Una taratura lineare non è sufficiente a dimostrare che un risultato ICP-OES sia esente da interferenze. Nelle matrici caratterizzate da concentrazioni elevate di ferro, rame e altri elementi, una sovrapposizione spettrale può alterare la quantificazione di analiti presenti in tracce, anche quando la ripetibilità è soddisfacente.
In questo approfondimento vediamo come riconoscere le interferenze, quando scegliere una lunghezza d’onda alternativa, come sviluppare e verificare le correzioni interelemento (IEC) e quali evidenze documentare ai fini della validità del risultato secondo la ISO/IEC 17025. L’esempio operativo riguarda la determinazione dello zinco in presenza di ferro e rame.
1. Le interferenze spettrali in ICP-OES: perché sono insidiose
In spettrometria di emissione ottica al plasma induttivamente accoppiato (ICP-OES), atomi e ioni eccitati emettono radiazioni a lunghezze d’onda caratteristiche. Lo spettrometro converte l’intensità del segnale in concentrazione utilizzando una funzione di taratura. Tuttavia, la misura dipende anche dalla risoluzione ottica, dal profilo spettrale e dalla correzione del fondo.
- Sovrapposizione diretta: una riga dell’interferente coincide o quasi con quella dell’analita.
- Sovrapposizione parziale: l’emissione vicina modifica il profilo della riga analitica.
- Interferenza sui punti di fondo: un’emissione alterata nei punti scelti per il background può produrre errori positivi o negativi.
- Fondo strutturato: il contributo spettrale non è descrivibile adeguatamente con una semplice sottrazione costante.
L’entità dell’errore dipende sia dalla risposta dell’interferente sia dalla sua concentrazione nel campione. Pertanto, un elemento presente a centinaia di mg/L può compromettere la determinazione di un analita in concentrazioni molto inferiori.
2. Caso reale: Zn 202,548, 206,200 e 213,857 nm in presenza di Fe e Cu
La scelta della riga dello zinco dimostra perché sia importante esaminare gli spettri prima di attivare una correzione matematica. Esempi tecnici pubblicati da PerkinElmer evidenziano differenze sostanziali fra tre righe dello Zn.
| Riga Zn | Comportamento negli esempi documentati | Verifica raccomandata |
|---|---|---|
| 202,548 nm | Praticamente coincidente con un contributo del Cu; può risultare difficile distinguere il segnale spurio da quello dello Zn. | Valutare una riga alternativa. |
| 213,857 nm | Può essere compromessa da Fe concentrato; una larga emissione da Cu può ostacolare la quantificazione. | Esaminare profilo e punti del fondo. |
| 206,200 nm | Negli esempi considerati presenta una migliore separazione da Fe e Cu; è presente una riga vicina del Cr. | Verificare selettività, sensibilità e LOQ sulla matrice reale. |
Fonti: documentazione tecnica PerkinElmer sulle interferenze in matrici ricche di ferro e di rame. Le osservazioni sono dipendenti dalla configurazione strumentale e non garantiscono l’assenza di interferenze su tutti gli ICP-OES.
Prima regola operativa: quando esiste una riga alternativa sufficientemente selettiva, con prestazioni adeguate allo scopo, la sua scelta può risultare più robusta dello sviluppo di una IEC.
3. Che cosa significa IEC e come funziona
La Inter-Element Correction (IEC) è una correzione interelemento che quantifica e sottrae il contributo di un interferente alla risposta apparente dell’analita. Nel modello lineare più semplice:
CA,corr = CA,app − kB→A × CB
CA,corr è la concentrazione corretta dell’analita; CA,app quella apparente prima della IEC; CB la concentrazione dell’interferente, misurata con un procedimento idoneo; kB→A il fattore sperimentale che esprime il contributo di B come concentrazione apparente di A per unità di concentrazione di B.
Per più interferenti possono essere sommati i relativi contributi, purché la loro linearità e additività siano state dimostrate nel campo applicativo. Il coefficiente non è una costante universale dell’elemento: può variare con la riga, il sistema ottico, le condizioni di misura e la correzione del fondo.
4. Sviluppare una IEC: il protocollo in sette fasi
Fase 1 — Identificare l’interferenza
Acquisire e conservare i profili spettrali di bianco, standard dell’analita, soluzioni contenenti l’interferente e campioni rappresentativi. Esaminare sia la riga dell’analita sia i punti utilizzati per correggere il fondo. Valutare, se disponibili, diverse lunghezze d’onda e modalità di lettura.
Fase 2 — Preparare soluzioni del solo interferente
Usare livelli di concentrazione coerenti con le matrici analizzate e acidità compatibile con la taratura. Una soluzione monoelemento contenente una contaminazione reale dell’analita non può essere usata senza correzioni per stimare una IEC: la presenza dell’analita va verificata mediante una riga alternativa idonea o una tecnica indipendente.
Fase 3 — Misurare il contributo apparente
Analizzare le soluzioni dell’interferente sulla riga dell’analita, valutando la risposta apparente e il contributo del bianco. La relazione concentrazione dell’interferente/segnale apparente deve essere esaminata su più livelli.
Simulazione didattica: interferenza Fe → Zn
| Fe (mg/L) | Zn apparente (mg/L) |
|---|---|
| 0 | 0,000 |
| 50 | 0,030 |
| 100 | 0,060 |
| 150 | 0,090 |
| 200 | 0,120 |
I valori riportati sono interamente simulati: non sono misure sperimentali e non devono essere impiegati come coefficienti di correzione su strumenti reali.
Fase 4 — Calcolare e valutare il coefficiente
Nell’esempio ideale, dopo correzione del bianco, la pendenza è:
kFe→Zn = 0,120 / 200 = 0,000600
La stima reale deve basarsi su un insieme sufficiente di livelli: esaminare intercetta, residui, stabilità, campo di validità e possibili non linearità. Una pendenza ricavata da due soli valori non dimostra la robustezza del modello.
Fase 5 — Correggere un risultato e misurare l’effetto
Per un campione ipotetico con Fe = 150 mg/L e Zn apparente = 0,420 mg/L, il modello didattico fornisce:
Zn corretto = 0,420 − (0,000600 × 150) = 0,330 mg/L
Il contributo spettrale sottratto è 0,090 mg/L, ossia circa il 27,3% della concentrazione corretta. L’esempio mostra come anche un coefficiente numericamente piccolo possa modificare in modo rilevante un risultato.
Fase 6 — Verificare con prove indipendenti
Non utilizzare esclusivamente le stesse soluzioni servite a calcolare la IEC. Preparare miscele analita–interferente con differenti rapporti, soluzioni del solo interferente indipendenti, campioni fortificati e, quando possibile, confronti con un’altra riga o una tecnica analitica. Definire criteri di accettazione coerenti con lo scopo della prova.
Fase 7 — Definire il campo di applicabilità
Il fattore vale nell’intervallo sperimentalmente dimostrato. Una IEC verificata fino a 200 mg/L di Fe non può essere estrapolata senza verifica a 1.000 mg/L. In presenza di concentrazioni superiori valutare la diluizione, una riga alternativa o lo sviluppo di un modello appropriato.
5. Controlli SIC: cosa indica il metodo EPA 6010D
Le Spectral Interference Check solutions (SIC) verificano le interferenze anche quando non vengono applicate IEC. Il metodo EPA SW-846 6010D, revisione 5 (2018), sezioni 7.12 e 9.9, distingue:
- SIC monoelemento: da eseguire all’impostazione iniziale e almeno ogni sei mesi. Il metodo indica, fra gli altri, Fe 200 mg/L, Cu 50 mg/L e Zn 20 mg/L. Per gli analiti non aggiunti, il valore assoluto della concentrazione osservata deve risultare inferiore a due volte il rispettivo limite inferiore di quantificazione (LLOQ), con le condizioni previste per contaminazioni documentate.
- SIC mista: almeno giornaliera, immediatamente dopo la taratura iniziale; contiene Al 500 mg/L, Ca 500 mg/L, Fe 200 mg/L e Mg 500 mg/L. Il criterio per gli analiti bersaglio è rapportato al LLOQ, con precise indicazioni operative in caso di superamento.
Secondo EPA 6010D, le concentrazioni degli interferenti verificate tramite SIC delimitano le concentrazioni utilizzabili per i campioni nell’ambito del metodo; il loro superamento richiede una diluizione e una nuova analisi.
Precisazione importante: queste prescrizioni valgono quando si applica EPA 6010D; non sono requisiti automaticamente trasferibili a ogni metodo ICP-OES o alla ISO/IEC 17025. La stessa EPA distingue le indicazioni di metodo dai criteri universali di accreditamento.
6. Quando NON applicare automaticamente una IEC
È necessario rivalutare il metodo quando il contributo sottratto domina il segnale dell’analita, il coefficiente cambia con la concentrazione, l’interferente è misurato su una riga a sua volta interferita, i punti di fondo non sono adeguati, oppure la concentrazione corretta si avvicina al LOQ.
Una IEC corregge una componente spettrale secondo un modello verificato; non risolve da sola effetti fisici di matrice, differenze di trasporto del campione o instabilità del plasma. Anche i modelli multicomponente di fitting spettrale richiedono una verifica sulle matrici e negli intervalli applicabili.
7. Quali registrazioni servono in un laboratorio ISO/IEC 17025
Per assicurare la ricostruibilità e la verifica del risultato, un laboratorio dovrebbe documentare:
- analita, riga selezionata e interferenti considerati;
- condizioni operative dello strumento e gestione del fondo;
- soluzioni di studio, purezza e preparazione;
- spettri originali e dati grezzi;
- fattori di correzione, intercetta, residui e campo verificato;
- risultati dei controlli indipendenti e dei controlli periodici;
- criteri di accettazione e interventi in caso di superamento;
- effetto su LOQ, esattezza e incertezza di misura.
La ISO 11885:2007, tuttora vigente, richiama l’importanza di gestire adeguatamente le interferenze quando il metodo è applicato a matrici complesse. L’appropriatezza della procedura deve essere dimostrata in funzione dello scopo della misura.
L’incertezza della correzione dovrebbe considerare almeno il valore apparente, il fattore IEC e la concentrazione dell’interferente, incluse le eventuali correlazioni. La disponibilità di una funzione software non equivale a una verifica sperimentale.
Conclusioni: meglio una riga selettiva che una correzione non verificata
Riconoscere l’interferenza → confrontare le lunghezze d’onda → scegliere la riga più selettiva → sviluppare la IEC quando necessaria → verificarla e mantenerla sotto controllo.
Una calibrazione apparentemente corretta può coesistere con un errore sistematico causato dalla matrice. Lo sviluppo documentato delle IEC e il controllo periodico della loro efficacia sono quindi componenti essenziali di un procedimento ICP-OES affidabile.
Non basta ottenere un risultato: occorre dimostrare che il segnale misurato rappresenti realmente l’analita.
Riferimenti tecnici
- US EPA — SW-846 Method 6010D, rev. 5, luglio 2018, sezioni 4.1.3, 7.12 e 9.9.
- ISO 11885:2007 — Water quality — ICP-OES.
- PerkinElmer — interferenze spettrali da ferro.
- PerkinElmer — interferenze spettrali da rame.
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