Nebulizador analítico - Analytical nebulizer
O termo geral nebulizador se refere a um aparelho que converte líquidos em uma névoa fina. Os bicos também convertem os líquidos em uma névoa fina, mas fazem isso por pressão através de pequenos orifícios. Os nebulizadores geralmente usam fluxos de gás para fornecer a névoa. A forma mais comum de nebulizadores são aparelhos médicos, como inaladores para asma ou latas de spray de tinta. Nebulizadores analíticos são uma categoria especial porque seu propósito é fornecer uma névoa fina para instrumentos espectrométricos para análise elementar. Eles são partes necessárias da espectroscopia de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado ( ICP-AES ), espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) e espectroscopia de absorção atômica (AAS).
Formulários
Nebulizadores analíticos são usados na análise de elementos traço. Este tipo de trabalho desempenha um papel importante nas áreas de estudo farmacêutico e clínico, avaliação biológica, ambiental e agrícola e análise de petróleo. Eles também têm aplicações nucleares.
Projetos de nebulizador
A maioria dos nebulizadores pneumáticos analíticos usa o mesmo princípio essencial ( indução ) para atomizar o líquido: quando o gás a uma pressão mais alta sai de um pequeno orifício (o orifício) para o gás a uma pressão mais baixa, ele forma um jato de gás na zona de pressão mais baixa, e empurra o gás de baixa pressão para longe do orifício. Isso cria uma corrente na zona de gás de pressão mais baixa e puxa parte do gás de pressão mais baixa para o jato de gás de pressão mais alta. No orifício, a extração do gás de pressão mais baixa cria uma sucção considerável, a extensão dependendo das pressões diferenciais, do tamanho do orifício e da forma do orifício e do aparelho circundante. Em todos os nebulizadores de indução pneumáticos, a sucção próxima ao orifício é utilizada para puxar o líquido para o jato de gás. O líquido é quebrado em pequenas gotas no processo.
Os atuais projetos de nebulizador pneumático de indução se encaixam em 5 categorias: 1. Concêntrico: Fluxo de líquido cercado por um fluxo de gás ou fluxo de gás cercado por um fluxo de líquido; 2. Fluxo cruzado: Fluxo de gás perpendicular ao fluxo de líquido; 3. Entrained: gás e líquido misturados no sistema e emitidos como um fluxo combinado. 4. Babington e V Groove: O líquido é espalhado sobre uma superfície para diminuir a tensão superficial e passado por um orifício de gás; 5. Caminho paralelo: O líquido é fornecido ao lado de um orifício de gás e a indução puxa o líquido para o fluxo de gás.
Os nebulizadores sem indução mais recentes incluem mais 3 categorias: 6. Caminho paralelo aprimorado: O líquido é fornecido ao lado de um orifício de gás e puxado para o fluxo de gás pela tensão superficial ao longo de um bico; 7: Desfoque de fluxo: o líquido é injetado por pressão em um fluxo de gás; 8. Malha vibratória: o líquido é empurrado através de orifícios minúsculos por uma placa ultrassônica vibratória.
Nebulizadores de indução
Nebulizadores concêntricos
Os nebulizadores concêntricos têm um capilar central com o líquido e um capilar externo com o gás. O gás puxa o líquido para o fluxo de gás por indução e o líquido é dividido em uma névoa fina à medida que se move para o fluxo de gás. Em teoria, o gás e o líquido podem ser trocados com o gás no centro e o líquido no capilar externo, mas geralmente funcionam melhor com o gás externo e o líquido interno. A primeira patente concêntrica canadense foi a patente canadense nº 2.405 de 18 de abril de 1873. Ela foi projetada para fornecer uma melhor pulverização de óleo em um queimador. O design é maior, mas essencialmente igual ao dos nebulizadores analíticos modernos. O primeiro desenvolvido para espectrômetros foi um projeto de vidro desenvolvido pelo Dr. Meinhard da Califórnia em 1973. Seu projeto permitiu que os primeiros usuários do ICP tivessem um nebulizador de introdução de amostra consistente, mas ele se conectou facilmente. Hoje, muitas empresas produzem concentrados de vidro e, desde 1997, os concentrados de Teflon estão disponíveis.
Nebulizadores de fluxo cruzado
Os nebulizadores de fluxo cruzado têm um capilar de gás ajustado em ângulos retos com o capilar de líquido. O gás é soprado através do capilar líquido e isso produz uma baixa pressão que puxa o líquido para o fluxo de gás. Geralmente a sucção é semelhante à produzida em um nebulizador concêntrico. O benefício de um fluxo cruzado é que o capilar de líquido tem um diâmetro interno maior, permitindo que mais partículas passem sem obstruir o nebulizador. A desvantagem é que a névoa geralmente não é tão fina ou consistente.
Nebulizadores confinados
Não há nebulizadores analíticos atualmente usando essa técnica, mas alguns queimadores de óleo usam. Usado principalmente em designs muito mais antigos, pois os concêntricos e fluxos cruzados mais recentes são muito melhores e mais fáceis de fazer.
Nebulizadores V-groove
Nebulizadores de ranhura V são semelhantes a um fluxo cruzado em que o líquido é distribuído em um capilar em ângulos retos para o capilar de gás, mas o líquido é derramado por uma ranhura orientada verticalmente que flui além de um orifício de gás. O gás puxa o líquido para o fluxo de gás e forma uma névoa fina. Estes permitem capilares líquidos de DI muito grandes, mas não têm sucção e requerem uma bomba para alimentar o líquido no dispositivo. Eles devem ser orientados corretamente ou não permitem que o líquido passe pela corrente de gás. E sua névoa geralmente produz gotas maiores do que com concêntricos ou fluxos cruzados.
Nebulizadores de caminho paralelo
Este projeto foi desenvolvido por John Burgener da Burgener Research Inc. Aqui, o fluxo de gás e a amostra passam pelo nebulizador em capilares paralelos. Na ponta do nebulizador, o líquido é puxado para o fluxo de gás e, em seguida, disperso na câmara como uma névoa.
Nebulizadores de não indução
Nebulizadores de caminho paralelo aprimorados
Este projeto foi desenvolvido por John Burgener da Burgener Research Inc. Aqui, o fluxo de gás e a amostra passam pelo nebulizador em capilares paralelos. Na ponta do nebulizador, o líquido é puxado para a corrente de gás pela tensão superficial ao longo de um bico que mergulha na corrente de gás. Isso permite que o gás atinja o líquido e faz com que o líquido interaja no centro do fluxo de gás, onde a velocidade do fluxo de gás é mais alta, produzindo uma melhor transferência de energia do gás para o líquido e produzindo um tamanho de gota mais fino. Os nebulizadores Burgener Mira Mist são os principais produtos que utilizam o método Enhanced Parallel Path.
Nebulizadores de borrão de fluxo
Este é um novo tipo de nebulizador que não usa indução para misturar a amostra e o gás. Em vez disso, a atomização pneumática é empregada aqui, o que resulta na micro-mistura de fluidos usando uma célula de refluxo. Isso significa que há uma mistura turbulenta do líquido e do gás que resulta em grande sensibilidade e é muito eficiente. O OneNeb é o único exemplo desse tipo.
Malha vibratória piezoelétrica
Desde 2011, esta variação em nebulizadores ultrassônicos está disponível. Existe uma membrana vibratória que possui micro orifícios. A amostra entra pela parte traseira e é empurrada através dos orifícios enquanto a membrana vibra. Isso cria uma névoa fina com um tamanho de gota proporcional ao tamanho do orifício. Este método não requer fluxo de gás e é usado em conjunto com uma câmara. Se as gotículas forem menores que 5μm, elas são muito pequenas para aderir às paredes da câmara e a câmara permanece seca enquanto 90-100% da amostra chega à tocha.
Cronologia do desenvolvimento do nebulizador analítico
A história inicial dos nebulizadores médicos pode ser lida aqui . O desenvolvimento de nebulizadores analíticos desde a introdução do ICP / ICP-MS é visto abaixo:
Fluxo cruzado ajustável da década de 1970 (patente dos EUA nº 4.344.574)
1974 Meinhard Concêntrico
1978 V-groove (por Suddendorf e Boyer) (Patente US # 4.206.160)
1980 Pillar and Post (por Garbarino e Taylor)
1983 Nebulizador GMK: Glass Babington V-groove
Nebulizador tipo C Meinhard 1983
1983 Sopro de vidro de precisão (semelhante ao Minehard tipo A)
1983 Jarrell Ash (Thermo) Sapphire V-groove
1983 Meddings 'MAK: fluxo cruzado fixo de vidro
1984 Meinhard tipo K: capilar interno recesso
1984 Glass Expansion começa a fabricar vidros ICP
1985 Burgener-Legere - primeiro nebulizador comercial de teflon - V-groove - sem peças ajustáveis
1986 Micro nebulizador de injeção direta por Fassel, Rice & Lawrence (patente US # 4.575.609)
Nebulizador Hildebrand Grid 1986
Fluxo cruzado da ponta de gema Perkin Elmer no final dos anos 1980
1988 CETAC Ultrasonic Nebs
Câmaras ciclônicas dos anos 80
1987 O primeiro neb da Expansão de Vidro - o VeeSpray (ranhura em V de cerâmica)
Expansão de vidro de 1989 primeiro concêntrica - o Conikal (usinado em vez de vidro soprado)
1989 Noordermeer Glass V Groove (patente dos EUA nº 4.880.164)
Expansão de vidro de 1992 - spray marinho sem sal
1993 Modificado Lichte Glass V-Groove
1993 Burgener BTF - primeiro Parallel Path Neb (patente dos EUA nº 5.411.208)
1994–1995 Main Burgener Parallel Path Nebs - BTS 50, BTN & T2002
Perkin Elmer GemCone de meados de 1990: V-Groove em miniatura
Com a introdução do ICP-MS no laboratório, a criação de micro nebulizadores tornou-se uma prioridade para entregar quantidades menores de amostra em taxas de fluxo mais baixas.
1993 O Meinhard HEN (nebulizador de alta eficiência) foi produzido com taxas de fluxo muito baixas, mas salgado e tamponado facilmente como resultado. (25 vezes menos amostra do que um Meinhard padrão)
Nebulizador Microconcentrico Cetac 1997 - primeiro Teflon concêntrico 50, 100, 200 ou 400 µL / min
1997 Meinhard Injeção Direta HEN - (DIHEN) (Patente dos EUA nº 6.166.379)
1999 Elemental Scientific - PFA Concêntricos Nebs 20, 50, 100 ou 400 µL / min
1999 Burgener Micro 1: Caminho Paralelo
2000 Burgener Micro 3: Caminho Paralelo
2001 Burgener Mira Mist: Primeiro Nebulizador de Caminho Paralelo Aprimorado (Patente dos EUA nº 6.634.572)
Tufão Epond de 2004: Glass Concêntrico
2005 Ingeniatrics OneNeb: Flow Blurring Technology
2010 Epond Lucida: Teflon Micro Concêntrico
2012 Burgener PFA 250: Nebulizador de caminho paralelo aprimorado de micro fluxo PFA
2010 - 2013 Expansão de Meinhard e Vidro: Melhorias significativas em acessórios e designs de concêntricos de vidro.