Interferenze e correzione del fondo in spettroscopia atomica

Nessuna tecnica atomica e’ immune dagli errori sistematici: la matrice puo’ sopprimere o esaltare il segnale, righe vicine possono sovrapporsi, un fondo continuo puo’ falsare l’assorbanza. Conoscere le interferenze e le strategie per correggerle — correzione del fondo, standard interno, aggiunte standard — e’ cio’ che separa un dato vero da un numero plausibile ma sbagliato.

Vediamo i tre tipi principali di interferenza, come si corregge il fondo, a cosa servono lo standard interno e il metodo delle aggiunte standard.

I tre tipi di interferenza

Le interferenze in spettroscopia atomica si raggruppano in tre famiglie, ciascuna con un meccanismo e un rimedio diversi.

L’interferenza di ionizzazione

Nelle sorgenti piu’ calde, gli atomi di elementi facilmente ionizzabili (i metalli alcalini e alcalino-terrosi) tendono a perdere un elettrone. Ma uno ione non assorbe ne’ emette alle righe dell’atomo neutro: la ionizzazione sottrae atomi al segnale e ne riduce l’intensita’. Il rimedio classico e’ il tampone di ionizzazione: si aggiunge un grande eccesso di un elemento ancora piu’ facilmente ionizzabile (potassio o cesio), che inonda la sorgente di elettroni e sposta l’equilibrio verso l’atomo neutro dell’analita.

M ⇌ M⁺ + e⁻  ·  eccesso di e⁻ (tampone) → equilibrio verso M neutro

La correzione del fondo

L’assorbimento di fondo e’ un segnale non specifico: assorbimento o diffusione da parte di molecole non dissociate, particelle di fumo, sale della matrice. Sommandosi all’assorbimento dell’analita, lo fa sembrare piu’ alto di quanto e’ davvero. La correzione del fondo misura separatamente questo contributo e lo sottrae. I metodi piu’ diffusi sono la lampada al deuterio (misura il fondo a banda larga e lo sottrae) e l’effetto Zeeman, in cui un campo magnetico sdoppia le righe dell’analita permettendo di distinguere il segnale specifico dal fondo, particolarmente efficace nel fornetto di grafite.

Lo standard interno

Lo standard interno e’ un elemento aggiunto in quantita’ nota e costante a tutti i campioni e standard, scelto perche’ assente dai campioni e con comportamento simile all’analita. Si misura il rapporto tra il segnale dell’analita e quello dello standard interno, anziche’ il segnale assoluto. In questo modo le fluttuazioni comuni — variazioni di nebulizzazione, di portata, di plasma — si annullano nel rapporto, perche’ colpiscono entrambi allo stesso modo. E’ una pratica standard nell’ICP, dove migliora molto precisione e accuratezza.

Il metodo delle aggiunte standard

Quando la matrice altera la sensibilita’ (la pendenza della taratura) in modo difficile da riprodurre con standard semplici, si usa il metodo delle aggiunte standard. Si divide il campione in piu’ aliquote e si aggiungono quantita’ crescenti e note dell’analita; si misura ogni aliquota e si costruisce una retta segnale-aggiunta. L’intersezione della retta con l’asse delle concentrazioni (estrapolazione) da’ la concentrazione originale del campione. Poiche’ tutte le aliquote hanno la stessa matrice, l’effetto matrice e’ incorporato nella pendenza e quindi corretto.

segnale = m (c_campione + c_aggiunta)  →  c_campione = intercetta sull’asse delle x

Una strategia integrata

In pratica si combinano gli strumenti secondo il problema. Per le interferenze spettrali: scegliere una riga alternativa libera o aumentare la risoluzione. Per il fondo: deuterio o Zeeman. Per la ionizzazione: tampone di ionizzazione. Per gli effetti di matrice generali: standard interno e, dove serve, taratura in matrice o aggiunte standard. La validazione (recuperi su campioni addizionati, materiali di riferimento certificati, bianchi) verifica che le correzioni funzionino davvero.

Perche’ conta nella pratica

Per un tecnico, riconoscere il tipo di interferenza in gioco e’ la differenza tra correggere il problema e moltiplicare l’errore. Un recupero del 70 percento puo’ essere un effetto matrice (aggiunte standard), un fondo non corretto (Zeeman/deuterio) o una ionizzazione (tampone): la diagnosi guida il rimedio. Padroneggiare correzione del fondo, standard interno e aggiunte standard, e validare con materiali certificati, e’ cio’ che rende un risultato di spettroscopia atomica difendibile in un controllo qualita’ o davanti a un cliente.

Domande frequenti

Quali sono i tipi di interferenza in spettroscopia atomica?

Tre principali: le interferenze spettrali (righe o fondo che si sovrappongono a quella dell’analita), le interferenze chimiche (la matrice ostacola o altera l’atomizzazione, per esempio formando ossidi refrattari) e le interferenze di ionizzazione (l’analita si ionizza, sottraendo atomi al segnale). Ogni tipo ha un meccanismo e un rimedio diversi, dalla scelta della riga al tampone di ionizzazione.

Che cos’e’ la correzione del fondo?

E’ la separazione del segnale specifico dell’analita dal segnale di fondo non specifico, dovuto a molecole non dissociate, particelle e matrice, che altrimenti gonfierebbe l’assorbanza. I metodi piu’ diffusi sono la lampada al deuterio, che misura il fondo a banda larga, e l’effetto Zeeman, che usa un campo magnetico per distinguere il segnale. E’ indispensabile soprattutto nel fornetto di grafite.

A cosa serve lo standard interno?

Serve a correggere gli errori moltiplicativi comuni, come le fluttuazioni di nebulizzazione o di plasma. Si aggiunge un elemento noto e costante a tutti i campioni e standard e si misura il rapporto tra il segnale dell’analita e quello dello standard interno: le variazioni comuni si annullano nel rapporto. E’ una pratica standard nell’ICP, dove migliora precisione e accuratezza.

Quando si usa il metodo delle aggiunte standard?

Quando la matrice altera la sensibilita’ (la pendenza della taratura) in modo difficile da riprodurre con standard semplici. Si aggiungono al campione quantita’ crescenti note di analita, si costruisce una retta segnale-aggiunta e si estrapola la concentrazione originale dall’intersezione con l’asse delle concentrazioni. Poiche’ tutte le aliquote hanno la stessa matrice, l’effetto matrice viene corretto.

Come si combatte l’interferenza di ionizzazione?

Con un tampone di ionizzazione: si aggiunge un grande eccesso di un elemento ancora piu’ facilmente ionizzabile dell’analita, tipicamente potassio o cesio. Questo inonda la sorgente di elettroni liberi e sposta l’equilibrio di ionizzazione dell’analita verso l’atomo neutro, che e’ la specie che assorbe o emette, ripristinando cosi’ un segnale corretto e stabile.