use of a ow injection system - hydride generation - atomic

111 Ciencia y Tecnología al servicio del pueblo

Empleo de un sistema por inyección en flujo - generación de hidruros - espectrometría de absorción atómica para la

determinación de arsénico en aguasUse of a flow injection system - hydride generation -

atomic absorption spectrometry for arsenic quantification in water

Lázaro Antonio Lima-Cazorla1, Yasmín Teresa Blanco-López1, Damarys García-Céspedes1, Luzmila María Valverde-Medina1, Susana Olivares-Rieumont2, Jorge Luis Santana-Romero2.

1Universidad Técnica Luis Vargas Torres de Esmeraldas, Esmeraldas, Ecuador.2Instituto Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas. Ave. Salvador Allende y Luaces. La Habana.

Cuba.

ResumenEl arsénico es uno de los elementos químicos más tóxicos para los seres humanos, principalmente en sus formas inorgánicas, por lo cual se convierte en un reto poder cuantificarlo en aguas de consumo público. En este trabajo se realiza la adecuación de las condiciones para la determinación de arsénico en aguas, empleando un sistema de diseño propio, con inyección en flujo y generación de hidruros. Este sistema fue acoplado a un Espectrofotómetro de Absorción Atómica para la cuantificación del analito. Previo a su cuantificación, las muestras de aguas fueron sometidas a un pretratamiento. Las dos metodologías propuestas (para arsénico total y para arsénico disuelto), resultaron precisas (dado por el coeficiente de variación <5%) y la veracidad fue confirmada empleando materiales de referencia. Ambas metodologías permitieron cuantificar el analito a partir de niveles de 0.8 µg/L, escogiéndose como intervalo lineal de trabajo entre 1 y 20 µg/L. Las metodologías podrían ser factibles para realizar controles de calidad de rutina en agua potable en aquellos laboratorios que requieran este análisis debido a la relativa sencillez y lo adecuado que resultan los límites de cuantificación obtenidos para As disuelto y As total (0.2 y 0.3 µg/L respectivamente).

Palabras clave: Absorción atómica, aguas, arsénico, inyección en flujo.

Recibido: 25 de mayo 2018, revisión aceptada 24 de julio 2018

1Correspondiente al autor: [email protected]

112 Ciencia y Tecnología al servicio del pueblo5(2):111-126. 2018

Lázaro Antonio Lima-Cazorla et al.

AbstractArsenic is one of the most toxic chemical elements for human beings, mainly in its inorganic forms. This paper aimed to validate methodologies for the determination of arsenic in water, using an own design system, with injection in flow and generation of hydrides. This system was coupled to an Atomic Absorption Spectrophotometer for the quantification of the analyte. Prior to their quantification, water samples were subjected to a pretreatment. The two proposed methodologies (for total arsenic and for dissolved arsenic), were accurate given by a convenient coefficient of variation (<5%) and a trueness confirmed using reference materials. Both methodologies allowed quantifying the analyte from levels of 0.8 µg/L, choosing as a linear working interval between 1 and 20 µg/L. Methodologies could be feasible to perform routine quality controls in drinking water samples in those laboratories that require this analysis, due to the relative simplicity and adequacy of the quantification limits obtained for dissolved As and total As (0.2 and 0.3 µg/L respectively).

Key words: Arsenic, Flow Injection Analysis, Water, Atomic Absorption Spectrometry

IntroducciónEl arsénico (As) es un metaloide omnipresente en el medio ambiente. Las vías fundamentales de incorporación de este elemento a los humanos son el agua de consumo y la dieta. Numerosos son los estudios toxicológicos que demuestran que la exposición prolongada por estas vías puede provocar efectos adversos sobre la salud como daños gastrointestinales, trastornos hepáticos, neurológicos, hematológicos, cardíacos, cáncer de piel, de vejiga y de pulmón e incluso la muerte. (Endo et al., 2003; Kapaj et al., 2006; Guber et al., 2009)

En aguas naturales el As se encuentra fundamentalmente en sus formas inorgánicas. Los desechos de algunas actividades de minería, industriales y agrícolas pueden incrementar de manera significativa los contenidos de As en las aguas, no obstante, en muchas zonas es frecuente encontrar de manera natural niveles elevados en las aguas, lo cual está relacionado esencialmente con la existencia de suelos ricos en este elemento en esos lugares (Bundschuh et al., 2012; Mandal y Suzuki, 2002, Mukherjee et al., 2006).

Numerosos países del mundo padecen de contaminación arsenical natural de sus acuíferos (Guber et al., 2009; Bundschuh et al., 2012; Mandal y Suzuki, 2002, Mukherjee et al., 2006; Chatterjee et al., 2010; Calvo Revuelta et al., 2003; Bundschuh et al., 2008). Dicha contaminación afecta la calidad del suministro hídrico de millones de personas, a este problema se le brinda especial atención en la actualidad ya que se ha reportado que la exposición crónica (al menos durante 6 meses) a dosis subtóxicas de este elemento en el agua potable, frecuentemente conduce a diferentes tipos de cáncer de piel, enfermedades respiratorias, gastrointestinales, problemas del hígado y cardiovasculares. (Chatterjee et al., 2010). El As es el único elemento químico que ha sido catalogado como sustancia cancerígena por su ingesta a través del agua de bebida y las especies más tóxicas son las inorgánicas de As(III) y As(V) en ese orden. (IARC, 2004)

Todo lo anterior ha dado lugar a que se han ajustado los niveles máximos permisibles para este elemento en aguas y alimentos en las normativas de la mayoría de los países.

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ARTÍCULO CIENTÍFICO · Empleo de un sistema por Inyección en Flujo - Generación de Hidruros - Espectrometría de Absorción Atómica para la determinación de arsénico en aguas

En agua de bebida, 10 µg/L es el nivel máximo de este contaminante establecido en el Diario Oficial de la Comunidad Europea desde 1998; por la Agencia de Protección del Medioambiente de Estados Unidos de América (US EPA) desde el 2001 y adoptado por Cuba para agua mineral en la norma cubana para contaminantes metálicos en alimentos NC 493 de 2012. (DOCE, 1998; USEPA, 2001; NC 493:2012).

La cuantificación de los niveles de arsénico en aguas y alimentos es un tema prioritario de preocupación desde el punto de vista ambiental y de salud pública a nivel mundial. La profundización del conocimiento epidemiológico y toxicológico asociado a las especies de arsénico, sumado al avance de las técnicas analíticas, se ha visto reflejado en las reducciones aplicadas de manera sucesiva a los niveles recomendados o permitidos del contaminante. Por lo tanto, se necesitan metodologías de determinación de este analito en las diferentes matrices a nivel de trazas, compatibles con los límites establecidos por la legislación.

Dentro de los ejemplos más relevantes de presencia de As en las aguas en Cuba se encuentra el caso de las zonas cercanas a la Mina Delita en el Isla de la Juventud (Molerio, 2004; Toujague et al., 2004; Blanco-López et al., 2017) y a la Mina Santa Lucía en la provincia Pinar del Rio (Romero et al., 2010), lo que determina la necesidad del control periódico de las fuentes de abasto, en especial en zonas cercanas a asentamientos poblacionales.

La alta selectividad, baja susceptibilidad a interferencias de la matriz, robustez y relativa facilidad de operación, sumadas a costos de inversión y operación accesibles, constituyen las razones principales por las cuales las espectrometrías atómicas

acopladas a la generación de hidruros, han alcanzado una amplia difusión en la mayoría de los laboratorios y siguen siendo actualmente una de las técnicas de elección para la cuantificación de As e incluso en la cuantificación de algunas de sus principales especies químicas, dados los bajos límites de detección que pudieran alcanzarse para este elemento. (Tuzen et al., 2009; Anawar et al., 2012; Quevedo et al., 2003 y Navoni et al., 2009).

En este sentido este trabajo se centra esencialmente en la modificación y validación de procedimientos de análisis de As, que incluyen un sistema diseñado y construido a nivel de laboratorio para la generación de hidruros con introducción de muestras por inyección en flujo y el empleo de la Espectrofotometría de Absorción Atómica para la determinación, para poder contar con límites de cuantificación apropiados para este analito en aguas, pudiéndose estimar el cumplimiento de las normativas aplicables.

MetodologíaSistema empleado para la determinación de arsénicoLa determinación del As se realizó empleando la Espectroscopia de Absorción Atómica, acoplando el espectrómetro con un generador de hidruros que a su vez fue conectado a continuación de un sistema para la inyección en flujo de la muestra líquida (HG-FIA-AAS). De manera esquemática, se puede dividir en tres partes fundamentales, los cuales se representan en la figura 1, donde se destacan las dos posiciones que podía tomar la válvula de inyección del sistema FIA.:

- un sistema por inyección en flujo para la introducción de la muestra



y el reductor (consta de bomba peristáltica y válvula de inyección),

- un lazo o coil de reacción, la entrada del gas portador al sistema (que incluye además del balón de N2(g) superpuro, un flujómetro para regular el flujo de gas que entra al sistema) y luego un separador gas- líquido,

- un espectrofotómetro de absorción atómica con llama acetileno – aire para la atomización de la muestra y la cuantificación de la señal analítica.

La válvula de inyección, con 4 vías para la entrada de las fases líquidas, podía tomar dos posiciones para el trabajo: la de carga o llenado y la posición de determinación

(figura 1). El volumen de los lazos para la muestra y el reductor fue de 1 mL, mientras que la longitud del coil de reacción fue de 30 cm, para un tubo de teflón de 0.2 mm de diámetro interno. Las soluciones fueron impulsadas con ayuda de una bomba peristáltica GILSON de 8 vías. El equipo empleado en la cuantificación del As fue un Espectrofotómetro de Absorción Atómica Buck Scientific 210 VGP; en la tabla 1 se presentan las condiciones de medición empleadas para la cuantificación de As empleando este equipo.

Figura 1. Esquema con las dos posiciones que puede tomar la válvula de inyección y el sistema en flujo que fue empleado para la introducción de la muestra para la determinación del As: a) Posición de llenado y b) Posición de determinación.

Tabla 1. Parámetros utilizados para la cuantificación de arsénico

Parámetro ValorLongitud de onda

193.7 nmAncho de rendija 2 nmAltura de la celda respecto a la llama 1 cmCorriente de la lámpara 2.2 mATipo de Llama aire-acetilenoPosición del flujómetro para aire/acetileno 7/3.5Tiempo de medición (altura de pico) 20 s

a) Posición de carga o llenado b) Posición de determinación



Selección de los parámetros de funcionamiento para el sistema de determinación de arsénicoTodos los reactivos utilizados en el trabajo fueron de calidad analítica. Para preparar las soluciones se utilizó agua destilada y desionizada con una conductividad menor de 0.1 µS/cm.

Primeramente se realizó un diseño factorial saturado 23 para evaluar la influencia de los flujos de entrada de las soluciones líquidas al sistema, el flujo de nitrógeno como gas portador y la concentración de HCl como portador de la muestra. Los niveles estudiados para cada parámetro se presentan a continuación:

Factor 1: Flujos de trabajo para la introducción del portador, la muestra y el reductor (flujo de la bomba peristáltica) se estudiaron los niveles 2 y 4 mL/ min.

Factor 2: Flujo de gas transportador dinitrógeno: se estudiaron los niveles 70 y 90 mL/ min.

Factor 3: Conc. de portador HCl en los niveles 0 y 6 mol/L.

El diseño del modelo propuesto se presenta en la Tabla 2. Como puede apreciarse se realizaron 8 experimentos en los cuales se obtuvo como variable de respuesta a la absorbancia. En cada uno de los 8 experimentos se realizaron tres mediciones de la absorbancia por muestra.

Tabla 2. Matriz del diseño factorial saturado 23.

No. del experimento

Flujos de trabajo para la introducción del portador, la muestra y el reductor (mL/min)

Flujo de gas transportador (Nitrógeno)

(mL/min)

Conc. de portador HCl

(mol/L)

1 2 90 62 4 90 63 2 70 64 4 70 65 2 90 06 4 90 07 2 70 08 4 70 0

Para realizar este experimento se utilizó una solución de As(III) de concentración 10 µg/L para cargar el lazo de la muestra y para la carga del lazo del reductor se utilizó una solución de NaBH4 al 2 % (relación masa/volumen) preparada en una concentración de 1 mol/L de KOH.

Selección de otros parámetros para la determinación de As por HG- FIA - AASPrevio al análisis del As utilizando el sistema descrito anteriormente es necesario lograr la pre-reducción de todo el As presente en la solución a As(III). El procedimiento general para lograr esta reducción fue el siguiente:



En frascos volumétricos de 25 mL de capacidad se tomaron las alícuotas apropiadas de los blancos, patrones y muestras a las que se le añadió 2.5 mL de la solución pre-reductora (ioduro de potasio y ácido ascórbico) y se complementó con la adición de una solución de HCl 6 M, con la que se realizó el enrase. Las soluciones preparadas se agitaron vigorosamente y posteriormente se mantuvieron en reposo por 45 minutos en la oscuridad, para asegurar la transformación del As(V) a As(III), a partir de lo cual se consideró que las soluciones se encentraban listas para ser utilizadas en la determinación de del As. En el proceso de cuantificación del As, las soluciones preparadas se pusieron en contacto con el NaBH4 en medio KOH para lograr la formación de la arsina. Posteriormente se obtuvieron los átomos neutros de As por la descomposición del mencionado compuesto dada la acción del calor procedente de la llama aire – acetileno.

Dada su importancia, las concentraciones del pre-reductor y del HCl fueron estudiadas para estimar con cuales se obtenían las mejores señales analíticas. Por otro lado, la concentración de NaBH4 en medio de KOH es también determinante a la hora de realizar la cuantificación del As por lo que fue también de interés para este trabajo.

A continuación se describen en detalle cuales fueron las concentraciones de interés para el reductor, el pre-reductor y el HCl que se tuvieron en cuenta para estimar su influencia en la determinación de As.

Concentración del reductor (NaBH4): Para estudiar este parámetro se analizaron 5 valores de concentración del reductor (0.02%, 0.05%, 0.1%, 0.2% y 0.4%) en una concentración de 1 mol/L de KOH.

El resto de los parámetros fueron fijados en los siguientes valores: concentración de As(III)

de 10 µg/L, que fue obtenida utilizando como agente pre-reductor 2.5 mL de KI al 5% / Ácido Ascórbico al 5%, y HCl 6 mol/L para el enrase del matraz volumétrico.

Composición del agente pre-reductor: Se estudió la concentración de KI al 2%, 5% y 10% manteniendo la concentración de ácido ascórbico al 5% y siempre añadiendo 2.5 mL del agente pre-reductor a cada volumétrico. Se mantuvo fija la concentración a obtener de As(III) en 10 µg/L, la concentración de HCl en 6 mol/L para el enrase del matraz volumétrico y la concentración de NaBH4 en 0.02% para el momento de proceder a la cuantificación del As.

Concentración del HCl en la obtención de As(III): Se estudiaron 7 valores de concentración de HCl (0, 1, 2, 3, 4, 5 y 6 mol/L) para el enrase del matraz volumétrico posterior a la adición del pre-reductor. En este caso se fijaron los siguientes parámetros: la concentración a obtener de As(III) en 10 µg/L, 2.5 mL del agente pre-reductor (KI al 5% - ácido ascórbico al 5%) y la concentración de NaBH4 en 0.02% para formar la arsina al proceder a la cuantificación del As.

Preparación de la curva calibración para la determinación de AsDespués de establecer las mejores condiciones operacionales para la pre-reducción de las muestras, para la generación de hidruros y para la determinación de As, se procedió entonces a preparar la curva de calibración para la determinación de As. A partir del patrón de As(V) de 1000 mg/L de concentración se prepararon dos soluciones de concentración 250 y 2500 µg/L, las que fueron utilizadas para preparar las diferentes concentraciones empleadas en la curva de calibración. Para la curva fueron seleccionadas las siguientes



concentraciones (en µg/L): 1, 2, 5, 10, 15, 20 y 25.

Metodologías de pretratamiento de las muestras de aguas Se siguieron dos procedimientos de preparación de las muestras previo a la pre-reducción y el análisis. El primero de ellos se basó en la propuesta de Litter et al. (2009) para la determinación de As disuelto y consistió solamente en la filtración del agua, en el propio lugar donde la misma fue colectada, a través de filtros de membrana con tamaño de poro de 0.45 µm.

El segundo procedimiento de preparación de las muestras para su análisis incluyó la digestión de las mismas empleando ácidos en un sistema abierto.

La metodología de digestión de las aguas tuvo en cuenta las recomendaciones propuestas en el Standard Methods for Water and Wastewater (SMEWW, 2005), en específico en lo propuesto en la sección 3030G. Se tomaron 25 mL de la muestra a los que se le añadieron 5 mL de HNO3 al 65% y 10 mL de H2SO4 al 98%. El vaso de precipitado que contenía la muestra se colocó en una plancha eléctrica para su calentamiento, permitiéndose alcanzar al sistema de manera gradual una temperatura de 95 ºC. El calentamiento se mantuvo hasta

que quedaron aproximadamente 2 mL de la muestra digerida. La solución resultante fue sometida al procedimiento de pre-reducción descrito anteriormente.

Determinación de parámetros metrológicos para las metodologías propuestasSiguiendo las recomendaciones de la guía de laboratorios EURACHEM, para la validación de métodos, en su versión al español del año 2005 (EURACHEM, 2005), se escogieron como parámetros más relevantes a evaluar los siguientes: límite de detección, límite de cuantificación, intervalo lineal, veracidad, repetibilidad, así como precisión intermedia con respecto a modificaciones del tiempo de análisis y el analista. (ISO 5725-2, 1994; ISO 5725-3).

Para evaluar la veracidad de los proced-imientos de análisis de As en las aguas se utilizaron materiales previamente emplea-dos en ejercicios de intercomparación, por lo cual puede considerarse que los mismos tenían una asignación confiable de los con-tenidos de arsénico. En la tabla 3 se pre-sentan los contenidos del analito en los tres materiales empleados.

Tabla 3. Materiales de referencia utilizados en el trabajo.

Material Valor recomendado de As total03/25 para aguas 30 ± 5 µg/L05/25 para aguas 580 ± 35 µg/LEjercicio intercomparación aguas 200 ± 15 µg/L



Resultados y Discusión

Selección de los parámetros de funcionamiento para el sistema de determinación de arsénicoEl diseño experimental 23 se escogió con el objetivo de estudiar el efecto de algunas variables en conjunto, con el menor número de experiencias posible y obtener información sobre cuáles de esas variables resultan ser significativas. El análisis de varianza del modelo permitió rechazar la hipótesis nula (que el modelo no explicaba la varianza del sistema), por lo cual aceptamos la hipótesis alternativa que consideraba que el modelo es adecuado con un nivel de confiablidad del 95 %.

La ecuación de regresión en función de los datos originales es el siguiente:

Abs. = 0.1021 + 0.0099 (FPMR) – 0.00072 (FPG) (1)

Donde:

(FPMR): Flujos de trabajo para la introducción del portador, la muestra y el reductor

(FGP): Flujo de gas transportador- Nitrógeno.

Como se puede apreciar en la ecuación resultante, además del término independiente, en este experimento resultó significativo, y también positivo, el coeficiente correspondiente con del flujo de trabajo para la introducción del portador, la muestra y el reductor. También resultó significativo pero con valor negativo el coeficiente correspondiente con el flujo del gas portador. Es por ello que se decidió tomar el mayor nivel estudiado para el flujo del portador, muestra y reductor y escoger el

menor valor estudiado para el flujo del gas potador.

La concentración de portador HCl, así como las diferentes interacciones no tuvieron coeficientes estadísticamente significativos. No obstante, aunque para la concentración de portador HCl el vector de coeficiente no resultó significativo, según el modelo empleado, como el valor modular del vector del coeficiente fue elevado en comparación con los otros vectores no significativos (1 orden superior), se decidió seleccionar el nivel inferior del parámetro para el trabajo, ya que con el mismo se favorece el incremento de la señal analítica del As.

A partir de los resultados obtenidos se seleccionaron las siguientes condiciones para la determinación del As en base al sistema propuesto en este trabajo:

Flujos de trabajo para la introducción del portador, la muestra y el reductor (flujo de la bomba peristáltica): 4 mL/ min.

Flujo de gas transportador Nitrógeno: 70 mL/ min.

Conc. de portador HCl: 0 mol/L, por tanto para esta función se utilizó agua destilada.

Influencia de la concentración del reductor (NaBH4 )Como es conocido, la formación de la arsina es una etapa importante en el proceso de determinación del arsénico. Al generarse una mayor cantidad de arsina se favorece el incremento en la sensibilidad de la determinación de este elemento. Como parte de este trabajo se estudiaron varias concentraciones de NaBH4 en KOH, con vistas a seleccionar la concentración más adecuada para la formación de arsina. Como puede observarse en la figura 2 entre las



concentraciones de 0.02 a 0.2 % de NaBH4 se produce un incremento significativo en la señal que se obtiene en la determinación del As. Por otro lado, entre las concentraciones de 0.2 a 0.4 % no se observa un incremento significativo de la señal obtenida para el As, lo cual fue un aspecto que se tuvo en cuenta para seleccionar 0.2 % como concentración de trabajo para el NaBH4.

En la propia selección de la concentración del NaBH4 se tuvieron en cuenta experiencias anteriores del Laboratorio para la determinación de Hg por generación de vapor frío, donde existen evidencias de la calidad del reactivo empleado en la reducción, lo que hace que no sea necesario explorar concentraciones muy elevadas para su uso analítico. Por otro lado, es de señalar que la concentración seleccionada para el trabajo no está muy alejada de la empleada en otros trabajos de determinación de As, por ejemplo, Almela et al. (2006) emplearon una concentración de NaBH4 de 0.2 % (m/v) estabilizado con NaOH de concentración 0.05 % (m/v). (Almela et al., 2006). Similar concentración fue utilizada por Sigrist (2009). Tuzen et al. (2009) por su parte, emplearon con buenos resultados una concentración de NaBH4 de 0.3 % (m/v) estabilizado con NaOH de concentración 0.1 % (m/v), mientras que Anawar et al. (2012) usaron una concentración de NaBH4de 0.5 % (m/v) estabilizado con NaOH de concentración 0.1 % (m/v). Se reporta además el empleo de concentraciones (m/v) de NaBH4 y NaOH de 1.4% y 0.4%, respectivamente, por Signes et al. (2008). En otros trabajos, como es el caso de Quevedo et al. (2003), se reporta el uso de concentraciones superiores de NaBH4de hasta 3 % (m/v).

Figura 2. Influencia de la concentración de NaBH4 sobre la señal analítica del As para una concentración de 10 µg/L.

Influencia de la composición del agente pre-reductorPrevio a la reducción del As con el NaBH4 es necesario asegurar la existencia únicamente de la especie As(III). Esta especie del As asegura una cinética de formación muy rápida de la arsina, siendo la cinética de formación del hidruro de arsénico (V) más lenta, por lo cual es ampliamente aceptada la necesidad de lograr transformar todo el elemento hasta el estado de oxidación +3. Tomando en cuenta las posibles especificidades existentes para el sistema propuesto en este trabajo y las diferentes propuestas encontradas en la literatura especializada, se evaluaron diferentes concentraciones de KI como parte del sistema de pre-reducción. En este sentido es necesario destacar que dado el comportamiento obtenido (figura 3), se decidió utilizar para los estudios la concentración de KI de 10 % (m/v), para favorecer el proceso de reducción del analito de interés a As(III).

Cuando se verifican las concentraciones de KI empleadas por otros autores para la pre-reducción del As podría considerarse que la concentración seleccionada en este trabajo es relativamente elevada. Morand et al., (2001) emplearon para esta etapa una concentración de KI de 1.5 % (m/v). Otros reportes indican



el uso de concentración de: 5 % para este agente reductor. (Almela et al., 2006; Sigrist, 2009; Signes et al., 2008).

Sin embargo, existen otros reportes de determinaciones de As en diferentes matrices donde se emplean concentraciones de KI de concentración 10% (m/v) como es el caso de Calvo-Revuelta et al. (2003), quienes utilizan una concentración similar del agente pre-reductor, pero al emplear volúmenes más grandes de muestras en la evaluación del As, la concentración final del KI es inferior a la empleada en este trabajo.

Figura 3. Influencia del KI utilizado en la pre-reducción sobre la señal analítica de soluciones de As de concentración 10 µg/L.

Influencia de la concentración del HCl en la obtención de As(III)Otro de los elementos a tener en cuenta en el proceso de pre-reducción del As es la concentración del HCl que es usada en el proceso de enrase. En la literatura especializada no existe un criterio único sobre la concentración a emplear, e incluso existen resultados que pueden considerarse contradictorios, como se discute más adelante.

En la figura 4 se presenta el comportamiento obtenido al evaluar concentraciones de HCl hasta 6 mol/L. Como resultado del estudio se encontró un incremento en la señal de arsénico al aumentar la concentración de

HCl, no obstante, el incremento no es tan marcado a partir de la concentración del ácido de alrededor de 4 mol/L. A partir de estos hechos experimentales se decidió escoger la concentración de 6 mol/L para los estudios posteriores con vistas a asegurar la total reducción a As(III).

Morand et al. (2001) encontraron incrementos importantes de la señal de As cuando emplearon concentraciones de HCl entre 0.5 y 5 mol/L, aunque consideraron que una concentración de 2 mol/L era suficiente para generar una respuesta analítica satisfactoria. Esta misma concentración del ácido fue la utilizada por Anawar et al. (2012). Sin embargo, en otros estudios se emplean concentraciones superiores de este ácido para lograr señales satisfactorias de As en el momento de su cuantificación. Quevedo et al. (2003) seleccionaron una concentración del HCl de 5 mol/L en su trabajo, entre otras razones pues según ellos para la misma se podrían disminuir las interferencias de iones tales como Fe, Cu y Ni por la formación de clorocomplejos estables que pueden presentarse a concentraciones menores. El valor de concentración de HCl seleccionado en esta tesis coincide con el recomendado por Almela et al. (2006) y Signes et al. (2008).

Figura 4. Influencia de la concentración del HCl utilizado en la pre-reducción sobre la señal analítica obtenida para una concentración de As de 10 µg/L.



Figura de mérito con respecto a las condiciones de trabajo seleccionadas para el sistema propuesto para la determinación de AsA partir de los resultados obtenidos, en la tabla 4 se presentan los parámetros más importantes que fueron seleccionados para la determinación de As, utilizando el sistema de determinación implementado en esta investigación. Al comparar las condiciones operacionales obtenidas con las reportadas por algunos autores (Anawar et al., 2012; Moran, 2000; Torralba, 1996), se aprecia una similitud en la concentración de pre-

reductores y flujo del gas portador. Sin embargo, debe señalarse que en nuestro caso se logró disminuir la concentración de reductor, utilizar agua destilada como portador de la muestra y el reductor, cuando en la mayoría de los trabajos se reporta el empleo de ácido clorhídrico entre 0.5 y 3 M como portador. También en este estudio utilizamos un mayor flujo de muestra, portador y reductor que los reportados en la literatura. Estas bondades de nuestro método favorecen el ahorro de reactivos caros y permiten una favorable frecuencia de análisis (2 muestras por minuto).

Tabla 4. Condiciones de trabajo seleccionadas para el sistema de análisis de As.

Parámetro Condiciones seleccionadas

Concentración del reductor (NaBH4) 0.2% m/v de NaBH4 en 0.08% m/v de KOHConcentración de prerreductores HCl 6M, KI 10% y Ácido Ascórbico al 5%Portador Agua destiladaFlujo de muestra, portador y reductor 4 mL/minFlujo del gas transportador (Dinitrógeno) 90 mL/minLongitud del coil de reacción 20 cmNúmero de muestras que pueden ser analizadas por minuto 2Tiempo de medición de la señal luego de incorporada la muestra al sistema

20 s

Parámetros metrológicos para la determinación de As en aguasCon vistas a evaluar los niveles de As en aguas de consumo humano, se ensayaron dos procedimientos de tratamiento de las muestras previo al procedimiento de cuantificación del analito. El primer método empleado conllevó únicamente la filtración de la muestra para eliminar el material particulado y con ello favorecer el análisis del As inorgánico disuelto (sin digestión). En una segunda variante se procedió a la digestión ácida de las muestras de agua con el objetivo de obtener información de los niveles totales de As presentes en las aguas, donde no solo

se tengan en cuenta las especies inorgánicas, sino todas las posibles especies presentes, tanto disueltas como en suspensión (método con digestión).

En la tabla 5 se presenta un resumen de los principales parámetros metrológicos obtenidos para la determinación de As en aguas, para ambas variantes de pretratamiento (métodos sin digestión y con digestión de las muestras de agua).

En general se puede considerar que los parámetros de desempeño de los métodos son adecuados. Varios aspectos pueden considerarse con vistas a apoyar



la afirmación anterior. En primer lugar se destaca que los límites de detección y cuantificación obtenidos en ambos métodos son satisfactorios ya que ambos valores son muy inferiores al Límite Máximo Permisible considerado en varias normas de calidad para agua potable. Por ejemplo, el límite permitido en agua potable o agua embotellada es 10 µg/L según lo establecido por la Unión Europea (DOCE, 1998), la Organización Mundial de la Salud (WHO, 2004), la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA, 2001) y también lo es en la caso de la norma cubana vigente para contaminantes metálicos en alimentos. (NC 493:2012). Debe señalarse

también que el límite permitido de As en agua potable según la norma cubana para agua potable es algo superior, 50 µg/L. (NC 827:2012)

Como se puede comprobar en Cuba existen dos normas que hacen referencia a los niveles permitidos de As en aguas para consumo humano, sin embargo, ambas regulaciones difieren en el valor permitido para el mismo analito en la matriz agua de consumo humano. No obstante, para ambos métodos de evaluación propuestos en este trabajo, se obtuvieron límites de detección y cuantificación que son concentraciones más bajas que los valores establecidos en ambos criterios de calidad de agua vigentes en Cuba.

Tabla 5. Parámetros metrológicos obtenidos para los métodos de determinación de As en aguas.

ParámetroMétodo empleadoSin Digestión Con Digestión

Límite de detección 0.2 µg/L 0.3 µg/LLímite de cuantificación 0.7 µg/L 0.8 µg/LIntervalo lineal e intervalo de trabajo 1 - 20 µg/L 1 - 20 µg/LRepetibilidad (%CV) 3.1 % 4.1 %Precisión intermedia (%CV) 4.0 % 4.7 %Veracidad (Prueba t, n=6) (en los tres materiales analizados)

p>0.05

(texp < ttab para una confibilidad del 95 %)

p>0.05

(texp < ttab para una confibilidad del 95 %)

La precisión de las determinaciones para ambos procedimientos (evaluada como coeficiente de variación). En ninguno de los caso superó el 5 %, incluso para el caso en que se estimó la precisión intermedia con respecto a tiempo y analista. Sin lugar a dudas, para tan bajos niveles de As que son evaluados en las aguas, estos niveles de precisión son muy favorables desde el punto de vista de la calidad analítica.

Algunos resultados de estudios de precisión presentados en otros trabajos, donde se emplea el mismo método de cuantificación

de As al empleado en este trabajo, pueden ayudar a estimar lo adecuado de los valores obtenidos en este estudio para la precisión evaluada como repetibilidad y precisión intermedia con respecto a tiempo y analista. Por ejemplo, Calvo Revuelta et al. (2003) reportaron que en la determinación de As en muestras de aguas el método mostró valores de precisión del 10 %. Por su parte Sigrist (2009) encontró una precisión de 5 % calculada a partir del análisis por triplicado de las muestras. Otros valores de precisión en la determinación de As en aguas han sido reportados por Morand et al. (2001),



quienes informaron un valor de 3%. En el caso de Navoni et al. (2009), los valores de repetibilidad evaluados para tres niveles de concentración tuvieron un valor mínimo de 2.2 % y un valor máximo de 5.0 %, en cuanto a precisión intermedia (inter-ensayos) el valor mínimo fue detectado para la concentración de 17 µg/L con un valor de 3.8 %, mientras que en este caso el valor máximo fue de 5.5 % para la concentración de 10 µg/L. Los resultados obtenidos por otros autores se encuentran cercanos a los valores de precisión encontrados como parte de esta investigación.

Al evaluar los resultados del estudio de veracidad de los dos métodos propuestos (tabla 6), se comprobó mediante la prueba de hipótesis t de Student, para 6 experimentos, con cada uno de los materiales de referencia

empleados, que en todos los casos la t experimental fue menor que la t crítica tabulada, por lo que se obtuvo una p mayor de 0.05. En este caso se acepta la hipótesis nula de que la media de los contenidos determinados experimentalmente por los métodos propuestos y el valor de As reportado para el material de referencia son iguales (con un 95% de confiabilidad).

Finalmente es importante consignar que dado los favorables resultados obtenidos con respecto a la veracidad de los métodos, así como, los valores adecuados de precisión en las dos variantes analizadas (repetibilidad y precisión intermedia), es posible afirmar que los métodos propuestos brindan resultados exactos, al analizar aguas para consumo humano.

Tabla 6. Contenidos de As en los materiales de referencia de aguas utilizados y niveles obtenidos por los métodos propuestos en este trabajo para el estudio de Veracidad.

Método Material evaluadoContenido recomendado de As total (µg/L)

Contenido determinado de As total (µg/L)

Resultados de prueba t

(tcrít = 2.57)

As inorgánico disuelto

03/25 para aguas 30 ± 5 28 ± 3texp= 1.74

p= 0.68

05/25 para aguas 580 ± 35 576 ± 11texp= 0.86

p= 0.34

Intercomparación aguas 200 ± 15 195 ± 10

texp= 1.27

p= 0.49

As total

03/25 para aguas 30 ± 5 29 ± 3texp= 1.34

p= 0.52

05/25 para aguas 580 ± 35 572 ± 14texp= 1.26

p= 0.49

Intercomparación aguas 200 ± 15 194 ± 12

texp= 1.30

p= 0.51



ConclusionesLas metodologías desarrolladas para la determinación de arsénico disuelto y de arsénico total en aguas, permitieron la obtención de resultados veraces al analizar 3 materiales de referencia de aguas y con una precisión menor del 5%. Las mismas posibilitaron la cuantificación de este metaloide a partir de niveles de 0.8 µg/L, para un intervalo lineal de trabajo entre 1 y 20 µg/L en esta matriz. Las metodologías propuestas son factibles para controles de calidad de rutina en agua potable en aquellos laboratorios que requieran este análisis debido a la relativa sencillez y lo adecuado que resultan los límites de cuantificación obtenidos para As disuelto y As total (0.2 y 0.3 µg/L respectivamente), que permiten estimar el cumplimiento de normativas nacionales e internacionales donde se recomienda un contenido de As no superior a 10 µg/L.

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