Los métodos de ensayo actuales para el análisis de elementos son conocidos por llevar mucho tiempo, requerir muchos pasos y el uso de productos químicos peligrosos y gases caros. Todo esto ha cambiado con la introducción de la solución Micral™ LIBS, que acelera drásticamente la capacidad de ensayo. Sin embargo, sabemos que el cambio a un nuevo método tiene un gran impacto en las operaciones diarias de un laboratorio de gran actividad. Es posible que piense, nuestra configuración actual del laboratorio es lenta, pero funciona, así que ¿merece la pena el cambio?
En este artículo de preguntas y respuestas, el Dr. Daniel Adén, científico jefe, comparte sus ideas sobre las ventajas y limitaciones de la espectroscopia de descomposición inducida por láser (LIBS) para el análisis de elementos y explica cómo se compara la LIBS con métodos tradicionales como el plasma acoplado inductivamente (ICP).
P: ¿Cuáles son las ventajas del método LIBS?
R: La Espectroscopia de Descomposición Inducida por Láser (LIBS) tiene muchas ventajas para el análisis cuantitativo de elementos en muestras. En general, la LIBS es muy rápida. Hoy en día, los láseres LIBS pulsados emiten cientos, o incluso miles, de pulsos de alta energía cada segundo hacia la superficie de la muestra, donde cada pulso da lugar a un plasma luminoso. Así, en un tiempo de análisis de un minuto, se obtienen miles de subespectros que representan la composición elemental del material de la muestra.
En comparación con el plasma acoplado inductivamente (ICP), la ventaja más significativa es la fácil preparación de la muestra. El tiempo de respuesta (sin tener en cuenta el secado y triturado de la muestra) es de sólo unos minutos para LIBS, mientras que para ICP podría ser de más de un día dependiendo del método de digestión de la muestra. Además, en la preparación y el análisis de la muestra LIBS no intervienen productos químicos agresivos ni gases caros, como el argón o el helio. Esto supone un bajo coste por análisis. Por último, la cobertura de elementos para LIBS es muy buena, por ejemplo, boro y sodio, que son problemáticos para XRF, y carbono, que no es posible con ICP o XRF.
P: ¿Cuáles son las limitaciones del método?
R: Como todas las técnicas analíticas espectroscópicas, la LIBS sufre los efectos de la matriz. Las diferentes composiciones del material de la muestra pueden introducir un sesgo en las intensidades de línea de las líneas de emisión de los elementos de interés. Además, dependiendo de la configuración instrumental, la LIBS no es óptima para el análisis de líquidos. Se sabe que la grasa y la humedad atenúan la emisión del plasma. Por lo tanto, para Micral, sólo son posibles las muestras sólidas. Por último, históricamente, la LIBS ha sido conocida por su escasa repetibilidad. Sin embargo, con una ingeniería adecuada, una presentación optimizada de la muestra y láseres de alta tasa de repetición, la repetibilidad puede mejorarse sustancialmente.
P: ¿Por qué estas limitaciones no son un problema?
R: El efecto matriz de las muestras de origen vegetal se reduce al mínimo mediante un innovador paso de preparación de muestras conocido como abrasión/carburación de la superficie de la muestra. El abrasado se realiza automáticamente y sólo consume unos segundos por muestra. Curiosamente, desde mi punto de vista, no sabemos muy bien por qué funciona tan bien. Futuras investigaciones podrían arrojar más luz sobre lo que ocurre en un sentido científico. Además, el quemado mejora enormemente el nivel de cuantificación al aumentar la intensidad de las líneas de emisión de los elementos.
La repetibilidad de LIBS puede mejorarse con ingeniería y preparación de muestras. En el caso de Micral, utilizamos un método denominado autoenfoque que utiliza el propio sistema LIBS para predecir con precisión dónde colocar la superficie de la muestra en relación con la lente de enfoque del láser. Este procedimiento se realiza automáticamente antes de cada medición de la muestra. El espectro final de la muestra se basa en 6.000 plasmas distribuidos por la superficie de la muestra, lo que mejora aún más la repetibilidad de las muestras heterogéneas.
P: ¿Cómo puede beneficiar el cambio de un método establecido/respetado como ICP a LIBS?
R: La mayor ventaja de Micral LIBS es la sencillez del procedimiento de preparación de muestras, que influye en los requisitos generales de organización del rendimiento de un laboratorio. Un solo operario, con poca formación, puede preparar fácilmente un casete de automuestreador completo (60 muestras) en una hora. El instrumento medirá automáticamente las 60 muestras en aproximadamente una hora, tiempo suficiente para preparar el siguiente casete. La ICP está a otro nivel en lo que se refiere a la preparación de muestras, lo que no es tan sorprendente, ya que hay que transformar la muestra sólida en líquida. Es fácil subestimar la complejidad añadida, y los requisitos organizativos, cuando intervienen varios pasos de preparación de la muestra. Para las mediciones ICP es necesario pesar la muestra, añadir un ácido fuerte, digerirla, enfriarla, diluirla, filtrarla y, por último, analizarla. En el caso de Micral, hay que peletizarla y cauterizarla, lo que sólo lleva unos minutos, antes del análisis LIBS. De hecho, a principios de este año llevamos un Micral a un laboratorio agrícola de Estados Unidos. En sólo dos días pudimos medir 600 muestras y, a partir de esas mediciones, construir un modelo de predicción del índice DCAD (una combinación lineal de varios elementos) que se cargó en el instrumento.
P: ¿Qué hay que tener en cuenta antes de hacer el cambio?
R: La forma en que llevamos a cabo el análisis de elementos con Micral no es absoluta, es decir, Micral depende de un método de referencia para calibrar las predicciones de las concentraciones de elementos. Esto se lleva a cabo durante la instalación, y si las concentraciones predichas se desvían significativamente con el tiempo, hay que repetir el procedimiento. Por lo tanto, en este momento, Micral LIBS no es un sustituto completo de ICP para los laboratorios agrícolas. Por el contrario, debe considerarse principalmente como una unidad analítica que trabaja junto a un método de referencia, aliviando al laboratorio de una cantidad sustancial de trabajo. Por supuesto, el análisis de referencia podría realizarse en otro laboratorio de análisis de elementos. Además, hasta ahora Micral sólo es apto para muestras de forraje, por ejemplo, heno, ensilado, alfalfa, etc. El trabajo futuro dirá qué otras aplicaciones somos capaces de habilitar para LIBS. Nuestros estudiantes de doctorado han explorado con éxito Micral LIBS para tejidos de hojas de plantas, suelos y otros tipos de muestras, aunque no cuentan con apoyo oficial.
P: ¿Qué hace falta para que el LIBS sea reconocido en la industria del laboratorio?
R: Lo más probable es que LIBS experimente el mismo recorrido que otros métodos analíticos, como NIR, rayos X e ICP, en los que existía cierto grado de escepticismo cuando se introdujeron las tecnologías. Cuando el NIR despegó en los años setenta, se destinaba sobre todo al análisis de grano y forraje, y venía acompañado de una serie de problemas propios. Hoy en día, el NIR es una fuerza a tener en cuenta para el análisis de alimentos para mascotas, harina, harina de pescado, caña de azúcar, leche, aceite, helados, etc. Para recorrer el mismo camino, Micral tiene que ser adoptado por algunos de los grandes laboratorios agrícolas en los que el rendimiento es clave. Además, el reconocimiento de LIBS se aceleraría aún más si los laboratorios orientados a la investigación, junto con FOSS, exploraran futuras aplicaciones.
