Escopo: determinação do teor/pureza de Fe e dos elementos de impureza (Na, K, Ca, Mg, Al, Si, Mn, Cu, Pb, Cd, Cr, Ni, Zn, As, etc.)

Instrumentação: ICP-OES (Fe principal + impurezas comuns, nível de ppm) / ICP-MS (impurezas traço, nível de ppb)

1. Visão geral do método

• ICP-OES (Espectrometria de Emissão Óptica com Plasma Indutivamente Acoplado): teor principal de Fe + impurezas comuns (0,001%–100%), rápido e econômico
• ICP-MS (Espectrometria de Massas com Plasma Indutivamente Acoplado): impurezas traço em nível de ppb, maior sensibilidade
• O ICP mede apenas o teor total de elementos: não consegue distinguir fases α/γ (usar XRD), não consegue distinguir Fe²⁺/Fe³⁺ (usar titulação/XPS) e não consegue medir oxigênio (usar fusão em gás inerte ou analisador elementar)

2. Preparação da amostra (a etapa crítica: digestão)

α-Fe₂O₃é um produto de calcinação em alta temperatura — rede cristalina densa e quimicamente inerte. A digestão determina o sucesso ou falha. Quanto maior a temperatura de calcinação, mais difícil é a dissolução.

Opção A: Digestão por micro-ondas (recomendada — sistema fechado, alta temperatura/pressão, mais completa)

• Amostra: 0,1–0,2 g (secar primeiro a 105°C até peso constante; reportar em base seca)
• Reagentes: 6 mL de HCl concentrado + 2 mL de HNO₃ concentrado (sistema de água régia); adicionar 0,5–1 mL de HF se Si for medido ou se houver impurezas contendo sílica (usar obrigatoriamente recipientes de PFA/Teflon — nunca vidro)
• Programa de exemplo: elevar até 180–200°C, manter por 20–30 min, resfriar antes de abrir
• Se permanecer resíduo: repetir com água régia fresca ou adicionar HF

Opção B: Digestão por aquecimento à pressão ambiente (alternativa sem micro-ondas)

• 20–30 mL de HCl concentrado (ou água régia), aquecer próximo à ebulição sob refluxo por 1–2 h; prolongar conforme necessário
• Amostras altamente calcinadas (>800°C) frequentemente requerem adições repetidas de ácido ou uma pequena quantidade de agente redutor (por exemplo, SnCl₂, ácido ascórbico — a redução de Fe³⁺ para Fe²⁺ acelera a dissolução)

Opção C: Fusão alcalina (último recurso)

• Fusão com metaborato de lítio (LiBO₂) ou Na₂CO₃ em alta temperatura, seguida de lixiviação ácida
• Desvantagem: introduz uma grande carga de sais (TDS elevado) → interferências severas e alta diluição. Usar apenas se nada mais dissolver a amostra.

Nota de segurança sobre HF: o HF ataca vidro e o nebulizador/tocha de quartzo. Soluções contendo HF exigem um sistema de introdução de amostra resistente a HF ou complexação com ácido bórico antes da aspiração; sempre trabalhar em capela com luvas de proteção dedicadas.

3. Manuseio pós-digestão

1. Transferir o digerido para um balão volumétrico (PFA/plástico), completar com água ultrapura (por exemplo, 100 mL)
2. Diluir para a faixa de medição: Fe principal 10–100 ppm; impurezas conforme necessário
3. Igualar a acidez entre amostras e padrões (tipicamente ácido a 1–5%) para evitar diferenças de nebulização
4. Adicionar padrões internos (ICP-OES: Sc, Y; ICP-MS: Sc, In, Rh) para corrigir efeitos de matriz e deriva

4. Condições do instrumento e linhas espectrais

• Linhas recomendadas (interferência minimizada):
  • Fe: 259,94 nm, 238,20 nm (ICP-OES)
  • Impurezas: Al 396,15 / Na 589,59 / K 766,49 / Ca 393,37 / Mg 279,55 / Mn 257,61 / Cu 324,75 / Pb 220,35 / Cd 228,80 / Cr 267,72 / Ni 231,60 / Zn 213,86 / Si 251,61 nm
• Verificar cada elemento com ≥2 linhas
• Efeito de matriz: alta concentração de Fe suprime/aumenta os sinais de impurezas — ajustar a calibração à matriz com uma base de Fe (adição de padrão é o método mais preciso)

5. Calibração e controle de qualidade

• Padrão de Fe: ferro puro (≥99,99%) ou solução padrão de elemento único de Fe; impurezas provenientes de um padrão misto multielementar
• Executar um branco de reagente durante todo o procedimento (mesmos ácidos, mesmo fluxo de digestão, mesma quantidade de HF se utilizado)
• Recuperação de adição padrão: 90–110% é aprovado
• ≥2 replicatas; RSD
• Análise de traços: pré-limpar recipientes de digestão com imersão em ácido + enxágue com água ultrapura para evitar contaminação cruzada

6. Resultados e relatório

• Teor de Fe: converter a concentração de Fe medida (corrigida pelo branco); para pureza, usar Pureza = 100% − Σ (teores de impurezas) (método da diferença) — a lista de impurezas deve atender ao requisito do cliente/padrão (por exemplo, GB/T, ASTM, especificação de COA do cliente)
• Relatório em base seca: indicar as condições de secagem e a umidade/LOI
• Conteúdos sugeridos do relatório: teor de Fe, teores individuais de impurezas, método (incluindo digestão), linhas espectrais, limites de detecção, recuperação de adição, incerteza