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ANÁLISIS ELEMENTAL DIRECTO DE MUESTRAS CLÍNICAS MEDIANTE ESPECTROMETRÍA DE
MASAS CON FUENTE DE IONIZACIÓN DE PLASMA ACOPLADO POR INDUCCIÓN
Águeda Cañabate López
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA, NUTRICIÓN Y BROMATOLOGÍA
FACULTAD DE CIENCIAS UNIVERSIDAD DE ALICANTE
ANÁLISIS ELEMENTAL DIRECTO DE MUESTRAS
CLÍNICAS MEDIANTE ESPECTROMETRÍA DE
MASAS CON FUENTE DE IONIZACIÓN DE
PLASMA ACOPLADO POR INDUCCIÓN
ÁGUEDA CAÑABATE LÓPEZ PD CIENCIAS EXPERIMENTALES Y BIOSANITARIAS
Tesis presentada para aspirar al grado de
DOCTOR POR LA UNIVERSIDAD DE ALICANTE
Dirigida por:
Prof. D. José Luis Todolí Torró
Prof. D. Martin Resano Ezcaray
La presente Tesis Doctoral ha sido financiada por una ayuda
predoctoral (UAFPU2015-5990) concedida por el Vicerrectorado de
Investigación y Transferencia del conocimiento de la Universidad de
Alicante y una ayuda predoctoral (ACIF/2016/042) concedida por la
Generalitat Valenciana.
Dr. D. SALVADOR ENRIQUE MAESTRE PEREZ, director del Departamento
de Química Analítica, Nutrición y Bromatología de la Facultad de
Ciencias de la Universidad de Alicante
Certifica que,
Dña. ÁGUEDA CAÑABATE LÓPEZ ha realizado, bajo la dirección del
profesor Dr. D. JOSÉ LUIS TODOLÍ TORRÓ (Departamento de Química
Analítica, Nutrición y Bromatología. Universidad de Alicante, Alicante,
España) y del profesor Dr. D. MARTIN RESANO EZCARAY (Departamento
de Química Analítica, Universidad de Zaragoza, Zaragoza, España), el
trabajo correspondiente a la obtención del Grado de Doctor en Ciencias
Experimentales y Biosanitarias titulado “ANÁLISIS ELEMENTAL DIRECTO
DE MUESTRAS CLÍNICAS MEDIANTE ESPECTROMETRÍA DE MASAS CON
FUENTE DE IONIZACIÓN DE PLASMA ACOPLADO POR INDUCCIÓN”
Alicante, junio de 2019
Fdo. Dr. D. Salvador Enrique Maestre Perez
El profesor Dr. D. JOSÉ LUIS TODOLÍ TORRÓ (Departamento de Química
Analítica, Nutrición y Bromatología. Universidad de Alicante, Alicante,
España) y el profesor Dr. D. MARTIN RESANO EZCARAY (Departamento
de Química Analítica. Universidad de Zaragoza, Zaragoza, España), en
calidad de directores de la Tesis Doctoral presentada por Dña. ÁGUEDA
CAÑABATE LÓPEZ, conducente a la obtención del Grado de Doctor en
Ciencias Experimentales y Biosanitarias titulada: “ANÁLISIS ELEMENTAL
DIRECTO DE MUESTRAS CLÍNICAS MEDIANTE ESPECTROMETRÍA DE
MASAS CON FUENTE DE IONIZACIÓN DE PLASMA ACOPLADO POR
INDUCCIÓN”
Certifican que,
la citada Tesis Doctoral se ha realizado en los laboratorios del
Departamento de Química Analítica, Nutrición y Bromatología de la
Universidad de Alicante y del Departamento de Química Analítica de la
Universidad de Zaragoza, y que, a su juicio, reúne los requisitos
necesarios y exigidos en este tipo de trabajos.
Alicante, junio de 2019
Fdo. Dr. D. José Luis Todolí Torró Fdo. Dr. D. Martin Resano Ezcaray
A todas las veces que
me dije que no podría
PhD. Águeda Cañabate López
Agradecimientos
Aunque suene descorcentante las palabras iniciales de esta Tesis
Doctoral suponen un fin a un ciclo, un hasta siempre a esta aventura y
un modo en el que agradecer tanto a tantas personas que me han
acompañado en este proyecto.
Todo empezó con una beca de colaboración en el Departamento
de Química Analítica, Nutrición y Bromatología de la Universidad de
Alicante, junto a Jose Luis Todolí como tutor. Jose Luis a ti te debo gran
parte de esta Tesis Doctoral, muchísimas gracias por pensar en qué yo
sería capaz de llevar a cabo este proyecto, aun cuándo yo ni siquiera
confiaba en que podría hacerlo. Gracias por acompañarme desde el
inicio hasta hoy, siempre con palabras de ánimo, me has hecho crecer
acádemica y personalmente.
Pero como dice la frase “si quieres llegar rápido camina sólo,
pero si quieres llegar lejos camina en grupo” yo no estaría escribiendo
estas palabras si no fuera por el grupo de investigación en el que he
realizado la tesis, especialmente gracias a las personas que lo
componen. Gracias Sole, Salva y Raquel por los momentos compartidos
en los cafés y las comidas, estos ratos han hecho que los días duros de
trabajo fueran más fáciles. Gracias Silvia por contagiarme de tu
positividad y a ti Juan Pedro gracias por los momentos de risa que me
has brindado y sigues haciéndolo, aunque ni siquiera sea tu intención.
Fani gracias por aparecer en este camino, tu valentía y tu entusiasmo
por la ciencia siempre han sido de gran inspiración para mi. Carlos
Agradecimientos
muchísimas gracias por ayudarme siempre, estoy segura de que
conseguirás todo lo que te propongas porque te lo mereces. Eres un
gran investigador, pero aún mejor persona. A ti Ángela sólo puedo
decirte un GRACIAS en mayúsculas, por iniciar este camino junto a mi y
no me refiero sólo a este proyecto. Gracias por las horas de estudio sin
importar el día, la hora o el sitio ya que siempre han sido momentos
que recordar, los ensayos de presentaciones, las preocupaciones
compartidas…gracias por lo vivido y lo que queda por vivir.
Esta aventura también ha tenido otros protagonistas algo más
lejos de Alicante, pero no por eso menos importantes. Muchísimas
gracias a Martin Resano, mi codirector de Tesis Doctoral junto a José
Luis Todolí. Gracias por acogerme en Zaragoza como si me conocieras
de toda la vida, por las charlas divertidas durante las largas horas en el
ICP-MS aunque fuera para meterte con Villena y mi acento. Eres de esas
personas que hacen que la gente que le acompaña se sienta cómoda y
agusto, gracias por apoyarme siempre con una sonrisa y un consejo en
todas las decisiones que he tomado. Como no también tengo que
agradecerte a ti, Esperanza, todo el cariño y apoyo que me brindaste
durante mi estancia en Zaragoza, fuiste como una madre en MARTE.
También agradecer a Maite, Charo, Diego, Raquel y Raúl con los que he
compartido largas horas de laboratorio durante las distintas estancias
en MARTE. A todos ellos gracias por los momentos compartidos. Me
llevo muchos recuerdos de esta aventura, incluido el calor que pasamos
en el laboratorio que nos hizo trabajar en horas intempestivas.
PhD. Águeda Cañabate López
Gracias también al grupo de investigación EMAB de la
Universidad de Oviedo, por dejarme formar parte durante 3 meses de
él. Gracias Jörg, María, Elisa, Xavi, Mario, Alejandro, Dani y Robert por
los momentos compartidos en el laboratorio, aunque mi visita os dio
más que un dolor de cabeza ya que conmigo llegaron las tormetas
eléctricas y los sufrimientos por el ICP-MS. No me olvido de las CHICAS
EMAB, muchísimas gracias a Silvia y Jeni por acogerme como una más y
ayudarme en todo lo que necesitaba.
Pero en estas líneas también quiero agradecer a todas las
personas que no sólo han formado parte de este proyecto, sino que
forman parte del proyecto de mi vida. Muchísimas gracias a Cristina por
apoyarme, escucharme, aconsejarme…sin tu saberlo has sido una parte
muy importante en esta etapa, pero lo más importante es que sigues
siéndolo en cada una de las etapas. Mil gracias también a Tania por tus
llamadas por Skype, por tus ánimos y por escucharme, aunque no
entendieras ni de lo que te estaba hablando, gracias por dar tanto sin
pedir nada a cambio. Gracias también al resto de amigos, a los que
están y a los que estuvieron por sus ánimos y por las comidas, cenas,
fiestas…que hemos disfrutado y me han dado ánimos en los momentos
duros del camino.
Por último, pero no por eso menos importante gracias mamá y
papá por estar ahí siempre, en las buenas y en las malas apoyándome
en cada una de las decisiones que he tomado sin juzgarlas, y sobretodo
por acompañarme en mis aventuras haciéndolas también vuestras,
aunque en alguna que otra os haya dado algún susto. Muchísimas
Agradecimientos
gracias a mi hermana Mvirtu, porque su espíritu de positividad, fuerza
y valentía siempre te contagían y te dan fuerzas para seguir, para
sobreponerte y para disfrutar de cada una de las aventuras que te
brinda la vida. Gracias por preocuparte siempre por mi. También quiero
agradecer a mi cuñado, por ser uno más en la familia y tratarme como
a una hermana, siempre aportándonos momentos de risa a esta familia
ya de por si un poco loca. Como no, agradecer al último integrante de
la familia, Alejandro, porque, aunque aparecieses a mitad de este
proyecto siempre me has apoyado y animado en el camino, aunque eso
significase estar lejos y hablar mucho por teléfono, cosa que odias.
Gracias por aparecer y no desaparecer nunca.
i
PhD. Águeda Cañabate López
Lista de contenido
List of acronyms and abbreviatures ............................................. vii
Lista de figuras .............................................................................. xi
Lista de tablas ...............................................................................xxi
Resumen ......................................................................................... 1
1. Introducción ............................................................................. 19
1.1. Sistema de introducción de muestra ................................... 23
1.1.1. Nebulizadores .................................................................... 25
1.1.2. Cámaras de nebulización ................................................... 33
1.1.2.1. Cámara de nebulización de doble paso o Scott......... 36
1.1.2.2. Cámara de nebulización de tipo ciclónica ................. 38
1.1.2.3. Cámara de nebulización de paso simple ................... 39
1.1.2.4. Cámara de nebulización con volumen interior reducido
................................................................................................ 40
1.2. Sistema de introducción de muestra con sistema de
desolvatación ............................................................................... 41
1.3. Plasma ................................................................................... 44
1.4. ICP-MS .................................................................................. 47
ii
Lista de contenido
1.4.1. Interfaz .............................................................................. 47
1.4.2. Sistema de focalización iónica ........................................... 49
1.4.3. Analizador de masas .......................................................... 50
1.4.4. Detector ............................................................................. 60
1.4.5. ICP-MS Agilent 7700x ........................................................ 62
1.4.6. ICP-MS NexION 300x ......................................................... 66
1.5. Sistema de introducción de muestra de antorcha integrada a
alta temperatura (hTISIS) ............................................................ 70
1.6. Referencias ........................................................................... 79
Trabajos Publicados ..................................................................... 91
2. Comparison of a high temperature torch integrated sample
introduction system with a desolvation system for the analysis of
microsamples through inductively coupled plasma mass
spectrometry ............................................................................... 93
2.1. Abstract ................................................................................ 97
2.2. Introduction .......................................................................... 98
2.3. Experimental ...................................................................... 101
2.3.1. Chemicals and samples ................................................... 101
iii
PhD. Águeda Cañabate López
2.3.2. Instrumentation ............................................................... 103
2.4. Results and discussion ........................................................ 105
2.4.1. Studies under continuous introduction mode ................ 107
2.4.1.1. Doubly charged ions and oxide ratios ..................... 113
2.4.1.2. Memory effects and signal stability......................... 115
2.4.2. Studies under air-segmented sample introduction mode
................................................................................................... 118
2.4.2.1. Sensitivity and limits of detection .......................... 118
2.4.2.2. Memory effects ....................................................... 122
2.4.3. Matrix effects .................................................................. 123
2.4.3.1. Synthetic solutions................................................... 123
2.4.3.2. Spiked reference materials ...................................... 131
2.5. Conclusions ......................................................................... 134
2.6. Acknowledgements ............................................................ 135
2.7. References .......................................................................... 136
3. Analysis of whole blood by ICP-MS equipped with a high
temperature total sample consumption system ....................... 145
3.1. Abstract .............................................................................. 149
iv
Lista de contenido
3.2. Introduction ........................................................................ 150
3.3. Experimental ...................................................................... 153
3.3.1. Chemicals and samples ................................................... 153
3.3.2. Instrumentation ............................................................... 154
3.4. Results and discussion ........................................................ 157
3.4.1. Effect of hTISIS temperature on the sensitivity and
comparison with the Cyclonic spray chamber .......................... 157
3.4.2. Comparison between continuous and air segmented-flow
modes ........................................................................................ 166
3.4.3. Effect of the sample introduction system on the signal
stability ...................................................................................... 168
3.4.4. Matrix effects .................................................................. 170
3.4.5. Oxides and doubly charged ions ..................................... 173
3.4.6. Analysis of blood reference material (RM) ..................... 175
3.4.7. Analysis of real samples .................................................. 177
3.5. Conclusions ......................................................................... 184
3.6. Acknowledgements ............................................................ 185
3.7. References .......................................................................... 186
v
PhD. Águeda Cañabate López
4. Cerebrospinal fluid elemental analysis by using a total sample
consumption system operated at high temperature adapted to
inductively coupled plasma mass spectrometry ....................... 195
4.1. Abstract .............................................................................. 199
4.2. Introduction ........................................................................ 200
4.3. Experimental ....................................................................... 205
4.3.1. Chemicals and samples.................................................... 205
4.3.2. Instrumentation ............................................................... 206
4.4. Results and discussion ........................................................ 208
4.4.1. Optimization of the chamber temperature and comparison
of the hTISIS with the double pass spray chamber ................... 209
4.4.2. Validation of the proposed methodology ....................... 213
4.4.3. Oxides and doubly charged ions ..................................... 216
4.4.4. Non-spectral interference ............................................... 218
4.4.5. Analysis of real samples .................................................. 223
4.5. Conclusions ......................................................................... 227
4.6. Acknowledgements ............................................................ 228
4.7. References .......................................................................... 229
Conclusiones generales .............................................................. 237
vi
Lista de contenido
Futuros estudios ........................................................................ 243
Impacto científico ...................................................................... 247
vii
PhD. Águeda Cañabate López
List of acronyms and abbreviatures
α Significance level
AAS Atomic absorption spectrometry
CR Ratio concentration
CNS Central nervous system
CRM Certified reference material
CSF Cerebrospinal fluid
Cy Cyclonic spray chamber
ETV Electrothermal vaporization
HEN High efficiency nebulizer
HG-AFS Hybride generation atomic fluorescence spectroscopy
HMI High matrix introduction system/device
hTISIS High temperature torch integrated sample introduction
system
ICP Inductively coupled plasma
ICP-MS Inductively coupled plasma - mass spectrometry
ICP-MS/MS Inductively coupled plasma - tandem mass spectrometry
viii
List of acronyms and abbreviatures
ICP-QMS Inductively coupled plasma - quadrupole mass
spectrometry
ICP-SFMS Inductively coupled plasma - sector field mass
spectrometry
ICP-TOF-MS Inductively coupled plasma - time of light - mass
spectrometry
ICP-OES Inductively coupled plasma - optical emission
spectroscopy
Iri Relative intensity
JAAS Journal of analytical atomic spectrometry
KED Kinetic energy discrimination
LA Laser ablation
LOD Limit of detection
LOQ Limit of quantification
NRC National Research Council Canada
ORS Octopole reaction system
p Probability
PFA Perfluoroalkoxy
PP Polypropylene
ix
PhD. Águeda Cañabate López
PTFE Polytetrafluoroethylene
Qg Nebulizer gas flow rate
Ql Sample flow rate
R Resolving power
RP-HPLC Reversed phase High-performance liquid
chromatography
RSD Relative standard deviation
RM Reference material
RT Room temperature
sb Standard deviation
SAB Spectrochimica acta part B
TXRF Total reflection x-ray fluorescence
VAMS Volumetric absorptive micro sampling
v/v volumen/volumen dilution
w/w weight/weight dilution
x
List of acronyms and abbreviatures
xi
PhD. Águeda Cañabate López
Lista de figuras
Figura 1.1. Esquema de los componentes principales de los
espectrómetros de ICP-OES e ICP-MS................................................... 22
Figura 1.2. Esquema de los componentes de los sistemas de
introducción de muestra más empleados para el análisis de muestras
líquidas .................................................................................................. 25
Figura 1.3. Esquema de la geometría de los nebulizadores neumáticos
más empleados. (a) Concéntrico; (b) Flujo cruzado; (c) Alto contenido
en sólidos; (d) Paso paralelo. ................................................................ 27
Figura.1.4. Esquema de un nebulizador neumático concéntrico ......... 28
Figura 1.5. Esquema de un nebulizador neumático de flujo cruzado .. 29
Figura 1.6. Esquema de un nebulizador neumático de alto contenido en
sólidos ................................................................................................... 30
Figura 1.7. Esquema de un nebulizador neumático de paso paralelo…31
Figura.1.8. Imagen del micronebulizador de alta eficacia utilizado
durante el desarrollo de la presente Tesis Doctoral ............................. 32
Figura 1.9. Esquema de los principales fenómenos de transporte que
ocurren en la cámara de nebulización .................................................. 35
Figura 1.10. (a) Esquema de una cámara de nebulización de doble paso;
(b) Imagen de una cámara de doble paso dónde se reflejan las zonas de
impacto del aerosol .............................................................................. 37
xii
Lista de figuras
Figura 1.11. (a) Esquema de una cámara de nebulización de tipo
ciclónica; (b) Imagen de una cámara de tipo ciclónica dónde se reflejan
las zonas de impacto del aerosol .......................................................... 38
Figura.1.12. Esquema de una cámara de nebulización de paso simple
............................................................................................................ …39
Figura 1.13. Esquema de una cámara de nebulización de paso simple
con superficie de impacto... .................................................................. 40
Figura 1.14. Esquema de un sistema de introducción de muestra
compuesto por un sistema de desolvatación. ...................................... 42
Figura 1.15. (a) Esquema de los componentes del sistema de
desolvatación APEX; (b) Sistema de desolvatación APEX ..................... 43
Figura.1.16. Esquema de la antorcha y el plasma ................................ 44
Figura 1.17. Esquema de la transformación que sufre el analito en el
plasma ................................................................................................... 46
Figura 1.18. Esquema de los componentes de un equipo ICP-MS ....... 47
Figura 1.19. Imagen de un cono separador y un cono de muestreo ... 48
Figura.1.20. Esquema del sistema de focalización de iones del ICP-MS
NexION 300X de Perkin Elmer .............................................................. 50
Figura 1.21. Esquema de la eliminación de la interferencia poliatómica
en la determinación de 56Fe usando NH3 como gas reactivo en una celda
de reacción en ICP-MS .......................................................................... 56
xiii
PhD. Águeda Cañabate López
Figura 1.22. Esquema de un espectrómetro ICP-MS/MS ..................... 57
Figura 1.23. Esquema de las diferentes estrategias seguidas en ICP-
MS/MS para minimizar y/o eliminar interferencias entre el analito (m1)
y el interferente (m1). (a) on-mass mode; (b) y (c) mass-shift mode ... 59
Figura 1.24. Esquema del paso de un electrón a través de un canal
multplicador de electrones ................................................................... 61
Figura 1.25. Imagen del ICP-MS Agilent 7700x usado en los Capítulos 2,
3 y 4 ...................................................................................................... 62
Figura.1.26. Esquema de los componentes del ICP-MS Agilent 7700x..
............................................................................................................... 63
Figura 1.27. (a) Sistema de introducción de muestra del ICP-MS 7700x
Agilent; (b) Accesorio HMI ................................................................... 64
Figura 1.28. Esquema del proceso que tiene lugar en el detector
multiplicador de electrones del ICP-Ms Agilent 7700x ......................... 65
Figura 1.29. Imagen del ICP-MS NexION 300X con vistas del interior . 66
Figura.1.30. Esquema de los componentes principales del ICP-MS
NexION 300X Perkin Elmer ................................................................... 67
Figura 1.31. Esquema de la interfaz y el sistema de focalización iónica
del ICP-MS NexION 300X Perkin Elmer ................................................ 68
Figura 1.32. Esquema del sistema de introducción de muestra hTISIS...
............................................................................................................... 70
xiv
Lista de figuras
Figura 1.33. Intensidad iónica (cps) para 55Mn en ICP-MS con un sistema
convencional (cámara de nebulización Scott) y hTISIS a distintas
temperaturas bajo inyección segmentada ........................................... 73
Figura 1.34. Intensidad de emisión para B 249.773 nm al pasar de una
disolución de 10 µg mL-1de B a agua destilada con una cámara cinnabar
(línea discontinua) y el sistema hTISIS (línea continua) ....................... 76
Figura 1.35. Recuperación obtenida para cuatro muestras reales de
bioetanol dopadas con 250 mg L-1 usando el sistema hTISIS bajo
inyección segmentada .......................................................................... 77
Figure 2.1. Strategy followed to perform the experiments carried out in
the present study ................................................................................ 106
Figure 2.2. (a) 55Mn, (b) 111Cd and (c) 208Pb intensity measured for 100
µg L-1 multielemental solutions at four different hTISIS wall
temperatures, four modes of the APEX system and the Scott spray
chamber. Ql = 20 µL min-1. Error bars correspond to the standard
deviation obtained from 5 consecutive replicates ............................. 109
Figure 2.3. Limits of detection (ng L-1) obtained by using the double pass
spray chamber, the APEX and the hTISIS at different temperatures. Ql=
20 µL min-1. To make the bars visible, the values for 59Co, 63Cu, 88Sr,
111Cd, 137Ba and 208Pb have been multiplied by a factor of 5 ............. 112
Figure 2.4. Ce++/Ce+ and CeO+/Ce+ ratios obtained for 100 µg L-1
multielemental solutions at four different hTISIS wall temperatures,
four modes of the APEX system and the Scott spray chamber. The
signals obtained for Ce++ and for CeO+ have been multiplied by 100. Ql =
xv
PhD. Águeda Cañabate López
20 µL min-1. Error bars correspond to the standard deviation obtained
from 5 consecutive replicates ............................................................. 114
Figure 2.5. Recordings corresponding to the 55Mn signal variation
versus time when switching from ultra-pure water to a 100 g L-1
multielemental solution to ultra-pure water. (a) double pass Scott
chamber; (b) APEX 140 °C/2 °C and, (c) hTISIS at 200 °C. Ql = 20 µL min-
1 ........................................................................................................... 116
Figure 2.6. 55Mn Transient signals obtained in air-segmented flow
injection mode with the different sample introduction systems
considered. (a) double pass Scott chamber; (b) APEX 140 °C/2 °C; (c)
hTISIS at room temperature; and, (d) hTISIS at 200 °C. Matrix: ultra-pure
water. Concentration: 100 µg L-1. Injected sample volume: 5 µL ....... 119
Figure 2.7. Limits of detection (ng L1) obtained with the different sample
introduction systems using discrete sample introduction mode.
Inyected sample volume: 5 µL. To make the bars visible, values for 59Co
and 208Pb were multiplied by a factor of 10 ....................................... 121
Figure 2.8. Relative intensity (Iri) for a 2% CH3OH solution referred to
the intensity obtained in 1.5% nitric acid solution. Black bars: Scott
spray chamber; Grey bars: hTISIS at 200 °C; White bars: APEX at 140
°C/2°C. Concentration: 100 µg L-1. Continuous sample aspiration mode.
Ql= 20 µL min-1. Error bars correspond to the standard deviation
obtained from 5 consecutive replicates ............................................. 124
Figure 2.9. Relative intensity (Iri) for a 2% CH3OH solution referred to
the intensity obtained in 1.5% nitric acid solution. Black bars: Scott
xvi
Lista de figuras
spray chamber; Grey bars: hTISIS at 200 °C; White bars: APEX at 140
°C/2 °C. Concentration: 100 µg L-1. Volume injected: 5 µL. Error bars
correspond to the standard deviation obtained from 5 consecutive
replicates ............................................................................................. 126
Figure 2.10. Relative intensity (Iri) for 10% nitric acid referred to the
intensity obtained in 1.5% nitric acid solution. Black bars: Scott spray
chamber; Grey bars: hTISIS at 200 °C; White bars: APEX at 140 °C/2 °C.
Concentration: 100 µg L-1. Continuous sample aspiration mode. Ql = 20
µL min-1. Error bars correspond to the standard deviation obtained from
5 consecutive replicates ...................................................................... 127
Figure 2.11. Relative intensity (Iri) for the matrix made of 70% (v/v)
acetonitrile in water, 15 mmol L-1 ammonium acetate and 0.5 % formic
acid referred to the intensity obtained in 1.5% HNO3. Black bars: Scott
spray chamber; Grey bars: hTISIS at 200 °C; White bars: APEX at 140
°C/2 °C. Air-segmented injection mode. Injected volume: 2.5 µL. Error
bars correspond to the standard deviation obtained from 5 consecutive
replicates ............................................................................................. 129
Figure 2.12. Relative intensity (Iri) for 70% (v/v) acetonitrile in water, 15
mmol L-1 ammonium acetate and 0.5% formic acid referred to the
intensity obtained in 1.5% HNO3 for hTISIS at different temperatures.
Black bars: 146Nd; Grey bars: 153Eu; Dashed bars: 157Gd; White bars: 166Er.
Air-segmented injection mode. Injected volume: 2.5 µL. Error bars
correspond to the standard deviation obtained from 5 consecutive
replicates ............................................................................................. 130
xvii
PhD. Águeda Cañabate López
Figure 3.1. Effect of the hTISIS temperature on the sensitivity (using
peak area values) normalized with respect to the cyclonic spray
chamber. A dilution factor of 1:50 and air-segmented injection mode
(injected volume: 5 µL) were used. Experiments were performed with a
NexION 300X ICP-MS. Error bars were calculated according to error
propagation (n=5) ............................................................................... 160
Figure 3.2. Effect of the dilution factor on the sensitivity (using peak
area values) normalized with respect to the Cyclonic spray chamber at
(a) room temperature and (b) 200 °C hTISIS temperature. Injection was
performed under the air-segmented (5 µL) mode. Experiments were
performed with a NexION 300X ICP-MS ............................................. 162
Figure 3.3. Sensitivities obtained with the hTISIS were normalized to
those encountered with the cyclonic spray chamber, both in
continuous- and segmented-flow regimes. Blood samples were diluted
to 1:25 with deionized water. The hTISIS temperature was set at 200 °C.
The dashed bars represent the continuous mode, whereas the dotted
bars represent the segmented-flow (10 µL) injection mode. A NexION
300X ICP-MS was used for this experiment. Error bars were calculated
according to error propagation (n=5) ................................................. 167
Figure 3.4. Intensity ratios obtained for two different sample dilutions
(1:25 and 1:10) under different operating conditions in (a) continuous
injection and (b) 5 µL air-segmented injection. A NexION 300X ICP-MS
was used for this experiment. Error bars were calculated according to
error propagation (n=5) ...................................................................... 172
xviii
Lista de figuras
Figure 3.5. Variation of the 63Cu, 110Cd (values for Cd have been
multiplied by a factor of 1000) signal intensities, and barium oxide and
doubly charged ions ratios, with the hTISIS temperature and for the
cyclonic spray chamber in air-segmented mode (injected volume: 10
µL). A NexION 300X ICP-MS was used for this experiment. Error bars
were calculated according to the standard deviation obtained from the
absolute standard deviation (n=5) ...................................................... 174
Figure 4.1. Effect of the hTISIS temperature on the peak area normalized
with respect to the double pass spray chamber. The CSF sample was
spiked with 20 µg element L-1
. Error bars were calculated using error
propagation (n=5) ............................................................................... 210
Figure 4.2. 51V transient signals obtained for the double pass spray
chamber (a) and the hTISIS operated at 200 °C (b). The CSF sample was
spiked with 20 µg element L-1 ............................................................. 212
Figure 4.3. Peak area RSD (n=5) for the Scott spray chamber and hTISIS
at 200 °C. Grey bars: double pass spray chamber; green bars: hTISIS at
200 °C ................................................................................................. 214
Figure 4.4. Variation of cerium oxide (grey bars) and doubly charged
ions ratios (red bars) for the hTISIS and the Scott spray chamber
normalized with respect to the data found at 200 °C. Error bars were
calculated using error propagation (n=5) ........................................... 217
Figure 4.5. Relative elemental concentrations, CR, obtained for the two
calibration methods evaluated. (a) Double pass spray chamber; (b)
hTISIS at 200°C. Sample C .................................................................. 220
xix
PhD. Águeda Cañabate López
Figure 4.6. Recoveries for (a) Scott spray chamber and (b) hTISIS at
200°C for five CSF real samples spiked with 20 µg element L-1 .......... 222
xx
Lista de figuras
xxi
PhD. Águeda Cañabate López
Lista de tablas
Tabla 1.1. Comparación de los tres tipos de analizadores de masa
usados en ICP-MS en cuanto a poder de resolución y velocidad de
escaneo ................................................................................................. 53
Tabla 1.2. Ejemplos de interferencias isobáricas, de iones de carga
múltiple e interferencias poliatómicas. ................................................ 55
Tabla 1.3. Listado de muestras que han sido estudiadas bajo el sistema
de introducción de muestra hTISIS ....................................................... 72
Tabla 1.4. LODs (ng mL-1) obtenidos por ICP-MS para una muestra 50%
etanol/agua con diferentes sistemas de introducción de muestra con
inyección segmentada. ......................................................................... 75
Table 2.1. ICP-MS operating conditions ............................................. 104
Table 2.2. Concentrations found with the different sample introduction
systems for two spiked (50 µg L-1) RMs .............................................. 133
Table 3.1. ICP-MS operating conditions ............................................. 156
Table 3.2. Limits of detection (ng L-1) obtained for the different
elements in the reference material (Seronorm Trace Elements Whole
Blood L-2) under segmented-flow injection mode with the cyclonic
chamber and hTISIS and with the two ICP-MS spectrometers ........... 165
Table 3.3. Signal stability for the two sample introduction systems
tested (NexION 300X ICP-MS Instrument) .......................................... 169
xxii
Lista de tablas
Table 3.4. Element concentrations (µg L-1) found for whole blood in
continuous aspirations and segmented-flow injection modes .......... 176
Table 3.5. Element concentrations (in µg L-1) and recoveries found for
the 1:10 whole blood diluted reference sample. Injected volume: 2.5
µL ......................................................................................................... 179
Table 3.6. Elemental concentrations (in µg L-1) found for three real
samples .............................................................................................. 181
Table 3.7. Elemental concentrations (µg L-1) found in the VAMS tips .....
............................................................................................................. 183
Table 4.1. Human CSF main components and examples of spectral ICP-
MS interference caused by the matrix ............................................... 204
Table 4.2. ICP-MS operating conditions. ............................................ 207
Table 4.3. Limits of detection and quantification (µg L-1) obtained in
segmented-flow injection mode for different elements with the double
pass spray chamber and hTISIS at 200 °C ........................................... 215
Table 4.4. Elemental concentrations (in µg L-1) found for five real
samples of CSF by both calibration methods using hTISIS at 200°C ... 224
Table 4.5. Elemental concentrations (in µg L-1) found for six CSF real
samples obtained using hTISIS at 200°C with external calibration ... 226
RESUMEN
3
PhD. Águeda Cañabate López
La presente Tesis Doctoral ha sido desarrollada en el Departamento de
Química Analítica, Nutrición y Bromatología de la Universidad de
Alicante, en colaboración con el Departamento de Química Analítica de
la Universidad de Zaragoza. Dicha tesis tiene como objetivo principal el
desarrollo de nuevos métodos analíticos para el análisis de muestras
complejas, como son las muestras clínicas, mediante la técnica
espectrometría de masas con fuente de ionización de plasma de
acoplamiento inductivo (ICP-MS).
La técnica ICP-MS (del inglés Inductively Coupled Plasma Mass
Spectrometry) suministra datos acerca de las concentraciones de
elementos minoritarios y/o trazas. Destacan como principales ventajas
su carácter multielemental, extremadamente bajos límites de
detección y amplio intervalo dinámico.
El análisis de muestras clínicas mediante ICP-MS presenta varias
dificultades. Entre ellas encontramos que el volumen de muestra
disponible suele ser muy bajo, lo que hace que se necesiten métodos
analíticos que supongan un bajo consumo de muestra. Además, las
matrices de dichas muestras suelen ser complejas. Como consecuencia,
los resultados obtenidos en ICP-MS pueden ser erróneos debido a los
efectos de matriz. Con objeto de reducir dichas interferencias, se puede
proponer la digestión y posterior dilución de la muestra. Sin embargo,
esta etapa provoca la eliminación de, únicamente, los componentes
orgánicos de la misma. Además, el tiempo de análisis se incrementa
notablemente y la concentración de los elementos minoritarios o traza,
puede caer por debajo de los límites de detección debido a la inevitable
4
Resumen
dilución del proceso. Otro problema con el que nos podemos encontrar
en este tipo de muestras es que no existen materiales de referencia
para todo tipo de muestras clínicas. Por lo tanto, se necesita el
desarrollo de métodos analíticos exactos de análisis elemental. La
alternativa explorada en el marco de la presente Tesis Doctoral consiste
en un sistema de consumo total de muestra llamado hTISIS (high
temperature Torch Integrated Sample Introduction System). Este
sistema ha sido desarrollado por el grupo de investigación donde se ha
realizado la presente Tesis Doctoral y consiste básicamente en una
cámara de paso simple con un volumen interior reducido acoplada a
una resistencia que permite la calefacción de las paredes de dicha
cámara. Este sistema puede emplearse en dos modos de introducción
de muestra: (i) aspiración continua, con caudales líquidos del orden de
los microlitros por minuto; e (ii) inyección segmentada, inyectando cada
cierto tiempo entre 1.5 y 10 µL de muestra. Este sistema, por tanto, nos
permite el consumo de una pequeña cantidad de disolución, lo cual es
una ventaja en el caso del análisis de muestras clínicas. Además, al
calentarse las paredes de la cámara (al trabajar a elevadas
temperaturas) se produce la evaporación del disolvente. De esta
manera, se consigue una eficacia de transporte del analito cercana al
100%, independientemente de la matriz de la que se trate. De este
modo, se pueden mitigar e incluso eliminar las interferencias
provocadas por la matriz de la muestra. Por último, acoplando dicho
sistema de introducción de muestra a un equipo ICP-MS se ha
observado un aumento en la sensibilidad y una disminución en los
límites de detección con respecto al uso de sistemas convencionales.
5
PhD. Águeda Cañabate López
Por lo tanto, usando el sistema de introducción de muestras
hTISIS acoplado a ICP-MS se podría llevar a cabo un análisis elemental
de muestras biológicas usando patrones acuosos para la calibración
externa. Por consiguiente, la presente Tesis Doctoral tiene como
principales objetivos:
1. Comparar el sistema consumo total de muestra (hTISIS) con otros
sistemas de introducción de muestra de elevada eficacia para el
análisis de muestras líquidas.
2. Desarrollar un método analítico que permita el análisis de sangre
con dilución como único tratamiento de muestra. Para ello se
compararán varios sistemas de introducción de muestra y se
optimizarán las mejores condiciones para llevar a cabo este
análisis, así como la validación de dicho método.
3. Realizar el análisis de muestras reales de sangre usando
calibración externa con patrones acuosos como método de
calibración.
4. Desarrollar un método analítico de análisis directo de líquido
cerebroespinal, sin tratamiento de muestra. Para ello se
compararán varios sistemas de introducción de muestra, con el
objetivo de optimizar las mejores condiciones para dicho análisis
y posterior validación del método desarrollado.
5. Cuantificar los elementos de interés en muestras reales de líquido
cerebroespinal, mediante calibración externa con patrones
acuosos.
6
Resumen
Todos estos objetivos se presentan de forma detallada en cuatro
capítulos a lo largo de la presente Tesis Doctoral. El Capítulo 1 contiene
una introducción en la que se exponen los aspectos necesarios para la
comprensión del estado de la temática desde un punto de vista
analítico. El Capítulo 2 se centra en el primer objetivo propuesto
anteriormente. El Capítulo 3 dedica su atención al segundo y tercer
objetivos expuestos, mientras que el Capítulo 4 aborda el cuarto y
quinto objetivos. Por último, cabe mencionar que los Capítulos 2, 3 y 4
han sido publicados en diferentes revistas. El Capítulo 2 ha sido
publicado en la revista Spectrochimica Acta Part B (SAB) con un factor
de impacto de 2.854, mientras que los Capítulos 3 y 4 han sido
publicados en la revista Journal of Analytical Atomic Spectrometry
(JAAS) con un factor de impacto de 3.608.
7
PhD. Águeda Cañabate López
Capítulo 1. Introducción.
En el Capítulo 1 se presentan los principales componentes y los
aspectos fundamentales de la técnica de plasma con acoplamiento
inductivo (ICP).
En primer lugar, se describen de forma general los distintos
sistemas de introducción de muestra más comunes en función del tipo
de muestra que se quiera analizar (sólida, liquida o gaseosa). A
continuación, se hace una revisión de los sistemas empleados para el
análisis de las muestras líquidas. Así, se hace una revisión de los
distintos nebulizadores y cámaras de nebulización más comunes que
componen un sistema de introducción de muestra, con el objetivo de
que la muestra líquida llegue al plasma en forma de aerosol fino y
monodisperso. En esta parte del capítulo, se introducen por tanto los
procesos que sufre la muestra a lo largo de su paso a través de cada uno
de estos componentes (la formación del aerosol y los fenómenos de
transporte que sufre este aerosol en la cámara de nebulización).
Posteriormente, se introducen los aspectos generales de un sistema de
desolvatación de muestras líquidas. Se trata de un dispositivo
desarrollado con el objetivo de eliminar el disolvente del aerosol antes
de que este alcance el plasma para poder realizar un correcto análisis
de la muestra.
En segundo lugar, se muestran aspectos básicos relacionados
con la generación del plasma y los procesos que sufre el analito durante
su paso a través de él.
8
Resumen
A continuación, se explican cada uno de los componentes de un
equipo de espectrometría de masas con fuente de ionización de plasma
acoplado inductivamente (ICP-MS). Así, se hace un análisis de la
interfaz, el sistema de focalización iónica, el analizador de masas y el
detector. Además, se discuten las configuraciones básicas de cada uno
de los equipos ICP-MS empleados durante el desarrollo de la presente
Tesis Doctoral, prestando especial atención a la interfaz plasma-
espectrómetro de masas, analizador y detector.
Por último, se describe el sistema hTISIS. En el capítulo se hace
una revisión de dicho sistema de introducción de muestra y de las
aplicaciones para las que ha sido usado hasta el momento, así como las
ventajas que presenta frente a otros sistemas de introducción de
muestra convencionales.
9
PhD. Águeda Cañabate López
Capítulo 2. Comparison of a high temperature torch integrated sample
introduction system with a desolvation system for the analysis of
microsamples through inductively coupled plasma mass spectrometry.
El Capítulo 2 tiene como principal objetivo la comparación de varios
sistemas de introducción de muestra, tomando como referencia una
cámara de nebulización de doble paso. Concretamente, se han
evaluado el sistema hTISIS desarrollado por el grupo de investigación
donde se ha desarrollado la presente Tesis Doctoral y un sistema de
desolvatación conocido como APEX. Todos los sistemas de introducción
de muestra han sido acoplados al ICP-MS Agilent 7700x descrito en el
Capítulo 1.
En todos los sistemas de introducción de muestra comparados
en este capítulo se ha empleado un micronebulizador de alta eficacia y
la introducción de muestra se ha realizado en dos modos: (i) aspiración
continua a un caudal líquido de 20 µL min-1; e (ii) inyección segmentada
de 2.5-5 µL de patrones y/o muestra.
En primer lugar, se han comparado los sistemas de introducción
de muestra principalmente en términos de sensibilidad, límites de
detección, y efectos de memoria para una disolución multielemental de
100 µg L-1. En aspiración continua, la sensibilidad y los límites de
detección obtenidos para el sistema hTISIS trabajando a las
temperaturas estudiadas (80 °C, 150 °C y 200 °C) y el sistema APEX en
los distintos modos de trabajo fueron similares. En cambio, en inyección
segmentada sí que se encontraron diferencias en cuanto a sensibilidad
y límites de detección. Así, con el sistema hTISIS se obtuvieron LODs
10
Resumen
hasta 12 veces menores que los obtenidos para el sistema APEX. En
cuanto a efectos de memoria, se ha medido el tiempo necesario para
que la señal obtenida para una disolución patrón de 100 µg L-1 caiga al
5% de su valor cuando se introduce agua ultrapura. En el caso de la
inyección segmentada se ha comparado el ancho del pico obtenido para
los distintos sistemas. En ambos modos se ha constatado que para el
sistema hTISIS trabajando a 200 °C los efectos de memoria eran
menores que para el sistema APEX y el sistema de referencia.
En segundo lugar, se han estudiado los efectos de matriz o
interferencias no espectrales. Con dicho objetivo se han analizado tres
matrices: (i) 2% de metanol en agua, ya que se trata de una matriz muy
utilizada como fase móvil en técnicas cromatográficas; (ii) 10% ácido
nítrico en agua, que es una posible matriz obtenida tras la digestión de
muestras sólidas; y (iii) matriz compuesta por 70% de acetonitrilo, ácido
fórmico y acetato de amonio, la cuál se trata también de una matriz
muy empleada como fase móvil en algunos tipos de cromatografía. En
cuanto a la matriz del 2% de metanol, el sistema que mejor resultado
dio fue el sistema hTISIS trabajando a 200 °C, ya que no se encontraron
diferencias en sensibilidad para los analitos bajo estudio entre la
disolución con 2% metanol y la disolución patrón que contenía un 1.5%
de ácido nítrico. Esto confirma que, a esa temperatura, se ha producido
la evaporación completa del disolvente en el interior de la cámara de
calefacción y, por tanto, su naturaleza no tiene efecto alguno sobre la
masa de analito transportada al plasma. Sin embargo, en el caso de la
matriz del 10% de ácido nítrico no se pudieron mitigar los efectos de
matriz con ninguno de los tres sistemas comparados. En lo que respecta
11
PhD. Águeda Cañabate López
a la matriz hidro-orgánica, el estudio se realizó con una muestra que
contenía complejos lantánidos en modo de inyección segmentada. Los
resultados obtenidos demostraron que, optimizando las condiciones
del sistema hTISIS, se podía conseguir la mitigación de los efectos de
matriz en este tipo de muestras, mientras que con los otros dos
sistemas esto no fue posible.
En la última parte del Capítulo 2 se realiza el análisis de dos
muestras certificadas tanto en modo de aspiración continua como en
inyección segmentada: (i) agua de mar; y (ii) krill. Ambas muestras se
doparon con una disolución multielemental hasta una concentración de
50 µg L-1. Con el sistema hTISIS a 200 °C se obtuvieron resultados
concordantes con las concentraciones reales, mientras que el sistema
de referencia y el APEX fueron más sensibles a los efectos de la matriz.
12
Resumen
Capítulo 3. Analysis of whole blood by ICP-MS equipped with a high
temperature total sample consumption system.
El Capítulo 3 de la presente Tesis Doctoral tiene como principal objetivo
el desarrollo de un nuevo método para llevar a cabo la determinación
elemental en muestras de sangre mediante el sistema hTISIS
previamente descrito en el Capítulo 1.
En primer lugar, se ha comparado el sistema hTISIS frente a un
sistema de introducción de muestra convencional (una cámara de
nebulización ciclónica) en sus dos modos de introducción de muestra:
(i) aspiración continua a un caudal liquido de 33 µL min-1; e (ii) inyección
segmentada de 2.5-10 µL de patrones y/o muestras. Ambos sistemas se
han acoplado a un espectrómetro de ICP-MS, concretamente el NexION
300X y como muestra para el desarrollo del método se ha usado un
material de referencia de sangre. Se han estudiado como variables el
factor de dilución de muestra y la temperatura de trabajo del sistema
hTISIS, con el objetivo de encontrar las mejores condiciones para
realizar este tipo de análisis. De este modo, se ha comprobado que las
mejores condiciones en cuanto a sensibilidad y precisión corresponden
a una temperatura de calefacción del sistema hTISIS de 200 °C y un
factor de dilución de la muestra de 1:10 o 1:25. Además, comparado
con el sistema de referencia, el hTISIS a 200 °C ofrece una mayor
sensibilidad y límites de detección hasta 8.4 veces menores que el
dispositivo de referencia.
En lo que respecta a efectos de matriz, se obtienen resultados
exactos trabajando con el sistema hTISIS a elevadas temperaturas. Este
13
PhD. Águeda Cañabate López
hecho supone que, empleando el nuevo accesorio, es posible efectuar
una cuantificación elemental empleando calibración externa a partir de
patrones acuosos.
Una vez llevada a cabo la optimización del método parece que
el sistema hTISIS a 200 °C sería el óptimo para el análisis de muestras
de sangre. Con el objetivo de validar esta hipótesis, se realiza un análisis
del material de referencia Seronorm Trace Elements Whole Blood L-2
con un factor de dilución 1:25, que es el que mejor compromiso
presentó en cuanto a sensibilidad, límites de detección y efectos de
matriz. Dicho análisis se llevó a cabo con el sistema hTISIS a 200 °C y el
sistema de referencia (cámara de nebulización ciclónica) en ambos
modos de introducción de muestra (aspiración continua e inyección
segmentada). Para los cinco elementos bajo estudio (cadmio, cobalto,
cobre, zinc y cobre) se obtuvieron resultados de concentración similares
a los de referencia para el sistema hTISIS trabajando a 200 °C. En las
otras condiciones bajo estudio las concentraciones obtenidas no
coincidían con las de referencia, y las principales razones podrían ser los
límites de detección elevados y/o la importancia de los efectos de
matriz en dichas condiciones.
Una vez validado el método se llevó a cabo el análisis de
muestras reales de sangre. En este caso, se usó el ICP-MS Agilent 7700x,
ya que cuenta con un accesorio HMI que permite la introducción de un
contenido elevado de matriz. Esto permitió trabajar con una dilución
1:10 de las muestras, para poder analizar tanto elementos minoritarios
como elementos traza. En primer lugar, se seleccionaron las
14
Resumen
condiciones de los estudios previamente efectuados con el equipo
NexION 300X y se aplicaron al ICP-MS Agilent 7700x, utilizando para ello
el material de referencia Seronorm Trace Elements Whole Blood L-3.
Como método de muestreo se empleó un protocolo autónomo. El
método de toma de muestra se conoce como VAMS (Volumetric
Absorptive Micro Sampling). Con este dispositivo se absorbe una
pequeña cantidad de sangre que posteriormente es extraída con una
disolución de ácido nítrico al 1%. Usando este método de obtención de
muestra para el material certificado y con las condiciones ya descritas
(hTISIS 200 °C en el modo de inyección segmentada) se validó dicho
método en el ICP-MS Agilent 7700x. Se seleccionaron patrones acuosos,
obteniendo concentraciones para 11 elementos. Los resultados
obtenidos estuvieron en concordancia con los valores de referencia.
Así, una vez validado el método desarrollado se llevó a cabo el
análisis de tres muestras reales de sangre. La cuantificación se llevó a
cabo a través de dos métodos: (i) con patrones acuosos; y (ii) adición
estándar usando el material de referencia como patrón de ajuste de
matriz. En el caso de que no haya discrepancias entre las
concentraciones obtenidas por los dos métodos de calibrado, se podrá
concluir que los efectos de matriz se han eliminado y que se puede
efectuar una calibración externa. Efectivamente, los resultados
obtenidos por ambos métodos no difirieron para ninguno de los
elementos estudiados. Este hecho reveló que la exactitud del método
basado en calibración externa fue adecuada para la realización de los
análisis empleando el sistema hTISIS. Asimismo, se observaron
15
PhD. Águeda Cañabate López
diferencias significativas en las concentraciones obtenidas para algunos
elementos en las muestras reales seleccionadas.
16
Resumen
Capítulo 4. Cerebrospinal fluid elemental analysis by using a total
sample consumption system operated at high temperature adapted to
inductively coupled plasma mass spectrometry.
El objetivo principal del Capítulo 4 de la presente Tesis Doctoral es el
desarrollo de un nuevo método analítico para la determinación
elemental de líquido cerebroespinal de forma directa.
Debido a la pequeña cantidad de muestra disponible, un sistema
de introducción de muestra de consumo total, como el hTISIS, parece
perfectamente indicado para efectuar este tipo de determinaciones.
Ambos sistemas se han acoplado a un ICP-MS Agilent 7700x y se ha
usado el modo de inyección segmentada para introducir la muestra
debido a la baja cantidad de muestra disponible. El volumen inyectado
ha sido de sólo 2.5 µL de muestra sin diluir.
En primer lugar, se llevó a cabo la validación del método. Para
ello se doparon muestras reales de líquido cerebroespinal con una
disolución multielemental a una concentración de 10 µg L-1. Esto se
realizó debido a la falta de materiales certificados de este fluido.
Normalmente se suele diluir este tipo de muestras o estas sufren un
primer paso de digestión, para de esta forma reducir las posibles
interferencias. Sin embargo, el objetivo de dicho capítulo incluía el
desarrollo de un método analítico que permitiera el análisis de este tipo
de fluido sin ningún tipo de tratamiento de muestra, permitiendo así
también el análisis no sólo de los elementos mayoritarios sino también
de los elementos minoritarios y/o traza. Estos estudios se realizaron con
la ayuda de un sistema de dilución del aerosol terciario, el cual permite
17
PhD. Águeda Cañabate López
el análisis de muestras con un elevado contenido salino. El sistema se
denomina High Matrix Introduction, HMI, y minimiza los efectos
adversos causados por el análisis de muestras salinas. Entre dichos
efectos se encuentran la formación de depósitos salinos en la antorcha
o la interfaz entre el plasma y el espectrómetro de masas.
En cuanto a la optimización de las condiciones empleadas, se
observó que el aumento de temperatura del sistema hTISIS a 200 °C
llevó a un aumento de sensibilidad con respecto al sistema
convencional de hasta 4 veces, disminuyendo además los límites de
detección hasta en un factor de 6.
Una vez optimizadas dichas condiciones de trabajo, se llevó a
cabo la validación del método propuesto, analizando así también la
importancia de los efectos de matriz en el análisis directo de líquido
cerebroespinal. Así, se llevó a cabo el análisis elemental con las
condiciones descritas anteriormente bajo dos métodos de calibración:
(i) calibración externa usando patrones acuosos; y (ii) adición estándar,
que compensa el efecto de la matriz. En este sentido se llevó a cabo la
determinación de una muestra dopada con 20 µg L-1 de una disolución
multielemental y la misma muestra de líquido cerebroespinal no
dopada se tomó como blanco. Con el sistema hTISIS, trabajando a una
temperatura de 200 °C, las concentraciones obtenidas por ambos
métodos coincidían, mientras que con el sistema convencional no. Estas
evidencias demuestran que usando el sistema hTISIS bajo las
condiciones optimizadas, los efectos de matriz para el análisis directo
de líquido cerebroespinal son mitigados.
18
Resumen
Por último, se aplicó el método analítico desarrollado al análisis
de seis muestras reales usando también los dos métodos de calibración
con los que se había validado el método. De nuevo, se obtuvo una
buena correlación entre ambos métodos.
Introducción
CAPÍTULO 1
21
PhD. Águeda Cañabate López
El objetivo de este capítulo es introducir los componentes principales y
los aspectos básicos en los que se fundamenta la técnica de plasma con
acoplamiento inductivo (ICP). Dentro de esta técnica encontramos la
Espectrometría de emisión óptica con plasma acoplado inductivamente
(ICP-OES) y la Espectrometría de masas con fuente de ionización de
plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). La primera técnica se aplica
normalmente a la determinación de elementos mayoritarios y
minoritarios, mientras que la segunda se aplica al análisis de elementos
traza.
En la Figura 1.1 vemos un esquema general de los principales
componentes de los equipos empleados en dichas técnicas.
22
Introducción 1
Figu
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.4)
ICP
-OES
ICP
-MS
23
PhD. Águeda Cañabate López
Como vemos en la Figura 1.1 los instrumentos empleados en
ambas técnicas comparten la mayoría de los componentes, excepto el
sistema de dispersión óptico en el caso de la técnica ICP-OES y el
analizador de masas en el caso de la técnica ICP-MS. Además, en ICP-
MS el espectrómetro de masas trabaja en condiciones de vacío
mientras que la zona del plasma se encuentra a presión atmosférica,
por lo tanto, es necesaria una interfaz como puente entre ambas zonas
con una diferencia de presión tan elevada.
Durante este capítulo se irán desarrollando cada una de las
partes que componen los equipos de ambas técnicas, centrándonos en
la técnica ICP-MS que ha sido la empleada durante el desarrollo de la
presente Tesis Doctoral.
1.1 Sistema de introducción de muestra
El sistema de introducción de muestra es un componente muy
estudiado en las técnicas ICP, ya que afecta al poder de detección y
precisión de la determinación [1]. El objetivo general del sistema de
introducción de muestra es transferir una fracción representativa de
muestra al plasma, esté la muestra en fase gaseosa, sólida o líquida. En
función del tipo de muestra existen numerosos sistemas de
introducción de muestra. En el caso de que la muestra se encuentre en
forma gas esta se introduce directamente al plasma. Para el análisis
directo de muestras sólidas (sin previa dilución), una posibilidad es
emplear un láser (técnica ablación laser, LA) [2,3]. En este caso el láser
se focaliza sobre la superficie de la muestra y el aerosol resultante es
24
Introducción 1
transportado hacia el plasma por un flujo de argón [4]. Otra técnica de
análisis directo de muestras sólidas consiste en acoplar la técnica
vaporización electrotérmica (ETV) al equipo de ICP-MS. En esta técnica
la muestra se deposita sobre las paredes internas de un horno cuya
temperatura se incrementa eléctricamente. El elemento de interés se
separa de la matriz gracias a un programa de temperatura del horno
compuesto por varios pasos [4-8]. Para el análisis de muestras líquidas,
el sistema de introducción de muestra más empleado y estudiado hasta
el momento se compone por un nebulizador y una cámara de
nebulización. En términos generales, el nebulizador transforma la
muestra en un aerosol, conocido como aerosol primario y la cámara de
nebulización fija el tamaño de gota que llegará al plasma. Sin embargo,
existen otros tipos de sistemas de introducción de muestra para el caso
de muestras líquidas, como son el uso de un sistema de desolvatación
acoplado a un nebulizador o un nebulizador acoplado directamente a la
antorcha que sustenta el plasma.
En la Figura 1.2 se muestra un esquema general de los
componentes de los tres tipos de sistemas de introducción de muestra
más comunes para el caso de muestras líquidas, que es el tipo de
muestras estudiadas durante el desarrollo de la presente Tesis
Doctoral. A lo largo del presente capítulo, se desarrollarán los
componentes de los dos primeros tipos de sistemas de introducción de
muestra que se muestran en la Figura 1.2, del tercer tipo no hablaremos
ya que en la actualidad ha caído en desuso.
25
PhD. Águeda Cañabate López
I. Sistema de introducción de muestra común (1.1)
II. Sistema de introducción de muestra con sistema de desolvatación
(1.2)
III. Sistema de introducción de muestra con inyección directa
Figura 1.2. Esquema de los componentes de los sistemas de introducción
de muestra más empleados para el análisis de muestras líquidas.
Adaptado de referencia 9.
1.1.1 Nebulizadores
El nebulizador es el responsable de la transformación de la muestra
líquida en un spray fino (aerosol). Cuando el nebulizador es de tipo
neumático, los más usados hasta el momento, la transformación del
líquido en aerosol se produce gracias a la fuerza motriz del aire o un gas
similar [10]. Concretamente en este tipo de nebulizadores el aerosol se
genera como resultado de la interacción entre una corriente de gas
argón (Ar) a alta velocidad con un líquido que es aspirado a través de
un capilar por aspiración libre o gracias a una bomba peristáltica. Esta
interacción compleja ocurre en un espacio de tiempo muy corto y, en
ella, una fracción de la energía cinética de la corriente gaseosa se
Nebulizador Cámara de
nebulización Plasma
Nebulizador Plasma
Nebulizador Plasma Unidad de
calentamiento Condensador
/membrana
26
Introducción 1
transfiere a la corriente líquida, dando como resultado la rotura de
dicha corriente para formar gotas (aerosol primario) [11,12].
Existen diferentes geometrías de interacción entre la corriente
líquida y la gaseosa en función del diseño del nebulizador neumático
empleado. Los nebulizadores neumáticos más estudiados y usados
hasta el momento se clasifican en [13,14]:
(a) Nebulizador neumático concéntrico, fabricado en vidrio,
cuarzo u otro material como PFA, PP o PTFE.
(b) Nebulizador neumático de flujo cruzado.
(c) Nebulizador neumático apto para alto contenido en sólidos,
como pueden ser las muestras con una gran cantidad de
sales disueltas o partículas suspendidas.
(d) Nebulizador neumático de paso paralelo.
En la Figura 1.3 se muestra un esquema general de la geometría
de los distintos nebulizadores neumáticos más estudiados hasta el
momento.
27
PhD. Águeda Cañabate López
Figura 1.3. Esquema de la geometría de los nebulizadores neumáticos
más empleados. (a) Concéntrico; (b) Flujo cruzado; (c) Alto contenido en
sólidos; (d) Paso paralelo. Adaptado de referencia 9.
El diseño de nebulizador neumático más usado es el concéntrico
(Figura 1.3a). En este tipo de diseño el capilar de la muestra se
encuentra envuelto por el cuerpo cilíndrico del nebulizador. La
corriente de gas responsable de la generación del aerosol fluye a través
del espacio existente entre las dos conducciones. En algunos casos se
trabaja con una aspiración de muestra libre provocada por el efecto
Venturi. Dicho efecto consiste en que, debido al estrechamiento en la
punta del nebulizador con respecto al cuerpo del mismo, se produce
una aceleración de la corriente de gas Ar, lo que implica una pérdida de
presión al final del capilar de la muestra, y esto hace que se aspire la
muestra de forma espontánea. En otros casos, se emplea una bomba
peristáltica para obtener un flujo líquido constante, evitando así las
28
Introducción 1
posibles diferencias entre la aspiración espontánea de muestras y
patrones con diferentes propiedades físicas como viscosidad y/o
tensión superficial.
Figura 1.4. Esquema de un nebulizador neumático concéntrico.
Adaptado de referencia 15.
En el caso del nebulizador de flujo cruzado (Figura 1.3b) la
muestra y la corriente de gas Ar fluyen perpendicularmente y el aerosol
resultante de dicha interacción es liberado perpendicularmente de la
corriente líquida. La posición relativa de los extremos de ambas
corrientes es un aspecto crítico en este tipo de nebulizador. Se ha
demostrado que el mayor rendimiento del nebulizador, debido a una
eficaz transferencia de energía cinética del gas al líquido, se obtiene
cuándo la salida del gas se coloca a mitad de camino entre el centro de
la salida del líquido y el exterior de dicha corriente [11].
En este tipo de nebulizadores la disolución no puede ser
aspirada libremente por lo que es necesaria una bomba peristáltica
para que la muestra alcance el extremo del nebulizador. En
comparación con los nebulizadores neumáticos concéntricos, el
nebulizador de flujo cruzado ofrece una eficacia de transporte que es
29
PhD. Águeda Cañabate López
aproximadamente la mitad de la obtenida con el concéntrico en las
mismas condiciones de trabajo.
Figura 1.5. Esquema de un nebulizador neumático de flujo cruzado.
Adaptado de referencia 15.
El primer nebulizador de tipo alto contenido en sólidos (Figura
1.3c) fue desarrollado por Babington en 1969 [16,17]. Este primer
diseño consistía en una esfera hueca con un orificio para el paso de la
corriente de Ar y se colocaba bajo un capilar por el que circulaba la
corriente líquida. La muestra se depositaba sobre la esfera y se
generaba el aerosol por la interacción de la corriente líquida con la
esfera. Un problema que presentaba este tipo de diseño es que el
consumo de muestra era muy elevado, debido a que una gran fracción
de muestra líquida no entraba en contacto con la esfera. Con el paso
del tiempo, han ido surgiendo nuevas versiones de este tipo de
nebulizador, pero todas se basan en el principio inicial: el aerosol se
genera cuando la muestra alcanza el orificio de la corriente del gas Ar.
Este nebulizador se suele usar para disoluciones con un alto contenido
en sales (hasta un 20% de sólidos totales disueltos) y lodos.
30
Introducción 1
Actualmente, entre todos los nebulizadores de este tipo el más utilizado
es el V-Groove, donde la muestra líquida es bombeada a través de un
capilar de unos 800 µm de diámetro interior, mientras que la corriente
de gas fluye por un capilar de 100 µm de diámetro interior [18].
Figura 1.6. Esquema de un nebulizador neumático de alto contenido en
sólidos. Adaptado de referencia 9.
El nebulizador de trayectoria paralela (Figura 1.3d) fue
presentado en 1995. En este tipo de nebulizador neumático la corriente
de Ar interacciona tangencialmente con la corriente líquida
correspondiente a la muestra. Esta interacción da lugar a
inestabilidades en la corriente líquida y esto origina el aerosol. En este
diseño de nebulizador el extremo de la corriente líquida puede tener un
orificio mayor que para otros diseños y esto le confiere la ventaja de
poder trabajar con muestras con partículas de hasta 100 µm de
diámetro y sales disueltas.
31
PhD. Águeda Cañabate López
Figura 1.7. Esquema de un nebulizador neumático de paso paralelo.
Adaptado de referencia 15.
Los nebulizadores descritos anteriormente trabajan en un
intervalo de caudales de consumo líquido comprendido entre 0.5 y 2
mL min-1. Si embargo, para poder trabajar en este rango de flujos se
necesita un gran volumen de muestra (1-10 mL), que resulta excesivo
en multitud de aplicaciones. En el caso de muestras clínicas, como es el
caso que nos concierne durante el desarrollo de la presente Tesis
Doctoral, el volumen disponible de muestra es mucho menor y esto
hace que se tengan que buscar nuevas alternativas para este tipo de
muestras. Una opción es trabajar con un nebulizador neumático a un
flujo de entre 10 y 300 µL min-1. Un inconveniente de esta solución
radica en el hecho de que la pérdida de sensibilidad al trabajar en estas
condiciones es elevada. Debido a la necesidad planteada, sobre todo
para muestras de tipo forense o biológico en las que el volumen de
muestra es un factor limitante, el estudio de la miniaturización de los
nebulizadores ha ido creciendo para dar lugar a los conocidos como
micronebulizadores. Estos micronebulizadores están diseñados para
trabajar a un flujo de 20-100 µL min-1. Con respecto a los nebulizadores
neumáticos convencionales, en estos micronebulizadores se ha
reducido el diámetro interno del capilar de la muestra líquida y el área
32
Introducción 1
de salida de la corriente de gas Ar, consiguiendo con esto que la
interacción entre el gas y el líquido sea más eficaz. Por tanto, el aerosol
primario obtenido con los micronebulizadores es en rasgos generales
más fino que el obtenido por los nebulizadores neumáticos
convencionales [13].
Durante el desarrollo de la presente Tesis Doctoral se ha usado
un micronebulizador concéntrico de vidrio, concretamente un
micronebulizador de alta eficacia (High Efficiency Nebulizer, HEN,
Meinhard, Santa Ana, CA, USA). Este nebulizador ha sido aplicado a
varias cámaras de nebulización que serán explicadas durante la sección
1.1.2.
Figura 1.8. Imagen del micronebulizador de alta eficacia utilizado
durante el desarrollo de la presente Tesis Doctoral [19].
33
PhD. Águeda Cañabate López
1.1.2 Cámaras de nebulización
Un sistema de introducción de muestra ideal tiene que conseguir que
en el plasma se produzca la desolvatación, atomización y la ionización
de forma eficaz. Para conseguir dicho objetivo las gotas que forman el
aerosol que entran en el plasma deberían tener un diámetro ≤ 10 µm y
dicho aerosol debería ser lo más monodisperso posible. Sin embargo, el
aerosol generado por el nebulizador, conocido como aerosol primario,
no cumple dichas características ya que se obtienen gotas con un
tamaño de hasta aproximadamente 100 µm. Por lo tanto, el aerosol
primario no puede introducirse directamente al plasma y se necesita un
componente adicional. Dicho componente es la cámara de
nebulización, cuya función principal es convertir el aerosol primario en
un aerosol que cumpla los requerimientos del plasma. Dicho
componente del sistema de introducción de muestra determina la masa
y las características del aerosol que se introduce en el plasma. Así, la
mayoría de las gotas del aerosol primario obtenido a partir del
nebulizador se pierden en dicha cámara de nebulización. Como
consecuencia, las eficacias de transporte obtenidas con las cámaras de
nebulización convencionales,1 trabajando a flujos líquidos del orden de
1 mL min-1 son sobre 2-4%. Por lo tanto, es muy importante optimizar
el diseño de dicha cámara de nebulización.
Desde que se obtiene el aerosol primario hasta que el aerosol
alcanza el plasma, se producen en la cámara de nebulización una serie
1 La eficacia de transporte se define como el porcentaje de la masa de disolución aspirada por el nebulizador que alcanza el plasma.
34
Introducción 1
de procesos, conocidos como fenómenos de transporte del aerosol. En
la Figura 1.9 se muestra un esquema de dichos fenómenos, así como el
efecto que producen en el aerosol primario. Estos fenómenos son la
evaporación, coagulación e impactos de las gotas causados por falta de
inercia, sedimentación gravitacional y turbulencias. La intensidad con la
que se produce cada uno de estos fenómenos depende del diseño de la
cámara de nebulización, de las características (tamaño de gotas,
velocidad y dispersión) del aerosol primario obtenido y de las
propiedades físicas de la disolución. El resultado final del aerosol
después de pasar por la cámara de nebulización es un aerosol (aerosol
terciario) en el que se ha eliminado una gran parte de las gotas gruesas,
se ha reducido la masa total de aerosol, la velocidad de las gotas y el
grado de dispersión en términos de diámetro de las gotas del aerosol.
35
PhD. Águeda Cañabate López
Figura 1.9. Esquema de los principales fenómenos de transporte que
ocurren en la cámara de nebulización. Adaptado de referencia 13.
Existen diferentes diseños de cámara de nebulización. A
continuación, se introducirán algunos de los más comunes.
36
Introducción 1
1.1.2.1 Cámara de nebulización de doble paso o Scott
Este diseño de cámara de nebulización está compuesto por dos tubos
concéntricos. En el tubo central se promueve la eliminación de gotas a
través de impactos y se reducen las turbulencias y fluctuaciones del
aerosol causadas por la bomba peristáltica o los procesos de
renebulización. El tubo interno aísla el aerosol que pasa al tubo central
de las turbulencias asociadas al proceso de nebulización. Este diseño
elimina eficazmente las gotas más gruesas del aerosol, pero presenta
varios inconvenientes: (i) el volumen muerto es elevado; y, (ii) la
trayectoria del aerosol es tortuosa. Como consecuencia de estas dos
características, los efectos de memoria son importantes, necesitándose
tiempos de lavado elevados y la eficacia de transporte es muy baja. En
torno al 98-99% de la disolución se pierde y no alcanza el plasma. Esta
proporción de disolución es, finalmente, evacuada por medio de una
salida inferior de drenados, mientras que el aerosol terciario abandona
la cámara a través de una salida localizada en la parte superior de la
cámara (Figura 1.10a).
37
PhD. Águeda Cañabate López
(a)
(b)
Figura 1.10. (a) Esquema de una cámara de nebulización de doble paso;
(b) Imagen de una cámara de doble paso dónde se reflejan las zonas de
impacto del aerosol [13].
Aerosol terciario
Drenados
38
Introducción 1
1.1.2.2 Cámara de nebulización de tipo ciclónica
En este diseño de cámara de nebulización el nebulizador se adapta
tangencialmente a la parte cilíndrica de la cámara. El aerosol primario
se introduce por tanto tangencialmente y el aerosol terciario emerge a
través de la parte superior de la cámara, mientras que los drenados se
evacuan por medio de una conducción localizada en la parte inferior.
Por lo tanto, el aerosol sigue una trayectoria de espiral dentro de la
cámara de nebulización. Un aspecto crítico en este tipo de diseño es la
posición del nebulizador, ya que, si la boquilla del mismo se encuentra
en las proximidades de la pared opuesta de la cámara, las pérdidas de
gotas debido a impactos serán importantes.
Figura 1.11. (a) Esquema de una cámara de nebulización de tipo
ciclónica [20]; (b) Imagen de una cámara de tipo ciclónica dónde se
reflejan las zonas de impacto del aerosol [13].
(a) (b)
39
PhD. Águeda Cañabate López
1.1.2.3 Cámara de nebulización de paso simple
El diseño de paso simple consiste en una cavidad cilíndrica o cónica a la
que se adapta el nebulizador. Con esta cámara de nebulización la
eficacia de transporte es mayor que para la cámara de doble paso o el
diseño ciclónico, pero el aerosol terciario obtenido presenta gotas más
gruesas que para los otros dos diseños.
Figura 1.12. Esquema de una cámara de nebulización de paso simple
[13].
Existe una variante de este tipo de cámaras de nebulización,
estas son las cámaras de nebulización de paso simple con superficie de
impacto. El diseño de este tipo de cámaras consiste en un tubo en forma
cónica y en el interior se coloca una superficie de impacto, cerca de la
entrada del aerosol primario, con el objetivo de eliminar las gotas más
gruesas [21].
40
Introducción 1
Figura 1.13. Esquema de una cámara de nebulización de paso simple
con superficie de impacto [13].
1.1.2.4 Cámara de nebulización con volumen interior reducido
Con el aumento del interés por el análisis de bajos volúmenes de
muestra, se ha producido el desarrollo tanto de micronebulizadores
como de cámaras de nebulización con un volumen interno menor que
el de sus predecesoras [22-24]. Sus principales ventajas frente a las
cámaras convencionales son la reducción de los tiempos de análisis
(menores tiempos de lavado) y el aumento de la cantidad de muestra
que llega al plasma. Los principales diseños de cámara de nebulización
que han sido adaptados a este concepto de “miniaturización” han sido
la cámara de nebulización de tipo ciclónica (sección 1.1.2.2), que en el
caso de bajo volumen interior se conoce como cinnabar y la cámara de
paso simple (sección 1.1.2.3). Ambas cámaras se suelen acoplar con
micronebulizadores.
41
PhD. Águeda Cañabate López
1.2 Sistema de introducción de muestra con
sistema de desolvatación
La baja tolerancia del plasma a los disolventes y la necesidad de eliminar
las interferencias ocasionadas por la matriz, han dado lugar a que se
tengan que usar sistemas de introducción de muestra que aporten
bajas cantidades de matriz al plasma. La disminución de la cantidad de
disolvente que llega al plasma puede conseguirse, tal y como se ha
ilustrado anteriormente (sección 1.1.2.4), trabajando a un flujo líquido
bajo, reduciendo por tanto la cantidad total de aerosol que llega al
plasma, o bien eliminando una cantidad significante de disolvente tras
la formación del aerosol. En este último grupo, se encontrarían
incluidos los denominados sistemas de desolvatación.
Un sistema de desolvatación consiste en términos generales en
un primer componente encargado de calentar el aerosol hasta
promover la evaporación del disolvente contenido en el mismo.
Después de este paso vendría una condensación y/o una membrana,
para eliminar el disolvente generado en forma vapor. En la Figura 1.14
se muestra un esquema de los distintos componentes de un sistema de
desolvatación. Bajo estas condiciones, la carga de disolvente que llega
al plasma disminuye mientras que la masa de analito aportada al mismo
o bien no se ve afectada o se incrementa. Como consecuencia, la
relación masa de analito/masa de disolvente es mayor que para otros
sistemas de introducción de muestra basados en el uso de cámaras de
42
Introducción 1
nebulización convencionales (sección 1.1.2), lo cual origina un
incremento en la sensibilidad analítica obtenida.
Figura 1.14. Esquema de un sistema de introducción de muestra
compuesto por un sistema de desolvatación. Adaptado de referencia 13.
Un ejemplo de sistema de desolvatación es el conocido como
APEX (Elemental Scientific, NE, USA). Dicho sistema consiste en una
cámara de nebulización ciclónica que tiene la función de calentar el
aerosol (100 °C o 140 °C), combinada con un condensador de multipaso
que enfría el aerosol (-3 °C o 2 °C). Si fuera necesario eliminar el vapor
residual que queda después de dicho sistema de desolvatación también
podría adaptarse una membrana.
43
PhD. Águeda Cañabate López
(a) (b)
Figura 1.15. (a) Esquema de los componentes del sistema de
desolvatación APEX. Adaptado de referencia 25; (b) Sistema de
desolvatación APEX.
A lo largo de la presente Tesis Doctoral, se ha estudiado un
sistema de desolvatación APEX (Capítulo 2). Concretamente se ha
empleado el APEX HF y el funcionamiento y esquema es el explicado
anteriormente. En este caso, las conducciones, cámara de nebulización
y condensador están fabricadas por PFA (perfluoroalcóxixido) que le
confiere resistencia al ácido fluorhídrico.
Drenados
Cámara nebulización ciclónica
(100 °C / 140 °C)
Condensador multipasos
(-3 °C / 2 °C)
Plasma
44
Introducción 1
1.3 Plasma
Un plasma está compuesto por un gas a elevada temperatura que
contiene moléculas, átomos, iones y electrones. Este plasma es
generado en el extremo de una antorcha que normalmente está
fabricada de cuarzo o vidrio, formada por tres tubos concéntricos. Un
flujo de Ar de hasta 18-20 L min-1 que fluye entre el espacio de los dos
tubos concéntricos más exteriores mantiene este plasma y actúa de
barrera entre el plasma y la antorcha de cuarzo, evitando que la
antorcha se vea afectada por las altas temperaturas (hasta 10,000 K)
que se alcanzan en el plasma. En el espacio generado entre el tubo
concéntrico interior y el segundo tubo fluye otro flujo auxiliar de Ar, con
el objetivo de controlar la posición vertical del plasma. El flujo de esta
corriente auxiliar es menor de 2 L min-1. La otra corriente de gas Ar (de
0.1 a 0.2 L min-1) fluye a través del tubo central o también conocido
como inyector, y conduce el aerosol terciario hacia el plasma [26].
Figura 1.16. Esquema de la antorcha y el plasma. Adaptado de
referencia 27.
45
PhD. Águeda Cañabate López
Una bobina conectada a un generador de radiofrecuencias (a
una potencia de unos 1,200 W) rodea la antorcha por uno de los
extremos. Dicha bobina origina un intenso campo magnético variable
con el tiempo y el plasma se genera cuando una chispa de alto voltaje
es aplicada al gas. El campo magnético oscilante acelera las partículas
cargadas (los electrones) y estos colisionan con los átomos de Ar dando
lugar a iones Ar (Ecuación 1.1), que son a su vez acelerados por el
campo magnético y tiene lugar una reacción de ionización en cadena
que tiene como resultado el origen del plasma. La temperatura en el
canal central del mismo es de unos 8,000 K.
𝐴𝑟 + 𝑒− → 𝐴𝑟+ + 2𝑒− Ecuación 1.1
El aerosol terciario sufre una serie de modificaciones al alcanzar
el plasma. En primer lugar, las gotas que forman dicho aerosol son
desolvatadas y el resultado son partículas sólidas de pequeño tamaño.
En su paso por el plasma, estas partículas sólidas se transforman en gas
y después se produce la atomización de las moléculas gaseosas.
Finalmente, debido a varios procesos, por ejemplo: (i) colisiones con
electrones (Ecuación 1.2); (ii) reacción de transferencia de carga entre
iones y átomos (Ecuación 1.3); y, (iii) colisión entre átomos del analito
y átomos de Ar excitados (Ecuación 1.4) se produce la ionización del
analito.
𝑀 + 𝑒− → 𝑀+ + 2𝑒− Ecuación 1.2
𝑀 + 𝐴𝑟+ → 𝑀+ + 𝐴𝑟 Ecuación 1.3
𝑀 + 𝐴𝑟∗ → 𝑀+ + 𝐴𝑟 + 𝑒− Ecuación 1.4
46
Introducción 1
En la Figura 1.17 se muestra un esquema del proceso que sufre
el analito en el plasma, desde su entrada por el inyector hasta su salida
hacia la interfaz.
Figura 1.17. Esquema de la transformación que sufre el analito en el
plasma. Adaptado de referencia 28.
47
PhD. Águeda Cañabate López
1.4 ICP-MS
Una vez que los componentes de la muestra son ionizados en el plasma
de acoplamiento inductivo (ICP), estos se transportan a través del
espectrómetro de masas en el caso de la técnica ICP-MS. Este
espectrómetro se puede dividir en cuatro partes: (i) interfaz; (ii) sistema
de focalización de iones; (iii) analizador de masas y (iv) detector. En la
Figura 1.18 se muestra un esquema de las partes que componen un
equipo ICP-MS.
Figura 1.18. Esquema de los componentes de un equipo ICP-MS.
Adaptado de referencia 29.
1.4.1 Interfaz
El plasma trabaja a presión atmosférica mientras que el analizador de
masas y el detector se encuentran a alto vacío, por lo tanto, se requiere
una interfaz que permita que los iones generados en el plasma puedan
llegar primero al analizador de masas y finalmente al detector. Esto se
consigue gracias a la interfaz que está compuesta normalmente por dos
48
Introducción 1
conos metálicos con un pequeño orificio central. Estos conos están
colocados de modo coaxial y pueden estar fabricados en níquel o
platino en función de las características de la muestra que se esté
analizando. El primer cono que se encuentra el analito una vez ionizado
es conocido como cono de muestreo (sampler) y al atravesar dicho
cono el flujo de iones, junto con los electrones y especies neutras
procedentes del plasma, sufre una expansión debida a la caída de
presión. A continuación, dicho flujo pasa por el canal central del cono
separador (skimmer).
Por tanto, el papel de la interfaz es extraer una porción
representativa de la población de iones obtenidos en el plasma y
transferirla a las regiones de alto vacío como son el sistema de
focalización, el analizador de masas y el detector.
Figura 1.19. Imagen de un cono separador y un cono de muestreo [30].
49
PhD. Águeda Cañabate López
1.4.2 Sistema de focalización iónica
Después del cono separador se encuentra el sistema de focalización
iónica, que consiste en un conjunto de lentes iónicas que enfocan el haz
de iones que proviene del cono. En estas lentes se aplica un voltaje que
hace que los iones positivos se vean atraídos y se separen de las
especies neutras y electrones. En función del equipo, el sistema de
focalización de iones puede variar [31]. En la Figura 1.20 se muestra un
esquema del sistema de focalización de iones del ICP-MS NexION 300X
de Perkin Elmer, que además ha sido empleado durante el desarrollo
de la presente Tesis Doctoral. En este esquema se puede apreciar cómo
el sistema de focalización de iones hace que la corriente de iones
cargados positivamente siga una trayectoria de 90°, mientras que el
material no ionizado sigue una trayectoria rectilínea. En otros equipos
la separación de los iones positivos del resto de especies es diferente
pero el objetivo de este componente es común en todos ellos.
50
Introducción 1
Figura 1.20. Esquema del sistema de focalización de iones del ICP-MS
NexION 300X de Perkin Elmer [31].
1.4.3 Analizador de masas
Una vez se han seleccionado los iones positivos, estos llegan al
analizador de masas o espectrómetro de masas, dónde se produce la
separación de los iones positivos en función de su relación masa/carga.
Existen varios tipos de analizadores de masas: (i) sector magnético (ICP-
SFMS); (ii) tiempo de vuelo (ICP-TOF-MS); (iii) cuadrupolo (ICP-QMS).
Estos diferentes analizadores de masas se diferencian en el modo en el
que se produce la separación, pero todos tienen en común el objetivo
de separar los iones de interés del resto de elementos ionizados
51
PhD. Águeda Cañabate López
positivamente, cómo podrían ser los iones del gas Ar o iones positivos
de la matriz de la muestra.
o Analizador de sector magnético
Consiste en aplicar un campo eléctrico y un campo magnético al haz de
iones positivos que ha pasado por el sistema de focalización iónica. El
campo eléctrico acelera los iones adquiriendo estos iones energía
cinética, y por lo tanto actuando como filtro energético. Por otro lado,
el campo magnético desvía los iones de su trayectoria, siguiendo
entonces una trayectoria curva. Así, el valor del campo magnético se va
variando con el tiempo, haciendo que en cada momento lleguen unos
iones al detector. Los que llegarán al detector serán los que en ese
momento sigan el mismo radio de curvatura que el valor del campo
magnético aplicado [32-34].
o Analizador de tiempo de vuelo
Este analizador de masas no se basa en la trayectoria que recorren los
iones, sino en la medición del tiempo que tardan en recorrer cierta
distancia. Cuando un ion es acelerado por un campo eléctrico, la
distancia que recorre depende de la intensidad del campo y de su
relación masa/carga. Así, los iones con una mayor carga llegarán
primero al detector, mientras que los que tengan una mayor masa
llegarán en último lugar. La principal ventaja de este tipo de
analizadores frente a los otros es la velocidad con la que pueden
registrarse los espectros de masas [33,35].
52
Introducción 1
o Cuadrupolo
Este tipo de analizador de masas está compuesto por cuatro barras
metálicas dispuestas dos a dos paralelamente. Sobre estas barras, por
pares alternos, se aplica un potencial constante y un potencial alterno
de radiofrecuencia. La combinación de los dos campos eléctricos origina
un movimiento lateral complejo de los iones a su paso por el analizador,
ya que el movimiento de los iones depende de su relación masa/carga.
Así, hay un pequeño intervalo de frecuencia en el que la trayectoria de
un determinado ion es estable y pasa a través del analizador, mientras
que el resto de los iones colisionan con cualquiera de las barras. Por lo
tanto, el cuadrupolo actúa como un filtro de masas y variando los
potenciales aplicados se puede ir detectando toda la gama de masas
que componen la tabla periódica en un tiempo extremadamente corto
[33,36].
Como hemos visto, aunque el modo en el que se produce la
separación de los iones es diferente en cada analizador de masas, el
objetivo es común. Hay tres características de un espectrómetro de
masas que nos permiten compararlos y elegir el adecuado en función
de la aplicación que se esté llevando a cabo. Estas características son el
poder de resolución, la “abundance sensitivity” y la velocidad de
barrido [33].
El poder de resolución (R) se define como la capacidad del
espectrómetro de masas para separar dos picos espectrales vecinos, es
decir dos isótopos. Esta resolución se expresa según la Ecuación 1.5.
53
PhD. Águeda Cañabate López
𝑅 =𝑚
∆𝑚 Ecuación 1.5
Donde m es la masa del analito y Δm es la diferencia de masa entre dos
picos resueltos.
La “abundance sensitivity” es el parámetro que mide la
contribución de la cola de un pico adyacente a la intensidad del analito
que se está midiendo. Este parámetro se calcula como la relación entre
la intensidad de la cola para una masa de analito dada frente a la
intensidad del analito, calculando esto en altura de pico o en área.
La velocidad de barrido consiste en la velocidad a la que el
espectrómetro de masas puede escanear el espectro de masas.
En la Tabla 1.1 se comparan los tres tipos de espectrómetros de
masas que se han explicado en esta sección en cuanto a poder de
resolución y velocidad de barrido.
Tabla 1.1. Comparación de los tres tipos de analizadores de masa
usados en ICP-MS en cuanto a poder de resolución y velocidad de
escaneo. Adaptada de referencia 32.
Poder de resolución
(R)
Velocidad de barrido
(u s-1)
Campo magnético ≈ 10000 1500
Tiempo de vuelo ≈ 300 7500000
Cuadrupolo ≈ 300 2500
54
Introducción 1
En algunas ocasiones los analizadores de masas tradicionales no
son suficientes para la correcta determinación de algunos elementos
debido a interferencias que pueden ser principalmente de tres tipos:
isobáricas, de iones de carga múltiple y poliatómicas. Las
interferencias isobáricas se dan cuando dos elementos diferentes
tienen isótopos con la misma masa. Las interferencias por iones de
carga múltiple, principalmente iones con dos cargas positivas provocan
que existan coincidencias en la relación entre masa/carga de varios
elementos. Así, por ejemplo, el ion 88Sr2+ producirá un pico espectral
que coincidirá con el del obtenido para el 44Ca+. Este fenómeno se
puede evitar ajustando las condiciones de ionización para intentar
minimizar las especies con cargas múltiples en el plasma. Por último, las
interferencias poliatómicas se dan debido a la combinación de dos o
más átomos (argón, elementos de la matriz de la muestra, del
disolvente y/o del aire), cuya relación masa/carga coincide con la del
analito en estudio y esto hace que los resultados obtenidos sean
erróneos [33,37-39]. En la Tabla 1.2 se muestran ejemplos de cada uno
de los tipos de interferencias descritos.
55
PhD. Águeda Cañabate López
Tabla 1.2. Ejemplos de interferencias isobáricas, de iones de carga
múltiple e interferencias poliatómicas.
Isobáricas 40Ar+/40Ca+
58Ni+/58Fe+
Iones carga múltiple 48Ca2+/24Mg+
88Sr2+/44Ca+
Poliatómicas
40Ar12C+/52Cr+
40Ar16O+/56Fe+
35Cl16O+/51V+
40Ar2+/80Se+
Para intentar minimizar estas interferencias se han estado
desarrollando estrategias de preparación de muestra o de optimización
del ICP-MS desde que se comercializó el primer equipo de ICP-MS [40-
45]. No obstante, estas soluciones o suponen un aumento en la
complejidad del análisis de rutina o no son suficientes. Así, en los años
90 surgió una nueva tecnología consistente en el empleo de una celda
de colisión y/o reacción. Dicha celda está compuesta por un multipolo
(cuadrupolo, hexapolo u octapolo) que se coloca entre la interfaz y el
analizador de masas de tipo cuadrupolo [40,46,47]. En dicha celda se
introduce un gas que normalmente suele ser helio o hidrógeno y se
trabaja en modo radiofrecuencia. Este campo de radiofrecuencias no
separa los iones en función de su relación masa/carga como sucede en
el analizador de masas de tipo cuadrupolo. Su función es focalizar los
iones, haciendo que estos colisionen y/o reaccionen con moléculas del
56
Introducción 1
gas. Controlando estas colisiones o mecanismos de reacción se puede
hacer que los iones interferentes se conviertan en otros con una
relación masa/carga diferente a la del analito bajo estudio. Por otra
parte, se puede lograr que el analito deseado se convierta en otro con
una relación masa/carga que no esté interferida. Por ejemplo, en la
determinación de 56Fe+ se produce una interferencia espectral por
parte del ion 40Ar16O+. Sin embargo, introduciendo en la celda de
colisión y/o reacción gas amoniaco, este reaccionará con el ion 40Ar16O+
dando lugar a NH3+, Ar atómico y O atómico mientras que el ion 56Fe+
no reaccionará. De este modo, se puede realizar la determinación del
ion 56Fe+ prácticamente libre de interferencias [48].
Figura 1.21. Esquema de la eliminación de la interferencia poliatómica
en la determinación de 56Fe usando NH3 como gas reactivo en una celda
de reacción en ICP-MS. Adaptado de referencia 48.
57
PhD. Águeda Cañabate López
Otra alternativa reciente para la reducción y/o eliminación de
interferencias consiste en la colocación de dos cuadrupolos en línea
junto con una celda de rección y/o colisión. Esta técnica es conocida
como ICP-MS/MS y la celda de reacción/colisión se coloca entre los dos
cuadrupolos (Figura 1.22). Con esta disposición, sólo una relación
masa/carga escapa del primer cuadrupolo hacia la celda de
reacción/colisión. Este método permite ejercer un mayor control sobre
las reacciones que tienen lugar en la celda, ya que el primer cualdrupolo
actúa como filtro [49].
Figura 1.22. Esquema de un espectrómetro ICP-MS/MS. Adaptado de
referencia 1.
En ICP-MS/MS existen varias estrategias o modos de trabajo
para minimizar y/o eliminar las interferencias espectrales, dependiendo
de la naturaleza del analito, de los elementos de la matriz de la muestra
y de los requerimientos del análisis en términos de sensibilidad y límites
de detección. Una opción consiste en convertir la especie interferente
en una nueva especie en la celda de reacción, que no interfiera con el
analito, on-mass mode (Figura 1.23 a). Otra alternativa es convertir el
58
Introducción 1
ión del analito en un ión con una relación masa/carga diferente a la
inicial y que pueda ser determinada libre de interferencias. En esta
situación, se produce la reacción del mismo con un gas en el interior de
la celda de reacción, mass-shift mode (Figura 1.23 b). De acuerdo con
este segundo modo de trabajo, tanto el analito como el interferente
pueden reaccionar con el gas reactivo (Figura 1.23 c).
59
PhD. Águeda Cañabate López
(a)
(b)
(c)
Figura 1.23. Esquema de las diferentes estrategias seguidas en ICP-
MS/MS para minimizar y/o eliminar interferencias espectrales entre el
analito (m1) y el interferente (m1). (a) on-mass mode; (b) y (c) mass-shift
mode. Adaptado de referencia 1.
60
Introducción 1
1.4.4 Detector
Existen diversos tipos de detectores, pero en términos generales el
detector convierte los iones en pulsos eléctricos que son registrados y
contados. La magnitud de los pulsos eléctricos corresponde al número
de iones del analito bajo estudio que hay presente en la muestra. Uno
de los detectores más comunes es el multiplicador de electrones. Este
tipo de detector está formado por varios dínodos dispuestos de modo
que existe un gradiente de potencial y cada dínodo se mantiene a un
potencial más alto que el anterior. Estos dínodos están recubiertos de
Cu/Be y cuando el ion que emerge del analizador de masas impacta
sobre su superficie se produce la emisión de un electrón secundario.
Este electrón secundario, movido por el gradiente originado dentro del
detector, impacta sobre el siguiente dínodo y así sucesivamente
generando más electrones secundarios. De este modo se obtiene un
pulso discreto que contiene millones de electrones generados a partir
de un ion, aproximadamente un ion da lugar a 107-108 electrones
[32,33,50,51].
61
PhD. Águeda Cañabate López
Figura 1.24. Esquema del paso de un electrón a través de un canal
multplicador de electrones. Adaptado de referencia 50.
62
Introducción 1
1.4.5 ICP-MS Agilent 7700x
Durante el desarrollo de la presente Tesis Doctoral se ha empleado un
espectrómetro ICP-MS modelo 7700x (Agilent, Santa Clara, USA).
Concretamente los resultados presentados en los Capítulos 2, 3 y 4 han
sido obtenidos con dicho equipo.
Figura 1.25. Imagen del ICP-MS Agilent 7700x usado en los Capítulos 2,
3 y 4 [52].
En la Figura 1.26 se muestra un esquema de los principales
componentes de dicho equipo y a continuación se describen
brevemente cada uno de ellos.
63
PhD. Águeda Cañabate López
Figura 1.26. Esquema de los componentes del ICP-MS Agilent 7700x
[27].
✓ Sistema de introducción de muestra: este equipo viene provisto
con un nebulizador neumático de tipo concéntrico y una cámara de
nebulización de doble paso refrigerada. Además, después de la cámara
de nebulización hay un accesorio que se denomina HMI (High Matrix
Introduction), que permite el análisis de muestras con alto contenido en
matriz. Este componente diluye el aerosol terciario a la salida de la
cámara de nebulización con un flujo adicional de argón. Esto hace que
se minimice la formación de depósitos de sales y/o carbón en el inyector
y en los conos de la interfase, mejorando por tanto la robustez del
plasma.
64
Introducción 1
Figura 1.27. (a) Sistema de introducción de muestra del ICP-MS 7700x
Agilent; (b) Accesorio HMI [53].
✓ Interfaz: este equipo cuenta con una interfaz compuesta por dos
conos (cono de muestreo y cono separador), cuyo vértice viene por
defecto fabricado en níquel. El cono de muestreo tiene un orificio de
1.0 mm de diámetro, mientras que el cono separador de 0.4 mm.
✓ Sistema de focalización iónica: está formado por cuatro lentes,
cuya función como ya se ha descrito anteriormente es enfocar los iones
sobre el siguiente componente, en este caso una celda de
colisión/reacción.
✓ Analizador de masas: este equipo posee un cuadrupolo, pero
previamente al cuadrupolo se sitúa una celda de colisión/reacción.
Dicha celda es un octapolo, con una entrada de gas helio y diseñada
para trabajar como celda de colisión en modo de discriminación de
energía cinética (KED).
✓ Detector: en este equipo se usa un multiplicador de electrones,
cuyo principio se ha explicado brevemente en la sección 1.4.4.
65
PhD. Águeda Cañabate López
Figura 1.28. Esquema del proceso que tiene lugar en el detector
multiplicador de electrones del ICP-Ms Agilent 7700x [54].
66
Introducción 1
1.4.6 ICP-MS NexION 300X
En el Capítulo 3 se ha empleado el ICP-MS NexION 300X (Perkin Elmer,
Waltham, USA). En la Figura 1.29 se puede observar una imagen de
dicho equipo.
Figura 1.29. Imagen del ICP-MS NexION 300X con vistas del interior [55].
A continuación, se explican brevemente los componentes
principales de dicho equipo y en la Figura 1.30 se observa un esquema
de dichos componentes localizados tras el plasma.
67
PhD. Águeda Cañabate López
Figura 1.30. Esquema de los componentes principales del ICP-MS
NexION 300X Perkin Elmer [56].
✓ Sistema de introducción de muestra: en este caso se emplea por
defecto un nebulizador neumático de tipo concéntrico y una cámara de
nebulización de tipo ciclónica.
✓ Interfaz: está compuesta por tres conos. Además del cono de
muestreo y del cono separador que ya se han explicado anteriormente,
este equipo incluye un cono hiperseparador. Este tercer cono permite
que el cambio de presión entre el analizador de masas y el sistema de
introducción de muestra se produzca en pasos más pequeños que en el
resto de los equipos, limitando así la dispersión de los iones.
✓ Sistema de focalización iónica: en cuanto al sistema de
focalización iónica este equipo cuenta con un deflector de iones
cuadrupolar. Se trata de un cuadrupolo miniaturizado que provoca el
giro de los iones 90°, mientras que las especies neutras siguen una
trayectoria rectilínea.
68
Introducción 1
Figura 1.31. Esquema de la interfaz y el sistema de focalización iónica
del ICP-MS NexION 300X Perkin Elmer [55].
✓ Analizador de masas: en este equipo el analizador de masas es
un cuadrupolo colocado con posterioridad a una celda de
colisión/reacción. Esta celda se conoce como celda universal, ya que
puede trabajar en tres modos: (i) modo estándar, en el que se purga la
celda evitando así la presencia de gases residuales y, por lo tanto,
evitando pérdidas de sensibilidad; (ii) modo de colisión, en el que se
introduce un gas no reactivo y se trabaja en modo de discriminación de
69
PhD. Águeda Cañabate López
energía cinética (KED); (iii) modo de reacción, usando un gas reactivo
para hacerlo reaccionar con el interferente o con el analito en cuestión.
✓ Detector: de nuevo, se emplea un multiplicador de electrones,
cuyo principio se ha explicado brevemente en la sección 1.4.4.
70
Introducción 1
1.5 Sistema de introducción de muestra de
antorcha integrada a alta temperatura (hTISIS)
Para el trabajo con muestras de matriz compleja y/o volumen limitado
es necesario emplear nebulizadores y cámaras de nebulización eficaces.
El incremento en la eficacia de transporte de la disolución al plasma
conduce a un mejor rendimiento analítico. Con este objetivo surgió el
dispositivo conocido como Sistema de introducción de muestra
integrado en la antorcha a elevada temperatura (hTISIS). Este sistema
está compuesto por un micronebulizador insertado en una cámara de
nebulización de paso simple que es calentada por una bobina de cobre
conectada a una resistencia. Además, dicho equipo cuenta con un
termopar que permite controlar la temperatura en el interior de la
cámara de nebulización [57-60].
Figura 1.32. Esquema del sistema de introducción de muestra hTISIS.
TEMPERATURA
71
PhD. Águeda Cañabate López
Como resultado de la calefacción de la cámara, el disolvente
contenido en el aerosol primario se evapora eficazmente y la eficacia
de transporte del analito es mayor que la obtenida por un sistema de
introducción de muestra convencional. En las condiciones en las que se
consigue que la eficacia de transporte sea cercana al 100%, se podría
decir que la cámara de nebulización está actuando como una cámara
de evaporación y por lo tanto no se requiere de una salida para
drenados en dicha cámara. Bajo estas condiciones, la eficacia de
transporte no depende de la matriz, ya que esta ha sido evaporada y
por lo tanto las diferencias entre el transporte del analito en las
muestras y en los patrones son mitigadas y/o incluso eliminadas. El
hTISIS, se ha aplicado tanto para muestras con una matriz orgánica,
como acuosa y en todos los casos se ha conseguido mitigar y/o eliminar
los efectos de matriz obteniendo buenos resultados. En la Tabla 1.3 se
muestran todas las muestras a las cuales se ha aplicado el sistema de
introducción descrito.
Este sistema de introducción de muestra puede trabajar en dos
modos: (i) aspiración de muestra en modo continuo, con una velocidad
de flujo líquido de unos 30 µL min-1; e (ii) inyección en modo
segmentado, en el que se aspiran pequeños volúmenes de muestra
líquida (normalmente unos 5 µL). Este segundo método es
recomendado cuando las muestras presentan matrices orgánicas,
debido a que con este método de inyección se mitigan los problemas
de formación de depósitos de carbón en la interfaz del equipo de ICP-
MS y la degradación térmica del plasma.
72
Introducción 1
Tabla 1.3. Listado de muestras que han sido estudiadas bajo el sistema
de introducción de muestra hTISIS.
Tipo de muestra Referencia
Muestras biológicas Sangre humana Líquido cerebroespinal humano Harina de huesos Músculo de pintarroja Vieira Hepatopáncreas de langosta Plancton Tejido de pescado Krill antártico Tejido de mejillón Hígado bovino
61 62 58 63 63 63 58 63 63, 64 65, 66 65, 66
Muestras medioambientales Nieve Sedimentos marinos Aguas residuales Agua de mar
67 63 65 64
Combustibles Petróleo Derivados petróleo (gasolina, diésel, queroseno)
68 69-72
Biocombustibles Bioetanol Biodiesel
73-76 69, 70
Disolventes orgánicos Metanol Xileno
64 77, 78
Disolventes inorgánicos Ácido nítrico
64
Alimentos/Bebidas Espinacas Vino
58 79
73
PhD. Águeda Cañabate López
Por todo lo explicado anteriormente podemos decir que el
sistema de introducción de muestra hTISIS presenta las siguientes
ventajas frente a los sistemas convencionales:
✓ Aumento de sensibilidad. El calentamiento de las paredes de la
cámara de nebulización da lugar a la evaporación del disolvente y esto
junto a la trayectoria sencilla que tiene que recorrer el analito, da lugar
a un aumento en la eficacia de transporte del analito. Esto se traduce
en un aumento de sensibilidad al comparar el sistema hTISIS con otros
sistemas convencionales. En la Figura 1.33 se observa la intensidad
iónica obtenida para el 55Mn usando una cámara convencional como la
Scott y con el sistema hTISIS a distintas temperaturas. En esta figura se
puede apreciar como el incremento en sensibilidad se encuentra
comprendido entre 6 y 10 veces con respecto al sistema con la cámara
Scott [73].
Figura 1.33. Intensidad iónica (cps) para 55Mn en ICP-MS con un sistema
convencional (cámara de nebulización Scott) y hTISIS a distintas
temperaturas bajo inyección segmentada [73].
74
Introducción 1
✓ Disminución de los límites de detección (LODs). En la Tabla 1.4
se muestra un ejemplo de los LODs obtenidos por ICP-MS para una
muestra 50% etanol/agua con una cámara de doble paso y el sistema
hTISIS operando a varias temperaturas. Como se puede observar en
dicha tabla, con el sistema hTISIS trabajando a 300 °C obtenemos una
mejora en los LODs desde 1 hasta 21 veces.
75
PhD. Águeda Cañabate López
Tabla 1.4. LODs (ng mL-1) obtenidos por ICP-MS para una muestra 50%
etanol/agua con diferentes sistemas de introducción de muestra con
inyección segmentada. Adaptada de referencia 73.
Isótopo Cámara doble paso hTISIS Tª ambiente hTISIS 300 °C
11B 34 2 3 23Na 7 4 5 24Mg 1.1 1.3 0.6 27Al 3 3 3 52Cr 0.4 0.3 0.17
55Mn 0.4 0.2 0.2 56Fe 0.5 0.5 0.4 59Co 0.3 0.04 0.014 60Ni 0.6 0.11 0.06 63Cu 0.3 0.11 0.17 66Zn 0.18 0.08 0.05 88Sr 0.3 0.06 0.05
107Ag 0.17 0.04 0.015 111Cd 0.3 n.d. 0.2 115In 0.12 0.08 0.03 137Ba 0.3 n.d. 0.04 208Pb 0.3 0.03 0.018 209Bi 0.13 0.018 0.018
76
Introducción 1
✓ Reducción tiempo lavado. Otra de las ventajas encontradas con
el sistema hTISIS frente a otros sistemas convencionales es la
disminución en el tiempo de lavado. Su bajo volumen interno, así como
la alta eficacia de transporte que presenta hace que la cantidad de
muestra que queda en la cámara sea menor que para otros sistemas.
En la Figura 1.34 se registra la señal de emisión obtenida para la línea
249.773 nm del B para una cámara cinnabar y el sistema hTISIS al pasar
de una disolución 10 µg mL-1 a agua destilada. Como se puede observar
en la figura, el tiempo de lavado es menor para el sistema hTISIS,
trabajando este a temperatura ambiente. Esta diferencia en tiempos de
lavado aún es más notable cuando el sistema trabaja a temperaturas
elevadas.
Figura 1.34. Intensidad de emisión para B 249.773 nm al pasar de una
disolución de 10 µg mL-1de B a agua destilada con una cámara cinnabar
(línea discontinua) y el sistema hTISIS (línea continua) [65].
77
PhD. Águeda Cañabate López
✓ Mitigación efectos matriz. Como ya se ha explicado
anteriormente el sistema hTISIS actúa como una cámara de
evaporación, con una eficacia de transporte cercana al 100%. Bajo esas
condiciones la eficacia de transporte no depende de la matriz, por lo
que las diferencias en cuanto a propiedades físicas entre las muestras y
los estándares son mitigadas o incluso eliminadas. En la Figura 1.35 se
puede observar este efecto de mitigación de los efectos de matriz,
obteniendo una recuperación cercana al 100% para cuatro muestras
reales de bioetanol.
Figura 1.35. Recuperación obtenida para cuatro muestras reales de
bioetanol dopadas con 250 mg L-1 usando el sistema hTISIS bajo
inyección segmentada [73].
78
Introducción 1
En la presente Tesis Doctoral, el sistema hTISIS ha sido
comparado con un sistema de desolvatación (Capítulo 2) y ha sido
aplicado para el análisis elemental directo de muestras biológicas con
matrices complejas como son la sangre (Capítulo 3) y el líquido
cerebroespinal (Capítulo 4).
79
PhD. Águeda Cañabate López
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[53]ahttps://www.agilent.com/cs/library/brochures/5990-4025ES.pdf
(accedido 12 Enero 2019)
86
Introducción 1
[54]ahttps://www.youtube.com/watch?v=vHg-V_DLywY&t=403s
(accedido Enero 12, 2019)
[55]ahttp://docplayer.net/51635797-Inductively-coupled-plasma-
mass-spectrometry-icpms-the-new-elemental-analysis-
workhorse.html (accedido 13 Enero 2019)
[56]ahttp://photos.labwrench.com/equipmentManuals/7258-
3519.pdf (accedido 12 Enero 2019)
[57] E. Paredes, M. Grotti, J. M. Mermet, J. L. Todolí, Heated-spray
chamber-based low sample consumption system for inductively
coupled plasma spectrometry, J. Anal. At. Spectrom. 24 (2009)
903-910.
[58] M. Grotti, F. Ardini, J. L. Todolí, Total introduction of microsamples
in inductively coupled plasma mass spectrometry by high-
temperature evaporation chamber with a sheathing gas stream,
Anal. Chim. Acta 767 (2013) 14-20.
[59] J. L. Todolí, J. M. Mermet, New torch design with an in-built
chamber for liquid sample analysis by ICP-AES, J. Anal. At.
Spectrom. 17 (2002) 345-351.
[60] J. L. Todoli, J. M. Mermet, Study of direct injection in ICP-AES using
a commercially available micronebulizer associated with a
reduced length torch, J. Anal. At. Spectrom. 19 (2004) 1347-1353.
[61] A. Cañabate, E. García-Ruiz, M. Resano, J. L. Todolí, Analysis of
whole blood by ICP-MS equipped with a high temperature total
87
PhD. Águeda Cañabate López
sample consumption system, J. Anal. At. Spectrom. 32 (2017) 78-
87.
[62] A. Cañabate, E. García-Ruiz, M. Resano, J. L. Todolí, Cerebrospinal
fluid elemental analysis by using a total sample consumption
system operated at high temperature adapted to inductively
coupled plasma mass spectrometry, J. Anal. At. Spectrom. 32
(2017) 1916-1924.
[63] F. Ardini, M. Grotti, R. Sánchez, J. L. Todolí, Improving the analytical
performances of ICP-AES by using a high-temperature single-pass
spray chamber and segmented-injections micro-sample
introduction for the analysis of environmental samples, J. Anal.
At. Spectrom. 27 (2012) 1400-1404.
[64] R. Sánchez, A. Cañabate, C. Bresson, F. Chartier, H. Isnard, S.
Maestre, A. Nonell, J. L. Todolí, Comparison of a high temperature
torch integrated sample introduction system with a desolvation
system for the analysis of microsamples through inductively
coupled plasma mass spectrometry, Spectrochim. Acta Part B 129
(2017) 28-36.
[65] J. L. Todolí, J. M. Mermet, Optimization of the evaporation cavity
in a torch integrated sample introduction system based ICP-AES
system. Applications to matrix and transient effects analysis of
microsamples and analysis of certified solid samples, J. Anal. At.
Spectrom. 18 (2003) 1185-1191.
88
Introducción 1
[66] J. L. Todolí, S. E. Maestre, J. M. Mermet, Compensation for matrix
effects in ICP-AES by using air segmented liquid microsample
introduction. The role of the spray chamber, J. Anal. At. Spectrom.
19 (2004) 728-737.
[67] M. Grotti, F. Soggia, J. L. Todolí, Ultratrace analysis of Antarctic
snow samples by reaction cell inductively coupled plasma mass
spectrometry using a total-consumption micro-sample-
introduction system, Analyst 133 (2008) 1388-1394.
[68] R. Sánchez, J. Lefevre, J. L. Todolí, Direct elemental analysis of
petroleum heavy fractions by means of ICP-OES equipped with a
high temperature torch integrated sample introduction system, J.
Anal. At. Spectrom. (2019) DOI: 10.1039/c8ja00320c.
[69] R. Sánchez, C. Sánchez, J. L. Todolí, C. P. Lienemann, J. M. Mermet,
Quantification of nickel, vanadium and manganese in petroleum
products and biofuels through inductively coupled plasma mass
spectrometry equipped with a high temperature single pass spray
chamber, J. Anal. At. Spectrom. 29 (2014) 242-248.
[70] R. Sánchez, J. L. Todolí, C. P. Lienemann and J. M. Mermet,
Universal calibration for metal determination in fuels and biofuels
by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry
based on segmented flow injection and a 350 °C heated chamber,
J. Anal. At. Spectrom. 27 (2012) 937-945.
[71] R. Sánchez, J. L. Todolí, C. P. Lienemann, J. M. Mermet, Air-
segmented, 5 µL Flow injection associated with a 200 °C heated
89
PhD. Águeda Cañabate López
chamber to minimize plasma loading limitations and difference of
behaviour between alkanes, aromatic compounds and petroleum
products in inductively coupled plasma atomic emisión
spectrometry, J. Anal. At. Spectrom. 25 (2010) 1888-1894.
[72] R. Sánchez, J. L. Todolí, C. P. Lienemann, J. M. Mermet, Effect of
solvent dilution on the ICP-AES based silicon sensitivity, the
aerosol characteristics and the resulting organic solution
properties in the analysis of petroleum products, J. Anal. At.
Spectrom. 25 (2010) 178-185.
[73] C. Sánchez, C. P. Lienemann, J. L. Todolí, Analysis of bioethanol
samples through Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry
with a total samples consumption system, Spectrochim. Acta Part
B 124 (2016) 99-108.
[74] C. Sánchez, C. P. Lienemann, J. L. Todolí, Metal and metalloid
determination in bioethanol through inductively coupled plasma-
optical spectroscopy, Spectrochim. Acta Part B 115 (2016) 16-22.
[75] C. Sánchez, E. Bolea-Fernandez, M. Costas-Rodríguez, C. P.
Lienemann, J. L. Todolí, F. Vanhaecke, Direct lead isotopic analysis
of bioethanol by means of multi-collector ICP-mass spectrometry
with a total consumption sample introduction system, J. Anal. At.
Spectrom. 33 (2018) 481-490.
[76] R. Sánchez, C. Sánchez, C.P. Lienemann, J. L. Todolí, Metal and
metalloid determination in biodiesel and bioethanol, J. Anal. At.
Spectrom. 30 (2015) 64-101.
90
Introducción 1
[77] R. Sánchez, J. L. Todolí, C. P. Lienemann, J. M. Mermet,
Minimization of the effect of silicon chemical form in xylene
matrices on ICP-AES performance, J. Anal. At. Spectrom. 24 (2009)
1382-1388.
[78] R. Sánchez, J. L. Todolí, C. P. Lienemann, J. M. Mermet, Effect of
the silicon chemical form on the emission intensity in inductively
coupled plasma atomic emission spectrometry for xylene
matrices, J. Anal. At. Spectrom. 24 (2009) 391-401.
[79] C. Cerutti, C. Sánchez, R. Sánchez, F. Ardini, M. Grotti, J. L. Todolí,
Determination of trace elements in undiluted wine samples using
an automatized total sample consumption system coupled to ICP-
MS, J. Anal. At. Spectrom. (2019) DOI: 10.1039/c8ja00391b.
TRABAJOS PUBLICADOS
2
Comparison of a high temperature torch
integrated sample introduction system with a
desolvation system for the analysis of
microsamples through inductively coupled
plasma mass spectrometry
CAPÍTULO 2
97
PhD. Águeda Cañabate López
2.1 Abstract
This work describes for the first time the comparison of the analytical
performances obtained with a high temperature torch integrated
sample introduction system (hTISIS) against those found with a
commercially available desolvation system (APEX) associated with
inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). A double pass
spray chamber was taken as the reference system. Similar detection
limits and sensitivities were obtained in continuous injection mode at
low liquid flow rates for the APEX and hTISIS operating at high
temperatures. In contrast, in the air-segmented injection mode, the
detection limits obtained with hTISIS at high temperatures were up to
12 times lower than those found for the APEX. Regarding memory
effects, wash out times were shorter in continuous mode and peaks
were narrower in air segmented mode for the hTISIS as compared to
the APEX. Non-spectral interferences (matrix effects) were studied with
10% nitric acid, 2% methanol, for an ICP multielemental solution and a
hydro-organic matrix containing 70% (v/v) acetonitrile in water, 15
mmol L−1 ammonium acetate and 0.5% formic acid containing
lanthanide complexes. In all the cases, matrix effects were less severe
for the hTISIS operating at 200 °C and the APEX than for the double pass
spray chamber. Finally, two spiked reference materials (sea water and
Antartic krill) were analyzed. The hTISIS operating at 200 °C gave the
best results compared to those obtained with the APEX and the double
pass spray chamber. In conclusion, despite the simplicity of the hTISIS,
98
Comparison of hTISIS with APEX for the analysis of microsamples through ICP-MS
ucción
2
it provided, at low liquid flow rates, results similar to or better than
those obtained with the by other sample introduction systems.
3 Analysis of whole blood by ICP-MS
equipped with a high temperature
total sample consumption system
Analysis of whole blood by ICP-MS
equipped with a high temperature total
sample consumption system
CAPÍTULO 3
103
PhD. Águeda Cañabate López
3.1 Abstract
In this work, the performance of a high temperature torch Integrated
Sample Introduction System (hTISIS) using Inductively Coupled Plasma
Mass Spectrometry (ICP-MS) for the multi-element analysis of whole
blood is evaluated. Two different quadrupole-based spectrometers
were tested and the optimization studies were performed with a
reference whole blood material. Sample dilution factor and hTISIS
temperature were taken as the variables. The sample was introduced
following two different procedures: continuous aspiration and air-
segmentation. The optimum performance of the system in terms of
both analytical figures of merit and accuracy was obtained for a hTISIS
temperature of 200 °C and for either 1:10 or 1:25 dilution factors
depending on the ICP-MS device used. An improvement in terms of
sensitivity and detection limits was obtained with the hTISIS as
compared to the conventional cyclonic spray chamber. Thus, for 1:25
diluted blood samples, the hTISIS imp
roved the sensitivity by a factor ranging 2.0-4.5. Moreover, at 200 °C,
the limits of detection for hTISIS were 1.1 to 8.4 times lower than those
for the cyclonic spray chamber. This analytical parameter was in the ng
L-1 range for the detected elements. Matrix effects in turn became less
severe as the hTISIS temperature increased (from room temperature to
80 °C). All these results were obtained without a severe degradation of
the fundamental plasma parameters. In fact, under optimum conditions
BaO+/Ba+ and Ba++/Ba+ signal ratios were 1.2% and 2.0%, respectively.
The developed method was applied for the analysis of low volumes
104
Analysis of whole blood by ICP-MS equipped with hTISIS 3
(c.a., 2.5 µL) of real blood samples after a minimally invasive collection
by volumetric absorptive microsampling. The hTISIS is an easy-to-
implement sample introduction system that can be employed for the
routine analysis using ICP-MS.
Cerebrospinal fluid elemental analysis by
using a total sample consumption system
operated at high temperature adapted to
inductively coupled plasma mass
spectrometry
CAPÍTULO 4
109
PhD. Águeda Cañabate López
4.1 Abstract
A total consumption low sample introduction system has been applied
for the first time to the multielement analysis of non-diluted
cerebrospinal fluids (CSFs) by means of inductively coupled plasma
mass spectrometry (ICP-MS). A 2.5 µL sample volume has been injected
into an air carrier stream in agreement with the air-segmented injection
principle. The sample plug has been turned into an aerosol by means of
a high efficiency nebulizer (HEN) and further introduced into the so-
called high temperature torch integrated sample introduction system
(hTISIS). A transient signal has been thus obtained. For spiked CSF real
samples it has been verified that the higher the temperature, the
greater the sensitivity. Under optimized conditions, the hTISIS provides
peak areas around four times higher than those provided by the
spectrometer default device (i.e., a double pass spray chamber).
Additional advantages provided by the former system include limits of
detection up to 6 times lower and narrower peaks as compared to those
reported for the double pass spray chamber. Furthermore, the use of
the hTISIS is not detrimental from the point of view oxide production
and doubly charged ion generation. Regarding the extent of non-
spectral interference caused by the CSF matrix, it has been verified that,
with the hTISIS, recoveries for spiked real samples were close to 100%
for a set of 14 different elements (V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, As, Se, Mo, Cd,
Sb, Ba, Tl and Pb). Meanwhile, in segmented flow injection mode, the
reference system provided recoveries from 200 to 500%, depending on
the element and the sample, thus demonstrating the occurrence of
matrix effects.
110
CSF by using hTISIS adapted to ICP-MS 4
CONCLUSIONES GENERALES
113
PhD. Águeda Cañabate López
A continuación, se enumeran las conclusiones generales más
relevantes que se pueden extraer de las investigaciones llevadas a cabo
durante la presente Tesis Doctoral:
1. El análisis elemental de muestras clínicas es una tarea compleja
debido a que el volumen de muestra del que se dispone es bajo, la
matriz de la muestra comprende tanto componentes orgánicos
como inorgánicos, lo cual da lugar a importantes efectos de matriz.
Como consecuencia, existe una gran dificultad en lo que respecta a
la producción de materiales de referencia de muestras clínicas. Por
otra parte, las concentraciones de los analitos son
extremadamente bajas, lo cual demanda el uso de una técnica de
análisis extremadamente sensible.
2. El sistema de consumo total de muestra denominado hTISIS
acoplado directamente a un equipo ICP-MS permite el análisis
tanto en régimen continuo de introducción de la muestra como en
inyección segmentada. En ambos casos, se reduce notablemente el
volumen de muestra consumida, lo cual resulta de suma
importancia para el análisis de determinadas muestras clínicas.
Dicho sistema de introducción de muestra ofrece una gran mejora
en términos de sensibilidad, efectos de memoria y límites de
detección con respecto a un sistema convencional.
3. El sistema hTISIS utililzado en modo de aspiración continua a un
flujo de 20 µL min-1 y a altas temperaturas (200 °C) ofrece
114
Conclusiones generales
sensibilidades, LODs y estabilidad de la señal similares o mejores
que los que se consiguen con un sistema de introducción de
muestra más complejo y de un coste muy superior, como es el
sistema de desolvatación APEX.
4. La calefacción de la cámara de nebulización de paso simple que
compone el sistema hTISIS a 200 °C conduce a eficacias de
transporte del analito próximas al 100%, independientemente de
la matriz de la muestra. Esto hace que los efectos de matriz se vean
mitigados y/o incluso eliminados pudiendo llevar a cabo análisis
exactos de muestras reales a través de la calibración externa
basada en el uso de patrones acuosos.
5. El dispositivo hTISIS está perfectamente indicado para su uso junto
con el espectrómetro ICP-MS Agilent 7700x. Esto es debido a que
el equipo dispone de un accesorio de dilución en fase aerosol, lo
cual permite la realización de análisis de ciertas muestras clínicas
(ricas en sales inorgánicas) sin necesidad de diluirlas o aplicando
bajos factores de dilución. Como consecuencia, los límites de
detección se reducen en mayor medida.
6. El sistema de recolección de micro-muestras basado en la
adsorción sobre un soporte poroso (VAMS) permite reducir
notablemente el volumen de muestra necesario, así como el
carácter invasivo del método de muestreo. En combinación con el
sistema hTISIS-ICP-MS puede ser considerado como un método de
115
PhD. Águeda Cañabate López
análisis de sangre aplicable en rutina. El procedimiento
desarrollado es especialmente interesante para poblaciones de
recién nacidos, personas con reducida movilidad o personas que
viven en zonas alejadas de hospitales o clínicas.
7. El sistema hTISIS a elevadas temperaturas en modo de inyección
segmentada permite el análisis directo de muestras de fluido
cefalorraquídeo o cerebroespinal (CSF) cuyo volumen disponible es
muy bajo. Esto es posible gracias a que con dicho sistema los
efectos de matriz son mitigados y/o eliminados y se puede llevar a
cabo el análisis mediante calibración externa con patrones
acuosos. Asimismo, el volumen de muestra necesario para un
análisis multielemental completo es del orden de 10 L.
116
Conclusiones generales
FUTUROS ESTUDIOS
119
PhD. Águeda Cañabate López
En la presente Tesis Doctoral el sistema de introducción de muestra
hTISIS ha demostrado numerosas ventajas frente a sistemas
convencionales para el análisis elemental directo de muestras clínicas,
como es el caso de la sangre y el líquido cerebroespinal. Dichas ventajas
podrían ser útiles para el estudio de nanopartículas. Las nanopartículas
presentan propiedades fisicoquímicas únicas debido a su pequeño
tamaño, su gran área superficial y a una reactividad química distinta, lo
cual ha llevado durante la última década a un aumento en el interés por
estos materiales, que ha conducido a la aparición de una gran cantidad
de productos innovadores en nuestra vida cotidiana. Así, del mismo
modo que la producción y comercialización de estos productos ha
aumentado, la exposición humana a estas nanopartículas también ha
experimentado un gran crecimiento, pudiendo introducirse en el
cuerpo humano a través de inhalación, contacto con la piel, ingestión
y/o administración médica. Por esto, el análisis de nanomateriales se ha
convertido en un tema de gran interés y el desarrollo de métodos
analíticos que nos proporcionen una información analítica apropiada es
un reto de actualidad. En este campo de investigación se requiere tanto
la cuantificación de los distintos elementos como: (i) detectar la
presencia de nanopartículas; (ii) identificar el tipo de nanopartícula a
partir de su composición química; (iii) caracterizar las nanopartículas en
función del tamaño, forma y característica superficial; (iv) determinar la
distribución de tamaños de las mismas nanopartículas; y/o, (v)
cuantificar su concentración en número. Así, ha ido surgiendo en los
últimos años un nuevo método de análisis para este tipo de muestras.
Se trata del método de detección individual de partículas basado en el
120
Futuros estudios
uso de la Espectrometría de Masas con fuente de ionización de Plasma
Acoplado por Inducción, ICP-MS (single particle Inductively Coupled
Plasma Mass Spectrometry, spICP-MS), el cual nos permite llevar a cabo
una completa caracterización, cuantificación y detección de las
nanopartículas. Sin embargo, una etapa crítica en esta técnica es la
introducción de muestras, ya que la calidad de los resultados obtenidos
finalmente dependerá de la calidad de esta etapa. Además, cabe
señalar que una de las limitaciónes del método spICP-MS reside en su,
en ocasiones, excesivamente elevado límite de detección. Por otra
parte, se ha comprobado que existe una relación inversa entre la
toxicidad de las nanopartículas y su tamaño, siendo las más pequeñas
las que presentan una mayor toxicidad. Por estos motivos, es de
especial importancia el desarrollo de un método que nos permita
detectar y caracterizar este tipo de nanopartículas, de un tamaño muy
pequeño, que está por debajo de los límites de detección presentes
hasta el momento.
IMPACTO CIENTÍFICO
123
PhD. Águeda Cañabate López
Publicaciones
1. R. Sánchez, A. Cañabate, C. Bresson, F. Chartier, H. Isnard, S.
Maestre, Comparison of a high temperature torch integrated sample
introduction system with a desolvation system for the analysis of
microsamples, Spectrochim. Acta Part B 129 (2017) 28-36.
2. A. Cañabate, E. García-Ruiz, M. Resano, J. L. Todolí, Analysis of whole
blood by ICP-MS equipped with a high temperature total sample
consumption system, J. Anal. At. Spectrom. 32 (2017) 78-87.
3. A. Cañabate, E. García-Ruiz, M. Resano, J. L. Todolí, Cerebrospinal
fluid elemental analysis by using a total sample consumption system
operated at high temperature adapted to inductively coupled
plasma mass spectrometry, J. Anal. At. Spectrom. 32 (2017) 1916-
1924.
Participación en congresos
1. E. García-Ruiz, C. Flórez, M. Resano, M. Aramendia, A. Cañabate, J.
L. Todolí. High temperature sample introduction system for the
analysis of blood and urine through ICP-MS. 2014 Winter Conference
on Plasma Spectrochemistry (poster). Amelia Island, Florida, 6-11
Enero 2014.
2. A. Cañabate, J. P. Díaz, S. Maestre, J. L. Todolí. Characterization of
the mineral content of Horchata. 2015 European Winter Conference
124
Impacto científico
on Plasma Spectrochemistry (poster). Münster, Alemania, 22-26
Febrero 2015.
3. A. Cañabate, E. García-Ruiz, C. Flórez, M. Resano, M. Aramendia, J.
L. Todolí. Blood analysis through ICP-MS employing a total sample
consumption system. 60th ICAAS (poster). Halifax, Canada, 19-22
Mayo 2015.
4. E. García-Ruiz, M. Resano, C. Flórez, A. Cañabate, J. L. Todolí. High
temperature sample introduction system for the analysis of blood
through ICP-MS. The 6th Asia-Pacific Winter Conference on Plasma
Spectrochemistry (poster). Xiamen, China, 19-22 Mayo 2015.
5. C. Sánchez, A. Cañabate, E. García-Ruiz, M. Resano, C. Flórez, M.
Aramendia, J. L. Todolí. Analysis of whole with a total sample
consumption system coupled to ICP-MS. Euroanalysis XVIII (poster).
Bordeaux, Fracia, 6-10 Septiembre 2015.
6. J. L. Todolí, A. Cañabate, C. Sánchez. Evaluation and characterization
of commercial micronebulizers. 2016 Winter Conference on Plasma
Spectrochemistry (poster). Tucson, Arizona, Estados Unidos de
América, 10-16 Enero 2016.
7. J. L. Todolí, A. Cañabate, R. Sánchez, A. Nonell, C. Bresson, F.
Chartier. Comparaison d’un système à consommation totale de
l’échantillon et d’un système de désolvatation pour l'analyse de
microéchantillons par ICP-MS. SPECTR´ATOM 2016 (poster). Pau,
Francia, 23-27 Mayo 2016.
125
PhD. Águeda Cañabate López
8. J. L. Todolí, R. Sánchez, A. Cañabate, S. Maestre, A. Nonell, C.
Bresson, F. Chartier. Advantages of a high temperature torch
integrated sample introduction system over a desolvation system for
the analysis of microsamples through ICP-MS. 8th Nordic Conference
on Plasma Spectrochemistry (poster). Loen, Noruega, 5-8 Junio 2016.
9. J. L. Todolí, A. Cañabate, E. García-Ruiz, M. Resano. Analysis of whole
blood through ICP-MS equipped with a high temperature total
sample consumption system. SCIX 2016 (comunicación oral).
Minneapolis, Estados Unidos de América, 18-23 Septiembre 2016.
10. E. García, A. Cañabate, M. Resano, J. L. Todolí. A high temperature
total sample consumption system for blood analysis via ICP-MS. 2017
European Winter Conference on Plasma Spectrochemistry (poster).
Sankt Anton, Austria, 19-24 Febrero 2017.
11. A. Cañabate, E. García-Ruiz, M. Resano, J. L. Todolí. Analysis of
cerebrospinal fluid by a high temperature total sample consumption
system coupled to ICP-MS. XIX Euroanalysis (comunicación oral).
Estocolmo, Suecia, 28-1 Septiembre 2017.
12. A. Cañabate, E. García-Ruiz, M. Aramendia, M. Resano, J. L. Todolí.
Determination of nanoparticles in blood and urine through a total
sample consumption system adapted to ICP-MS. XIX Euroanalysis
(poster). Estocolmo, Suecia, 28-1 Septiembre 2017.
13. E. García-Ruiz, A. Cañabate, M. Resano, J. L. Todolí. High
temperature total sample consumption system coupled to
inductively coupled plasma mass spectrometry for the multielement
126
Impacto científico
analysis of cerebrospinal fluid. SCIX 2017 (poster). Reno, USA, 8-13
Octubre 2017.
14. E. García-Ruiz, M. Aramendia, D. Elite, A. Cañabate, J. L. Todolí, M.
Resano. Characterization of nanoparticles in biological samples via
SP-ICP-MS using a high temperature torch integrated in a sample
introduction system. 2018 Winter Conference on Plasma
Spectrochemistry (poster). Amelia Island, Florida, 8-13 Enero 2018.
Research stays
1. Entidad: Departamento de Química Analítica, Universidad de
Zaragoza. Zaragoza, España. 05/05/2014 – 09/06/2014. Evaluación
de una cámara de evaporación de muestras para la introducción de
micromuestras en un ICP-MS.
2. Entidad: Departamento de Química Analítica, Universidad de
Zaragoza. Zaragoza, España. 21/04/2015 – 03/07/2015. Evaluación
de una cámara de evaporación de muestras para la introducción de
micromuestras en un ICP-MS.
3. Entidad: Departamento de Química Analítica, Universidad de
Zaragoza. Zaragoza, España. 27/02/2017 – 04/04/2017. Evaluación
de una cámara de evaporación de muestras para la caracterización
de nanopartículas metálicas.
4. Entidad: Departamento de Química Física y Analítica, Universidad
de Oviedo. Asturias, España. 01/05/2017 – 01/08/2017. Beca para
estancias predoctorales fuera de la Comunidad Valenciana.