Dr. Rainer Nehm, Horiba Jobin Yvon, Unterhaching Germany

En el pasado, el elemento indio se usaba en diferentes aplicaciones técnicas, tales como los baleros, que tienen que soportar altas exigencias en condiciones de trabajo duro como p. ej. en motores de aviones. Otra aplicación es el uso en lámparas de vapor de sodio para aumentar la eficiencia y luminosidad. En el campo nuclear, la aleación Ag80In15Cd5 se utiliza para fabricar varillas de absorción para reactores de energía nuclear.

Hoy en día, el indio (In) se vuelve cada vez más interesante porque se usa como cobre-indio-galio-di-seleniuro y cobre- sulfuro de indio para la producción de celdas solares y el ortoborato de indio InBO3 es usado en pantallas de computadora para aumentar la estabilidad de la imagen.

La alta pureza In (calidad 6N y superior) ha encontrado muchas aplicaciones en electrónica como, p. ej. InP cristales individuales. Por lo tanto, se vuelve cada vez más de interés económico reciclar este material. Cantidades notables indio se encuentran junto con metales preciosos en chatarra electrónica. Como hay pocos materiales de referencia certificados (CRM) se decidió que de la base de la chatarra electrónica en el mercado disponible se desarrollara un nuevo CRM. Tras esta decisión, una "round robin "con una muestra fabricada bajo la dirección del Instituto Federal Alemán de Investigación y Pruebas de Materiales, BAM (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung), Berlín.

Varios miembros del grupo de trabajo alemán GDMB para metales preciosos participaron en este round robin. Además de In, los elementos auxiliares como Ag, Au, Be, Cu, Ni, Pd y Pt tuvieron que ser analizados. Pero rápidamente se hizo evidente que la determinación de In fue muy difícil. El primer resultado fue de 88 mg / kg con una incertidumbre de ± 25 mg / kg, sin embargo, estos resultados no son aceptables para un material de referencia certificado, por tanto, el laboratorio de aplicaciones alemán HORIBA Scientific fue llamado a participar con su ICP-OES de alta resolución.

Preparación de la muestra para análisis cuantitativo.

Para encontrar líneas de emisión apropiadas para el análisis por ICP-OES es necesario conocer el elemento matriz y también los elementos concomitantes. En el caso de la chatarra electrónica, el problema es que la chatarra proviene de diferentes fuentes y puede incluir muchos diferentes elementos en diferentes rangos de concentración.

Otro inconveniente es la preparación general de la materia prima del material inicial para el CRM. Se trituraron 50 kg del material de partida, fue incinerado y fundido con 50 kg de pirita. El fundido fue triturado de nuevo hasta obtener un polvo con un tamaño de grano de 0.2 mm. Por lo tanto, una alta concentración de Fe fue introducida en el material que conduce potencialmente a interferencias espectrales.

Para un análisis semicuantitativo rápido y fácil, 1 g de la muestra se fundió con 10 g de peróxido de sodio en un crisol de Zirconio. Después de la digestión en ácido y hasta un volumen definido, la solución fue analizado con un programa semicuantitativo. En total, 58 elementos fueron analizados. El resultado de este análisis semicuantitativo fue la base para el Programa de software CLIP (CLIP = Colección de perfiles de intensidad de línea) para extraer líneas de emisión apropiadas para el análisis de indio.

Software CLIP

El software CLIP puede extraer líneas de emisión en cualquier matriz al tomar en cuenta los elementos concomitantes, la concentración de los elementos concomitantes, la resolución de cada línea de emisión y, en combinación con el uso de un espectrómetro Ultima Expert ICP-OES Horiba y la abertura espectral. La base de datos de CLIP contiene más de 56,000 líneas de emisión. Cada línea de emisión se caracteriza por su límite de detección, límite de saturación, resolución y su estado (I o II).
Con toda esta información, el CLIP puede proponer líneas de emisión útiles para una tarea analítica dada. En el caso de chatarra electrónica en total la influencia de 27 elementos se verificó en indio.

La influencia de los otros elementos como las tierras raras se encontraron insignificantes, porque el análisis semicuantitativo no muestra concentraciones significativas Teniendo en cuenta todo los elementos y parámetros, CLIP propuso dos líneas de emisión útiles para la determinación de In: 158.577 nm y 451.131 nm. Debido al mejor límite de detección (1.4 μg / L en lugar de 4.4. μg / L) y la mejor resolución (5 pm en lugar de 10 pm) para futuras investigaciones solo la línea de emisión a 158.577 nm fue usada.
Una de las mayores ventajas de CLIP es que siempre es posible ver por qué una línea de emisión fue rechazada por el programa. Un ejemplo de una línea de emisión rechazada se da en la Imagen en la Tabla 1 la línea de emisión prominente para In es enlistadas, así como los elementos de interferencia.

In Longitud de onda en nm	Limites de detección en µg/L	Interferencias en nm
230.606	1.2	Co 230.604 / Ni 230.603
158.577	1.4	---
325.608	1.5	Mn 325.614 / Mo 325.621
303.936	2.2	Cr 303.932 / Fe 303.940
451.131	4.4	---
325.855	12.1	Mn 325.841 / Ti 325.864
271.026	15	Cr 271.028 / Mn 271.033 / Mo 271.019
410.176	19.7	Ar 410.173
256.015	24	Co 256.005 / Fe 256.028 / Mn 256.017

Principio

El análisis elemental de la muestra fue realizado por Plasma acoplado inductivamente: espectrometría de emisión óptica (ICP-OES). La muestra se nebuliza y luego se transfiere con un gas portador de argón que fluye en un plasma de argón. La muestra es desolvatada, atomizada, ionizada, por lo que los átomos y iones son excitados. La intensidad de la luz se mide cuando los átomos o iones regresan a bajos niveles de energía. Cada elemento emite luz a la longitud de onda característica. La intensidad de la luz es usada para cuantificación.

Instrumentos y especificaciones de operación

El trabajo se realizó en un Espectrómetro ICP ULTIMA HORIBA Scientific de doble rejilla holográfica. Las especificaciones del instrumento se enumeran en la Tabla 2, las especificaciones del sistema de introducción de muestra en la Tabla 3 y las condiciones de funcionamiento del instrumento en la Tabla 4.

Tabla 2: Especificaciones del Espectrómetro ICP ULTIMA HORIBA Scientific de doble rejilla holográfica

Parámetros	Especificaciones
Óptica	Czerny Turner
Longitud focal	1 m
Purga de nitrógeno	Yes
Rejilla holográfica: número de líneas por mm	2400 g/mm y 4343 g/mm usado en el primer orden
Resolución	5.5 pm a 120-440nm
Tipo de generador	Estado sólido, agua-enfriamiento
Frecuencia	40.68 MHz
Torcha	Vista Total

Tabla 3: Especificaciones del sistema de introducción de muestra

Parámetros	Especificaciones
Nebulizador	Seaspray
Camara spray	Ciclónica
Absorción de la muestra	1 mL/min
Humidificador de argon	Si
Diámetro del tubo inyector interior	3 mm

Tabla 4: Condiciones de operación del Espectrómetro ICP ULTIMA Horiba Scientific

Parámetros	Especificaciones
RF Generador	1150 W
Plasma gas	12 L/min
Auxiliar gas	0 L/min
Sheath gas	0.2 L/min
Presión nebulizador/argon	2.6 bar / 0.71 L/min

Tabla 5: Parámetros de adquisición

Parámetros	Especificaciones
Puntos de medición	1
Tiempo de integración	5 s
Slit entrada	Slit entrada 20 µm
Slit salida	15 µm

Preparación de muestras y muestras de calibración

Tres muestras individuales y también los estándares fueron preparados por Allgemeine Gold- und Silberscheideanstalt en Pforzheim.

Las muestras de calibración fueron matriciales emparejadas con lo siguiente elementos y concentraciones: 150 mg / L Al, 750 mg / L Cu, 1500 mg / L Fe, 50 mg / L Sn y 100 mg / L. Las muestras fueron digeridas mediante el siguiente procedimiento: se disolvieron 5 g de muestra en 75 ml de HCl (37%) y calentado durante 30 minutos a 85 ° C. Adyacentes 50 ml de HNO3 donde se añadió y se calentó nuevamente durante 2 hrs a 85 ° C y nuevamente 50 ml de HCl fue adicionado.

Después de que la solución se enfrió, se añadieron 5 ml de HF. Los La solución se dejó toda la noche y se filtró. La concentración de las soluciones estándar de indio se da en la Tabla 6.

Tabla 6: Concentraciones de soluciones estándar de indio

Soluciones estándar	Concentraciones en mg/L
S1	0.2
S2	0.5
S3	1.2

Resultados

El resultado obtenido para el análisis de In se da en la Tabla 7. El valor obtenido con ULTIMA está muy cerca del valor promedio con una excelente incertidumbre. El promedio del round robin también se da en la tabla 7.

Tabla 7: Concentración de indio en muestras de desechos electrónicos.

Elemento	In concentración	Incertidumbre
HJY resultados	90 mg/kg	± 1 mg/kg
Promedio round robin	91 mg/kg	± 7 mg/kg

Conclusiones

Este informe de aplicación demuestra la gran ventaja de combinación de diferentes herramientas para el desarrollo de un método para el análisis de elementos en matrices difíciles y ricas en líneas.

El rápido análisis semicuantitativo es con sus resultados la base para el software CLIP sus herramientas para extraer líneas de emisión útiles. Estas herramientas, en combinación con la excelente resolución óptica, estabilidad, sensitividad y la capacidad de VUV para poder determinar elementos en la región por debajo de 160 nm de los espectrómetros ICP de HORIBA Scientific, permite el análisis de indio en una matriz difícil sin manipulación y trabajo extra a través de procedimientos matemáticos entre elementos corrección o deconvolución. Evitar las correcciones de software. Mejora la exactitud y la precisión.

El material de referencia analizado en este estudio estará disponible pronto de BAM en Berlín (ERM®-EB505). Para más información ver www.bam.de