intégration (bruit de décharge, saturation ou LD) Statistiques: nombre de réplications, hauteurs ou surface de pic Conditions de travail:Travailler en simultanée, en standardisation interne (effet de matrice), niveler la matrice.

38 Pour améliorer la sensibilité
Augmenter le rapport signal/bruit pour une concentration donnée: Diminuer la RSD (le sigma!) Augmenter le temps d’intégration, travailler en axial (on compte plus!) Diminuer le flux d’argon dans le plasma (réduction de la dilution des gaz) Augmenter le flux du nébuliseur (plus d’entrée, donc plus de comptage) Contrôler la propreté de l’environnement de travail

39 Pour améliorer la robustesse et diminuer l’effet de matrice
Limiter la variation du signal due à l'effet de matrice, donc Limiter l’arrivée de la matrice dans le plasma tout en amenant assez d’éléments à analyser: Pouvoir du RF élevé (forte puissance) Utiliser nébuliseur à faible rendement d’entrée (pneumatique) Diluer l’échantillon Jouer sur le temps de résidence dans le plasma