Die optische Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES), auch bekannt als ICP-AES (Atomic Emission Spectrometry), ist eine Analysetechnik für mehrere Elemente, bei der Atome und Ionen mit einem Hochtemperatur-Argonplasma angeregt werden und anschließend die Intensität des von ihnen emittierten charakteristischen Lichts gemessen wird. Die Technik ist in der Lage, über 70 Elemente gleichzeitig zu bestimmen, mit Nachweisgrenzen im Bereich von Teilen pro Milliarde (ppb) und einer linearen dynamischen Spanne, die 4–6 Größenordnungen abdeckt.
Das Plasma wird an der Spitze eines Quarzbrenners erzeugt, der von einer Hochfrequenzspule (RF) umgeben ist, die mit 27 oder 40 MHz arbeitet. Durch die Fackel strömendes Argongas wird mit Elektronen eines Tesla-Funkens geimpft; Das HF-Feld beschleunigt die Elektronen, die mit Argonatomen kollidieren, um eine anhaltende, elektrodenlose Entladung bei 6000–10000 K zu erzeugen. Die Probe wird als feines Aerosol über einen Zerstäuber (pneumatisch oder Ultraschall) eingebracht, durchläuft eine Sprühkammer, um große Tröpfchen zu entfernen, und tritt in das Plasma ein, wo nacheinander Desolvatisierung, Atomisierung und Ionisierung erfolgen. Atome und Ionen im Plasma absorbieren thermische Energie und werden in angeregte elektronische Zustände versetzt. Wenn sie sich entspannen, emittieren sie Photonen mit für jedes Element charakteristischen Wellenlängen. Das emittierte Licht wird von einer Optik (Polychromator oder Echelle-Gitter) gesammelt und auf einen Detektor geleitet – traditionell ein Photomultiplier-Röhren-Array oder, in modernen Instrumenten, ein ladungsgekoppeltes Gerät (CCD) oder ein Ladungsinjektionsgerät (CID). Die Intensität jeder Emissionslinie ist über die durch die Kalibrierung ermittelte Beziehung proportional zur Konzentration des entsprechenden Elements.
Interferenzen bei ICP-OES lassen sich in drei Kategorien einteilen. Spektrale Interferenzen entstehen durch überlappende Emissionslinien verschiedener Elemente; Sie werden durch die Auswahl alternativer Linien, den Einsatz hochauflösender Optik oder die Anwendung mathematischer Korrekturen minimiert. Matrixinterferenzen entstehen durch Änderungen der Probenviskosität, der Oberflächenspannung oder gelöster Feststoffe, die sich auf die Zerstäubungseffizienz auswirken; Interne Standardisierung ist die primäre Minderungsstrategie. Ionisationsinterferenzen treten auf, wenn leicht ionisierbare Elemente (z. B. Na, K) das Plasmagleichgewicht verändern; Diese werden durch den Einsatz robuster Plasmabedingungen oder an die Matrix angepasster Standards kontrolliert. ICP-OES wird häufig in der Umweltanalyse (Spurenmetalle in Wasser, Boden und Luftpartikeln), geochemischen Exploration (Haupt- und Spurenelemente in Gesteinen und Mineralien), industrieller Qualitätskontrolle (Metalle in Legierungen, Galvanisierungsbädern und Erdölprodukten) und pharmazeutischer Analyse (elementare Verunreinigungen gemäß ICH Q3D-Richtlinien) eingesetzt. Seine Kombination aus Multielementfähigkeit, großem Dynamikbereich und relativ niedrigen Betriebskosten macht es zu einem der beliebtesten Werkzeuge im Analyselabor.
