viernes, 25 de mayo de 2007

generador de hidruros y vapor de mercurio

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE FARMACIA Y BIOANÁLISIS
ESCUELA DE BIOANÁLISIS
ANÁLISIS INSTRUMENTAL.

















VAPOR DE MERCURIO
GENERADOR DE HIDRUROS
(ANÁLISIS DE ARTÍCULOS CIENTÍFICOS)


















INTEGRANTES.
PULIDO LISSET 16605002
SALAH CHALEB
VALVUENA MARYURY ALICIA 16680365
VERA RICO MARLON 16199013



INTRODUCCIÓN


Las técnicas de mercurio por vapor al frío y la de generación de hidruros son de gran importancia en el análisis por espectroscopia de absorción y emisión atómica ya que este nos permite trabajar con otros elementos con los cuales nos sería casi imposible trabajar con exactitud que con la de llama.

El objetivo de este trabajo es analizar las aplicaciones de las técnicas antes mencionadas, que han sido publicadas en revistas científicas (Ciencia y Saber), y se encontró que ellas sirvieron para determinar los niveles de mercurio en muestras de sangre y orina por la técnica de vapor de mercurio y la determinación de telurio en muestras de agua por la técnica de generación de hidruros.

También hay una breve explicación de la metodología utilizada y de los resultados obtenidos en los experimentos publicados en estas revistas.


































TÉCNICA DE GENERADOR DE VAPOR DE MERCURIO.

Un método sencillo para monitoreo de mercurio en humanos:
El mercurio es el elemento no radiactivo más tóxico sobre la tierra, famoso por su estado físico ya que es el único elemento metálico líquido a temperatura ambiente. Este elemento y sus compuestos se han empleado en buena parte de la historia humana, sus propiedades físicas y químicas lo convierten en un metal atractivo para aplicaciones científicas e industriales.

Aplicación del método:
Este es un procedimiento de análisis rápido, sencillo y económico para determinar el contenido de mercurio en fluidos biológicos (sangre y orina) mediante la generación de vapor frío (GVF) y detección por espectroscopía de absorción atómica (EAA). La técnica de flujo continuo fue usada para la introducción de la muestra y los demás reactivos. Con este diseño todo el mercurio presente en la muestra es reducido para formar vapor de mercurio elemental usando un reductor. Mediante las curvas de calibrado se determinó que la altura de picos máxima se incrementa linealmente con la concentración de mercurio expresada por la ecuación: A= 0,0011 + 0,0060 [Hg] en un intervalo dinámico o lineal de 1,98 a 24,00 g/l; r = 0,9972 y límite de detección = 1,06 g/l el cual fue determinado en base a la desviación estándar del blanco, y precisión entre 3 y 9 %. Con el procedimiento propuesto, se determinó el contenido de mercurio en muestras de sangre y orina de 75 personas quienes solicitaron este servicio, los valores están en el rango entre 3,21 - 4,18 g/l y 2,54 - 3,62 g/l respectivamente, los cuales son considerados valores normales para estos fluidos biológicos.

En la actualidad, el mercurio es usado en una variedad de productos debido principalmente a que es líquido a temperatura y presión ambiental, es un buen conductor eléctrico y es fácilmente volatilizado. Estas características permiten su aplicación en medicina, en equipos electrónicos, en la agricultura, en equipos científicos y en otros productos utilizados por el hombre; no obstante, se sabe que las amalgamas dentales y la dieta constituyen la principal exposición de la población a este elemento siendo los peces y sus productos la principal fuente de metil-mercurio.

La capacidad de la espectroscopía atómica de actuar como detector selectivo y específico para la detección de mercurio y la posibilidad de acoplamiento con flujo continuo y la generación de vapor frío es posible desarrollar un sistema (FC-GVF-EAA) de monitoreo rápido en sangre y orina.













Determinación de telurio por la generación de hidruro ininterrumpida y espectrometría fluorescencia atómica:

Aplicación:
Se ha desarrollado un método simple para la determinación de Te (IV) y telurio total en muestras ambientales junto a la generación de hidruro y espectrometría de fluorescencia atómica.
En la determinación de Te (IV), las muestras acidas, aspiradas en un portador de HCl 5 mol/L, confluyen con una disolución de NaBH4 1,2% (m/v), de flujos 9,8 y 3,1 mL/min respectivamente. El hidruro, generado en el bucle de reacción de 100 cm, se hace pasar a través de un separador gas-líquido y es trasportado al detector mediante un flujo de Ar de 400 mL/min. Para la determinación de Te total, las muestras se calientan por 10 minutos en un baño de agua a 60°C después de la adición de 1,0 g de NaBr para la reducción del Te(VI) a Te(IV). Se emplea NaBr sólido para evitar la dilución de las muestras. La determinación del telurio total mediante AFS se lleva a cabo como se indicó anteriormente y el Te (VI) se calcula como la diferencia entre el telurio total y el Te(IV). Los valores del límite de detección obtenidos se encuentran entre 0,4 y 0,7 µg/L y la curva de calibrado es lineal hasta los 20 µg/L de telurio. Los estudios a recuperación de diferentes concentraciones de Te (IV) y Te (VI) en aguas naturales están entre el 98 y 105% para el Te (IV) y entre el 99 y 109% para el telurio total. Además, la exactitud del método fué evaluada empleando un material de referencia de sedimento con una cantidad conocida de Te, después de su extracción mediante tratamiento en microondas con HCl 3 mol/L.

El objetivo del trabajo fue desarrollar un método simple para la determinación directa de pequeñas cantidades de telurio, por la generación de hidruro ininterrumpida y espectrometría de fluorescencia atómica, en muestras ambientales. La sensibilidad y el límite de la detección de HGAFS fueron mejorados seleccionando las condiciones de operación destinadas. Por otro lado, para la determinación de telurio total, Te (VI) fue reducido a Te (IV) usando bromuro de sodio sólido como reductor para evitar la dilución de muestra. El método desarrollado fue valorado por el análisis de una tela de referencia (SGR - 1).
Por lo tanto, las condiciones mencionadas anteriormente fueron escogidas para obtener los resultados exactos en la determinación de telurio total en muestras acuosas o disueltas.















CONCLUSIÓN


Después de haber indagado y analizado cada una de estas separatas, se puede concluir que la revisión fue importante, ya que nos permitió conocer más acerca del tema y darnos cuenta que no sólo es simplemente ver los métodos en clases y ya; sino que estos son aplicables y que se utilizan en muchos trabajos científicos, así como también en los análisis que nosotros como futuros profesionales del bioanálisis realizaremos en el laboratorio, dependiendo también del área en la que nos decidamos desempeñar.

Se pudo observar que en el trabajo realizado para la determinación de telurio en muestras de agua se explica mejor la metodología utilizada que aquel que fue realizado para la determinación de mercurio en muestras de sangre y orina. Sin embargo se puede considerar que el segundo anteriormente mencionado tiene más relación con nuestra carrera y es de gran importancia para la salud de las personas, ya que como todos sabemos el mercurio es altamente tóxico y causa problemas en el organismo.

Sin más nada que agregar; sólo esperamos que el trabajo haya cumplido con la mayoría de las metas propuestas y recomendamos que estos tipos de análisis se hagan más a menudo para así contribuir al enriquecimiento personal y profesional de los estudiantes de nuestra gran carrera del Bioanálisis.





























ANEXOS.

Esquema del equipo utilizado para la determinación de telurio en muestras de agua.



Esquema del equipo utilizado para el monitoreo de mercurio en humanos:

























GENERADOR DE HIDRUROS.
CienciaISSN 1315-2076 versión impresa



Como citar este artículo


Resumen
EL-HADRI, Faouzia, MORALES-RUBIO, Ángel y DE LA GUARDIA, Miguel. Determinación de teluro mediante generación continua del hidruro y espectrometría de fluorescencia atómica. Ciencia, abr.-jun. 2005, vol.13, no.2, p.218-227. ISSN 1315-2076.
Se ha desarrollado un procedimiento simple para la determinación de Te(IV) y teluro total por espectrometria de fluorescencia atómica y generación de hidruros (HG-AFS) en muestras ambientales. En la determinación de Te(IV), las muestras acidas, aspiradas en un portador de HCl 5 mol/L, confluyen con una disolución de NaBH4 1,2% (m/v), de flujos 9,8 y 3,1 mL/min respectivamente. El hidruro, generado en el bucle de reacción de 100 cm, se hace pasar a través de un separador gas-líquido y es trasportado al detector mediante un flujo de Ar de 400 mL/min. Para la determinación de Te total, las muestras se calientan por 10 minutos en un baño de agua a 60°C despues de la adición de 1,0 g de NaBr para la reducción del Te(VI) a Te(IV). Se emplea NaBr sólido para evitar la dilución de las muestras. La determinacion del teluro total mediante AFS se lleva a cabo como se indicó anteriormente y el Te(VI) se calcula como la diferencia entre el teluro total y el Te(IV). Los valores del límite de detección obtenidos se encuentran entre 0,4 y 0,7 µg/L y la curva de calibrado es lineal hasta los 20 µg/L de teluro. Los estudios a recuperación de diferentes concentraciones de Te(IV) y Te(VI) en aguas naturales estan entre el 98 y 105% para el Te(IV) y entre el 99 y 109% para el teluro total. Además, la exactitud del método fué evaluada empleando un material de referencia de sedimento con una cantidad conocida de Te, después de su extracción mediante tratamiento en microondas con HCl 3 mol/L
Palabras llave: Atomic fluorescence spectrometry; continuous hydride generation; tellurium determination; Determinación de Telurio; generación de hidruro continuo; espectrometría de florescencia atómica.
· resumen en inglés · texto en inglés









CienciaISSN 1315-2076 versión impresa


Ciencia v.13 n.2 Maracaibo abr.-jun. 2005


Como citar este artículo
Determination of tellurium by continuous hydride generation and atomic fluorescence spectrometry

Faouzia El-Hadri, Ángel Morales-Rubio* and Miguel de la Guardia
Department of Analytical Chemistry, Research Building, University of Valencia, 46100 Burjassot, Valencia, Spain. *Autor para la correspondencia. E-mail: angel.morales@uv.es.


Abstract
It has been developed a simple method for the determination of Te(IV) and total tellurium in environmental samples by hydride generation and atomic fluorescence spectrometry (HG-AFS). For Te(IV) determination, acidified samples, aspirated in a carrier of 5 mol/L HCl, were merged with a NaBH4 1.2%(m/v) solution, with sample and NaBH4 flow rates of 9.8 and 3.1 mL/min respectively. The hydride generated in a 100 cm reaction coil was passed through a gas-liquid separator and transported to the detector with an Ar flow of 400 mL/min. For total tellurium determination samples were heated, 10 min in a water bath at 60°C, after addition of 1.0 g NaBr to reduce Te(VI) to Te(IV). Solid NaBr was employed to avoid a long reduction step and the dilution of samples. The determination of total tellurium by atomic fluorescence was carried out as described above and Te(VI) was calculated as the difference between total tellurium and Te(IV). The limit of detection values obtained were between 0.4 and 0.7 µg/L and the calibration graph was linear up to 20 µg/L of tellurium. Recovery studies of different spiked concentrations of Te(IV) and Te(VI) in natural water samples were between 98 and 105% for Te(IV) and 99 to 109% for total tellurium. Furthermore, accuracy of the method was evaluated by using a sediment reference material with a known amount of tellurium after its leaching by means microwave treatment with 3 mol/L HCl.
Keywords: Atomic fluorescence spectrometry; continuous hydride generation; tellurium determination.

Determinación de teluro mediante generación continua del hidruro y espectrometría de fluorescencia atómica

Resumen
Se ha desarrollado un procedimiento simple para la determinación de Te(IV) y teluro total por espectrometria de fluorescencia atómica y generación de hidruros (HG-AFS) en muestras ambientales. En la determinación de Te(IV), las muestras acidas, aspiradas en un portador de HCl 5 mol/L, confluyen con una disolución de NaBH4 1,2% (m/v), de flujos 9,8 y 3,1 mL/min respectivamente. El hidruro, generado en el bucle de reacción de 100 cm, se hace pasar a través de un separador gas-líquido y es trasportado al detector mediante un flujo de Ar de 400 mL/min. Para la determinación de Te total, las muestras se calientan por 10 minutos en un baño de agua a 60°C despues de la adición de 1,0 g de NaBr para la reducción del Te(VI) a Te(IV). Se emplea NaBr sólido para evitar la dilución de las muestras. La determinacion del teluro total mediante AFS se lleva a cabo como se indicó anteriormente y el Te(VI) se calcula como la diferencia entre el teluro total y el Te(IV). Los valores del límite de detección obtenidos se encuentran entre 0,4 y 0,7 µg/L y la curva de calibrado es lineal hasta los 20 µg/L de teluro. Los estudios a recuperación de diferentes concentraciones de Te(IV) y Te(VI) en aguas naturales estan entre el 98 y 105% para el Te(IV) y entre el 99 y 109% para el teluro total. Además, la exactitud del método fué evaluada empleando un material de referencia de sedimento con una cantidad conocida de Te, después de su extracción mediante tratamiento en microondas con HCl 3 mol/L.
Palabras clave: Determinación de Telurio; generación de hidruro continuo; espectrometría de florescencia atómica.

Recibido: 16-09-04.Aceptado: 15-03-05


1. Introduction

Tellurium can be determined with high sensitivity and selectivity by atomic spectrometry after generation of its covalent-hydride through reaction with sodium borohydride. This strategy provides an excellent way for matrix isolation and increases the element intake inside the atomizer (1).

Using hydride generation, tellurium has been determined by atomic absorption spectrometry (2,3), graphite furnace atomic absorption spectrometry (4,5), inductively coupled plasma atomic emission (6,7) and inductively coupled plasma mass spectrometry (8-10). In recent years, the development of simple atomic fluorescence spectrometers has provided a suitable tool for tellurium determination (11-20).

Tellurium has been determined by HG-AFS in metals and alloys (11-15), water (16,17), urine (18), milk (19) and geological samples (20).

From studies reported in the literature for Te determination in waters by HGAFS it can be noticed that a high limit of detection (80 µg/L) was found in spite of the use of a preconcentration through cation exchange (16). On the other hand, total Te can be determined after reduction of Te(VI) with citric/tartaric acids, obtaining a limit of detection of 0.1 µg/L in the diluted solution (17).

The aim of this paper is to develop a simple method for the direct determination of trace amounts of tellurium, by continuous hydride generation and atomic fluorescence spectrometry, in environmental samples. The sensitivity and limit of detection of HGAFS were improved by selecting the appropriated operational conditions. On the other hand, for total tellurium determination, Te(VI) was reduced to Te(IV) by using solid sodium bromide as reductant in order to avoid sample dilution. The developed method was evaluated by the analysis of a reference material (SGR-1).

2. Experimental

2.1. Apparatus
An Unicam VP-90 continuous-flow vapour system equipped with a B-type gas-liquid separator (Cambridge, UK) and a Permapure drier tube from PS Analytical (Sevenoaks, Kent, UK) was used for hydride generation. An Excalibur atomic fluorescence detector PSA 10033 from PS Analytical, equipped with a tellurium boosted discharge hollow cathode lamp (BDHCL) from superlamp Photron (Victoria, Australia), an hydrogen diffusion flame, a series of lenses and a specific filter and a solar blind photomultiplier, was employed for tellurium fluorescence measurements at the 214.3 nm resonance wavelength.

Flexible polyvinyl-chloride peristaltic pump tubes of 1.85 mm and 1.14 mm id were employed to transport HCl and NaBH4 respectively. All tubes employed to construct the manifold were from 0.8 mm id. polytetrafluoroethylene (PTFE).

For sample digestion, a domestic LG microwave oven, model MS 1905-C (Manchester, U.K.), with a magnetron frequency of 2450 MHz and a maximum exit power of 750 W was used.

2.2. Reagents and standards
All the reagents used were of the highest purity available, and reagent-grade water, obtained from a Milli-Q water purification system Millipore (Bedford, MA) with a resistivity of 18 M/cm, was used for preparation of standards and samples.

A 0.1221 g/L Te(IV) standard stock solution was prepared by dissolving Na2TeO3 Aldrich Chem. Co, (Milwaky, WI) in deionized water. A 0.1228 g/L Te(VI) stock standard solution was prepared in deionized water by dissolving H2TeO6 Fluka (Buchs, Switzerland). The calibration solutions were prepared daily by dilution of stock standard ones with 5.0 mol/L HCl which was prepared from 37% d= 1.18 g/mL HCl Fluka (Buchs, Switzerland). For total tellurium determination 1.0 g of sodium bromide Panreac (Barcelona, Spain) was dissolved, in acidified samples and standards, and employed as reductant.

Sodium tetrahydroborate was prepared from Fluka (Buchs, Switzerland) and dissolved in 0.5% (m/v) NaOH Probus (Barcelona, Spain). This solution was prepared daily and filtered before use with a nylon 0.45 µm pore-size mesh from Lida (Kenosha, WI), and was used as the reducing reagent and as H2 source for the diffusion flame.

Argon C-45 (purity 99.995%) and synthetic air C-45, obtained from Carburos Metalicos (Barcelona, Spain), were used to transport the hydride generated to the atomiser flame and to dry the vapour phase in the Perma Pure drier tube respectively.

2.3. Sample conditioning
Mineral and drinking water samples were obtained from the local market in Morocco (Sidi Ali, Sidi Harazem) and Spain (Bejis) and tap waters taken from several towns near Valencia (Burjassot, Els Pous). Samples, collected in polyethylene bottles, were acidified with concentrated HCl to obtain a pH near 1.2 to minimize adsorption of trace elements on the bottle walls and microorganisms proliferation and were stored in the dark.

Sediment reference material SGR-1 was obtained from U.S. Geological Survey.

2.4. Analytical procedure
Table 1 summarises the instrumental and experimental conditions for tellurium determination, and Figure1 shows the manifold employed in this study.

For Te(IV) determination, a water sample volume of 12.5 mL was acidified with concentrated HCl and diluted to 25 mL with deionized water obtaining a 5.0 mol/L HCl solution.



Standard solutions, reagent blank and samples, transported at a flow rate of 9.8 mL/min, were merged with a 1.2% (m/v) NaBH4 solution, in 0.5% (m/v) NaOH, with a flow rate of 3.1 mL/min, to produce the tellurium hydride. The hydride was generated in a reaction coil of 100 cm, and the reagents mixture passed to the gas-liquid separator, being transported the Te hydride to the detector by an argon flow rate of 400 mL/min.

For the total tellurium determination in water, the aforementioned procedure was used after a previous reduction of the samples. 1.0 g of NaBr was added to the acidified samples and then the solution heated at 60°C during 10 minutes inside a water bath. All solutions were further cooled to room temperature before reaction with NaBH4 for hydride generation.

2.5. Microwave-assisted leaching procedure
For quantitative leaching of tellurium from sediments, 200 mg of sediment were weighed and introduced into a 115 mL PTFE reactor. A volume of 3 mL of different concentrations of HCl (from 1 to 6 mol/L) was added to the sample and the reactor was closed hermetically and irradiated in a microwave oven, operated at 750 W, during three steps of 1 minute. After that, the reactor was let to cool and the partially dissolved sample was dispersed to 25 mL with water. 5 mL of the supernatant solution were diluted to 25 mL with HCl to obtain a final concentration of 5 mol/L and the Te determination was carried out as indicated before. Acid solutions were employed as standards for the analysis of leached samples and results were compared with the standard addition procedure to prevent possible matrix interference.

3. Results and discussion

3.1. Effect of hydrochloric acid and sodium tetrahydroborate concentrations on Te fluorescence
The study of the HCl concentration effect on the atomic fluorescence signal for Te(IV), showed in Figure 2, indicated that signals obtained are strongly influenced by HCl concentration in the range between 0.5 and 7 mol/L. However, HCl did not influence blank signals. The increase of HCl increases Te fluorescence signal up to reach a maximum value for 6.0 mol/L HCl, and it was observed a strong reduction of Te(IV) fluorescence for a 6.5 mol/L HCl. So a HCl concentration of 5.0 mol/L was selected. Moreover, a 10 ng mL Te(VI) standard solutions gives the same fluorescence signal as the blank in the HCl range studied.

Previous experiments demonstrated that a NaBH4 concentration higher than 1% (m/v) was required to maintain the hydrogen flame. Figure 3 summarizes studies carried out about the influence of NaBH4 concentration, on the Te(IV) hydride fluorescence using a 3.0 mL/min NaBH4 flow. As can be seen, it was observed a dramatic influence of the NaBH4 concentration on the Te(IV) and blank fluorescence signals, being found at 1.8% NaBH4 the maximum fluorescence. However, to obtain a good signal to noise relationship, and in order to obtain the best analytical performance, a NaBH4 concentration of 1.2% (m/v) was selected for Te(IV) determination.

3.2. Effect of carrier and sodium tetrahydroborate flow rates on Te hydride generation
The effect of the sample flow rate on the tellurium hydride generation was studied between 4.0 to 12.5 mL/min. Results shown in Figure 4 indicate that tellurium fluorescence signal increases on increasing the flow rate up to reach a maximum value for 10.5 mL/min whereas the blank signal remains constant in all the range studied. Furthermore, the use of higher flow rates causes an increasing unstability of signals and was not recommended. So, to obtain the best signal to noise relationship, a 9.8 mL/min flow rate was considered as the most appropriate.



Further studies on the efficiency of the hydride generation for different flow rates of NaBH4, between 2.0 and 5.5 mL/min, were carried out. The flame was extinguished when flow rates lower than 2.0 mL/min were employed. The maximum signal was obtained for a 3.1 mL/min flow rate, being observed that the use of higher than 3.1 mL/min NaBH4 values only increases the unstability of blank signals.

3.3. Effect of reaction coil length on fluorescence signals
The reaction coil length controls the hydride generation time, for a fixed flow rate, and it can affect the fluorescence signal depending on the speed of tellurium hydride formation. For a fixed total carrier flow of 11.9 mL/min it was evaluated the effect of the reaction coil length, from 50 to 300 cm using a PTFE tube of 0.8 mm of internal diameter. As can be seen in Figure 5, the increase of coil length from 50 to 100 cm increases slightly the tellurium hydride signal. On the other hand, coils longer than 100 cm cause signal decreasing, possibly due to the increase of dispersion and thus, a 100 cm coil was selected. Moreover, blank signal do not varies as a function of the coil length changes.

3.4. Effect of Argon flow rate on fluorescence signals
The increase of the Ar flow rate increases the tellurium fluorescence signal up to reach a maximum value for a value of 400 mL/min. The fluorescence of the blank remains practically independent on the Ar flow. On the other hand, the use of an Ar flow higher than 500 mL/min extinguished the flame, and when Ar flow rates employed were lower than 200 mL/min the flame can not be ignited. According to that an Ar flow of 400 mL/min was chosen as the most adequate for tellurium determination.

3.5. Reduction of Te(VI)
It is important to note that, in the conditions previously selected for Te(IV) hydride generation, Te(VI) solutions do not give any fluorescence signal. Because of that, the effect of a previous reduction step on the fluorescence intensity of tellurium was investigated in order to obtain as higher as possible signals from Te(VI).



Some papers have reported the use of concentrated HCl (21), 4 M HCl (18), 3 M HCl (22) 20% HCl (23) or 0.5 M HCl (20) for the reduction of Te(VI) to the Te(IV). Other authors employed KI and ascorbic acid (9,24) as reductant reagents before hydride generation. However, experiments carried out with 5 M HCl heating at 50°C and 70°C during 1 hour, do not provide evidences on reduction of Te(VI) to Te(IV).
Sodium bromide is an efficient reductant for Te(VI) as can be seen in Table 2. This Table shows the ratio between Te(VI) and Te(IV) fluorescence signals from solutions of the same concentration that undergoes the same reduction procedure, that is, same temperature, heating time and NaBr concentration. Nevertheless, the reduction of Te(VI) to Te(IV) depends on both, NaBr concentration and temperature, being observed that using a 4% NaBr concentration and 50°C, 20 minutes are enough to obtain comparable results between fluorescence of tellurium hydride obtained from Te(IV) and Te(VI) solutions. On the other hand, the increase of temperature till 60°C provides a quantitative reduction of Te(VI) to Te(IV) in 10 minutes, thus offering the same fluorescence for solutions of 5 µg/L tellurium obtained from Te(IV) and Te(VI). So, the aforementioned conditions were selected in order to obtain accurate results in total tellurium determination in aqueous or dissolved samples.

3.6. Analytical figures of merit
Typical calibration lines obtained for the two species considered, when standards were prepared without any previous reduction for Te(IV) and with the previous reduction step for Te(VI), correspond to equations:

IF = 6.79 (Te(IV)) - 0.719; r = 0.994

IF = 7.10 (Te(VI)) + 0.453; r = 0.998

As it has been indicated before, without a previous reduction step the fluorescence signal obtained from Te(VI) was practically undetectable. However, as can be seen from equations, the slope of calibration lines obtained from both, Te(IV) and Te(VI) after reaction with NaBr, were statistically comparable.

Using the operating conditions indicated in Table 1, the calibration graphs were linear up to a concentration of 20 µg /L, but could be enlarged if the sensitivity of the instrument was reduced. The detection limit, established as 3sb/slope, where sb is the standard deviation of 10 blank measurements, were in the range between 0.4 and 0.7 µg/L for Te(IV) and from 0.4 to 0.9 µg/L for Te(VI) determination. The coefficient of variation, evaluated from the relative standard deviation of 3 independent determinations of a same sample in the whole range of calibration varied between 1 and 16% for Te(IV) and from 0.2 to 13% for Te(VI).


The accuracy of the method was evaluated by recovery experiments carried out using water samples spiked with known concentration of Te(IV) and Te(VI) at different concentration levels from 0.4 to 2.0 µg/L and from 1.0 to 3.0 µg/L respectively. As can be seen in Table 3, the analytical recovery values achieved were closed to 100% in all the experiments.


3.7. Determination of total tellurium in sediments
Additional experiments were carried out to confirm the accuracy of the developed procedure, and it was determined the total tellurium concentration in a certified sample (SGR-1 USGS).

To get the quantitative tellurium leaching from sediment, a microwave assisted treatment at 750 W was employed. From studies carried out, a three minutes digestion with HCl 6 mol/L, in 1 minute steps, was considered adequate. Results obtained were 0.250 ± 0.003 ng/g in front of the 0.248 ng/g proposed value in the certified sample.

On the other hand, to reduce the pressure problems produced from the high HCl concentration employed, it was studied the leaching effectiveness of HCl concentration, maintaining constant the heating steps. Figure 6 shows the obtained results and, as can be see, a 3 mol/l concentration of HCl is enough to achieve the quantitative leaching of tellurium from sediment. Additional experiments, in which slopes of external calibration and standard addition calibration were compared, for sediment analysis, evidenced that the HCl concentration and sample matrix do not affect the fluorescence measurements, obtaining slope ratios between 94 and 102%.


4. Conclusión

Hydride generation atomic fluorescence provides a sensitive methodology for direct determination of Te(IV) and total tellurium at µg/L levels. The LOD obtained, 0.4 to 0.7 ng/mL, are of the same order or better than those found in the literature, 0,1 ng/mL (17) and 80 ng/mL (16). However, the concentration of Te(IV) and Te(VI) present in natural waters make necessary the use of a preconcentration step before the determination of these species in waters. The use of a prereduction step, based on the use of solid NaBr, provides a way to do the determination of Te(IV) and total tellurium, being confirmed by the recovery studies carried out on spiked water samples. On the other hand, the developed procedure for the determination of tellurium by HG-AFS has been validated analyzing a sediment that has a Te concentration level higher than that found in natural and mineral waters.

Acknowledgments

Authors acknowledge the financial support of the Spanish DGES project PB96-0779, and the financial support of the Conselleria de Cultura, Educació y Ciència de la Generalitat Valenciana project GV99-115-1-02.

References

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Resumen
MALAVE A., Auristela y CARRERO M., Pablo. Un método sencillo para monitoreo de mercurio en humanos. Saber, ene. 2003, vol.15, no.1-2, p.60-65. ISSN 1315-0162.
Se describe un procedimiento de análisis rápido, sencillo y económico para determinar el contenido de mercurio en fluidos biológicos (sangre y orina) mediante la generación de vapor frío (GVF) y detección por espectroscopía de absorción atómica (EAA). La técnica de flujo continuo fue usada para la introducción de la muestra y los demás reactivos. Con este diseño todo el mercurio presente en la muestra es reducido para formar vapor de mercurio elemental usando un reductor. Mediante las curvas de calibrado se determinó que la altura de picos máxima se incrementa linealmente con la concentración de mercurio expresada por la ecuación: A= 0,0011 + 0,0060 [Hg] en un intervalo dinámico o lineal de 1,98 a 24,00 g/l; r = 0,9972 y límite de detección = 1,06 g/l el cual fue determinado en base a la desviación estándar del blanco, y precisión entre 3 y 9 %. Con el procedimiento propuesto, se determinó el contenido de mercurio en muestras de sangre y orina de 75 personas quienes solicitaron este servicio, los valores están en el rango entre 3,21 - 4,18 g/l y 2,54 - 3,62 g/l respectivamente, los cuales son considerados valores normales para estos fluidos biológicos
Palabras llave: espectroscopía de absorción atómica; mercurio; determinación; sangre; orina.
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UN MÉTODO SENCILLO PARA MONITOREO DE MERCURIO EN HUMANOS

AURISTELA MALAVÉ A.1 y PABLO CARRERO M.2
1Universidad de Oriente, Núcleo de Monagas, Departamento de Ciencias, Los Guaritos, Maturín
2Universidad de Los Andes, Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Mérida

RESUMEN

Se describe un procedimiento de análisis rápido, sencillo y económico para determinar el contenido de mercurio en fluidos biológicos (sangre y orina) mediante la generación de vapor frío (GVF) y detección por espectroscopía de absorción atómica (EAA). La técnica de flujo continuo fue usada para la introducción de la muestra y los demás reactivos. Con este diseño todo el mercurio presente en la muestra es reducido para formar vapor de mercurio elemental usando un reductor. Mediante las curvas de calibrado se determinó que la altura de picos máxima se incrementa linealmente con la concentración de mercurio expresada por la ecuación: A= 0,0011 + 0,0060 [Hg] en un intervalo dinámico o lineal de 1,98 a 24,00 g/l; r = 0,9972 y límite de detección = 1,06 g/l el cual fue determinado en base a la desviación estándar del blanco, y precisión entre 3 y 9 %. Con el procedimiento propuesto, se determinó el contenido de mercurio en muestras de sangre y orina de 75 personas quienes solicitaron este servicio, los valores están en el rango entre 3,21 - 4,18 g/l y 2,54 - 3,62 g/l respectivamente, los cuales son considerados valores normales para estos fluidos biológicos.

PALABRAS CLAVES: espectroscopía de absorción atómica, mercurio, determinación, sangre, orina.

A SIMPLE METHOD FOR MONITORING MERCURY IN HUMAN BEINGS

ABSTRACT

In this work, we describe a fast, simple and inexpensive analysis process for determining mercury contents in biological fluids (blood and urine) by means of cold vapor generation (CVG) and detection by atomic absorption spectroscopy (AAS). We used the continuous flow technique to introduce samples and other reagents. With this design, and by using a reducer, all mercury in the sample is reduced to form elementary mercury vapor. By means of the calibration curves, we determined that maximum peak height increases linearly with the mercury concentration expressed by the equation: A = 0.0011 + 0.0066[Hg] in a dynamic or linear interval of 1.98 to 24.00 g/l; r = 0.9972, with a detection limit = 1.06 g/l, which was determined on the basis of blank standard deviation, and a precision comprised between 3 and 9 %. With this process, we determined the mercury contents in blood and urine samples taken from 75 persons who requested this test, and the values ranged between 3.21 – 4.18 g/l, and 2.54 – 3.62 g/l respectively, which are considered normal values for these biological fluids.

KEY WORDS: Atomic absorption spectroscopy, Mercury, Determination, Blood, Urine.

INTRODUCCIÓN

El mercurio es el elemento no radiactivo más tóxico sobre la tierra, famoso por su estado físico ya que es el único elemento metálico líquido a temperatura ambiente. Este elemento y sus compuestos se han empleado en buena parte de la historia humana, sus propiedades físicas y químicas lo convierten en un metal atractivo para aplicaciones científicas e industriales.

Entre los metales pesados el mercurio es considerado el contaminante ambiental más peligroso, no sólo por la gravedad de las enfermedades que causa en los seres humanos sino también por el efecto acumulativo a lo largo de las cadenas tróficas naturales. Se ha comprobado que este metal se absorbe y acumula a través de la cadena alimenticia afectando al hombre, al que ingresa por vía oral y respiratoria.

Elemento que existe ampliamente en la biosfera, conocido por su toxicidad, cuyos efectos han ido en ascenso en los últimos años debido a su extenso uso en industrias, agricultura, reparaciones dentales y sobre todo por la utilización irracional en la minería aurífera en Asia, Africa y en países latinoamericanos como Bolivia, Perú, Colombia, Venezuela y Brazil (Malmet et al, 1997). Sólo en el Amazonas de Brasil se estima que se han liberado alrededor de 2000 toneladas de mercurio durante las últimas dos décadas, de las cuales 45% son descargadas en ríos y 55% en la atmósfera lo que ha generado un profundo impacto ambiental causando daños ecológicos y consecuentemente humanos por exposición ocupacional principalmente por inhalación (Akagi et al, 1995; Malmet et al, 1997; Moretón y Trevor, 1998) lo que lo hace un elemento tóxico de amplio significado ambiental y clínico (Friberg et al, 1986; Tsalev y Zaprianot, 1983). Este elemento existe en forma inorgánica y orgánica (cloruros de metil-, etil-, dietil- y fenilmercurio) las cuales difieren significativamente en sus toxicidades siendo esta última la más perjudicial para el hombre. De allí que, para los últimos años ha sido reconocido que el contenido de mercurio total (HgIn + HgOr) proporciona información insuficiente para evaluar su toxicidad potencial ya que ésta no depende sólo de su concentración sino también de su forma química (Burguera et al, 1999; Bagheri y Gholami, 2001). En la actualidad, el mercurio es usado en una variedad de productos debido principalmente a que es líquido a temperatura y presión ambiental, es un buen conductor eléctrico y es fácilmente volatilizado. Estas características permiten su aplicación en medicina, en equipos electrónicos, en la agricultura, en equipos científicos y en otros productos utilizados por el hombre; no obstante, se sabe que las amalgamas dentales y la dieta constituyen la principal exposición de la población a este elemento siendo los peces y sus productos la principal fuente de metilmercurio (Angerer y Schaller, 1988).

En la literatura existe una variedad de métodos analíticos que han sido utilizados para determinar mercurio que incluyen: espectrometría de absorción atómica con generación de vapor frío (EAA-GVF) (Gallignani et al, 1998; Burguera et al, 1999; Bermejo-Barrera et al, 2001 y Hafez et al, 2001), espectrometría de absorción atómica con atomización electrotérmica (EAA-AE) (Clevenger et al, 1997 y Flores et al, 2001), espectrometría de fluorescencia atómica (EFA) (Clevenger et al, 1997; Shafawi et al, 1999; Amyot et al, 2001; Bagheri y Gholami, 2001 y Ramalhosa et al, 2001) y espectrometría de masa con plasma acoplado inductivamente (EM-PAI) (Allibone et al, 1999; Nixon et al, 1999; Chiou et al, 2001; Seibert et al, 2001 y Ugo et al, 2001) como las más aplicadas en los últimos años. A pesar de que más recientemente han surgido otras metodologías para este propósito (Bin et al, 2001; Bravo-Sánchez et al, 2001; Mondal et al, 2001; Murillo et al, 2001; San Vicente de la Riva et al, 2002 y Wuilloud et al, 2002) la EAA-GVF continua siendo la técnica más popular para la determinación de mercurio (Clevenger et al, 1997; Hill et al, 1998 y Flores et al, 2001) por su sencillez y bajo costo pero con la variante de que estos procedimientos requieren la destrucción de la materia orgánica por digestión húmeda (Adeloju et al, 1994; Landi y Fagioli, 1994) o por altas temperaturas las cuales pueden repercutir en inadecuados valores de recuperación debido a pérdidas del elemento por volatilización a elevadas temperaturas. No obstante, una manera de solventar estos inconvenientes es mediante la incorporación de la etapa de pretratamiento de la muestra en línea (usualmente usando energía de microondas) mediante inyección en flujo (IF) y flujo continuo (FC) acoplado a diferentes técnicas de detección para el análisis en varios tipos de muestras (Welz et al, 1992; Cossa et al, 1995; Bloxham et al, 1996; Murphy et al, 1996; Woller et al, 1997; Gallignani et al, 1998; Bagheri y Gholami, 2001)

La información acerca de la concentración de mercurio en muestras ambientales y biológicas es de gran interés y actualidad ya que desde siempre ha sido conocido como un elemento tóxico que presenta daños asociados con su ingestión e inhalación, además de que es un elemento pesado al cual no se le ha detectado ninguna función vital en organismos vivientes y sus propiedades tóxicas han ido en ascenso en los últimos años debido a sus usos. Una manera de estimar el grado de contaminación mercurial en el sitio de trabajo, en el ambiente, por la utilización de amalgamas dentales y principalmente por la dieta es mediante la determinación del nivel de mercurio en varias matrices biológicas, en particular en sangre y orina (Angerer y Schaller, 1988). Tomando en cuenta la capacidad de la espectroscopía atómica de actuar como detector selectivo y específico para la detección de mercurio y la posibilidad de acoplamiento con flujo continuo y la generación de vapor frío es posible desarrollar un sistema (FC-GVF-EAA) de monitoreo rápido en sangre y orina.

PARTE EXPERIMENTAL

Equipos
Se utilizó un Espectrómetro de Absorción Atómica Perkin Elmer 3100 conectado con un computador personal dtk-TECH-1632 para la operación del software. Para la evaluación de la señal se usó una lámpara de cátodo hueco de mercurio Perkin Elmer junto con una celda de vidrio en forma de T y para la propulsión de los líquidos se empleó una bomba peristáltica Gilson Minipuls-3 de cuatro canales. Además se utilizó una plancha de calentamiento para las digestiones de las muestras.

Procedimiento
El material de vidrio utilizado se dejó durante toda la noche en ácido nítrico al 20% (para evitar posible contaminación) y antes de ser usado se lavó varias veces con agua bidestilada.

Una solución patrón de HgCl2 1000 mg/l fue empleada para preparar diariamente las soluciones estándar de trabajo por apropiada dilución con agua en un rango de concentración de 1 a 6 µg/l.

La solución de NaBH4 al 0,4% se estabilizó con NaOH 0,05% preparándola diariamente. La solución de trabajo de SnCl2 al 20% de preparó disolviendo 20 g en 20 ml de HCl en caliente y llevando la solución a un volumen final de 100 ml.

Para los ensayos preliminares y optimización de los parámetros se utilizó un pool de sangre aportado por un hospital local y para las pruebas “definitivas” muestras de sangre y orina de 75 personas, en su mayoría odontólogos quienes solicitaron los exámenes respectivos. Las muestras de sangre fueron tomadas mediante un vacutainer de la vena del antebrazo de varios individuos por punción, colocadas en tubos de ensayo y en cada caso se le añadió 15 unidades de heparina sódica por ml de sangre para luego ser almacenadas en refrigeración a 4ºC hasta su análisis. En cuanto a las muestras de orina, éstas fueron colectadas por cada individuo en recipientes de polipropileno estériles durante 24 horas e igualmente fueron refrigeradas.

Durante los ensayos preliminares a las muestras, tanto digestadas como no digestadas, se les determinó el contenido de mercurio orgánico, inorgánico y exógeno utilizando dos procedimientos de reducción: uno con NaBH4 y el otro con SnCl2. Asimismo, se realizaron estudios de recuperación utilizando muestras salpicadas con mercurio orgánico e inorgánico hasta finalmente llegar al esquema mostrado en la figura 1, de la configuración del sistema FC-GVF-EAA utilizado para el análisis de sangre y orina.


Figura 1. Esquema del sistema FC-GVF-EAA utilizado. L1: 15 cm; L2: 100 cm

Funcionamiento del Sistema FC-GVF-EAA.
Como ya se mencionó, el diagrama del sistema utilizado para la determinación de mercurio está mostrado en la figura 1. El mismo consta de una bomba peristáltica que mantiene un flujo constante para la solución del reductor (SnCl2 o NaBH4), del antiespumante y de agua bidestilada a manera de establecer la línea base del sistema. Además contiene dos zonas de reacción (L1 y L2), un separador líquido-gas y una celda de absorción alineada en el paso óptico del espectrofotómetro de absorción atómica.

Una vez que la línea base es establecida el canal portador es sacado del recipiente de agua e introducido en las diferentes soluciones estándares (para la construcción de las curvas de calibrado) o en las diferentes muestras. Esta muestra se une con el reductor en el primer reactor L1 donde tiene lugar la reducción del mercurio contenido en la muestra a mercurio elemental (Hg0) el cual es un vapor atómico. Seguidamente este vapor entra en contacto con un flujo de N2, utilizado como gas de arrastre, el cual conduce al Hg0 a través de L2 hacia el separador de fases donde el líquido es separado al desecho y el gas finalmente es conducido a la celda para ser medido y finalmente cada lectura es registrada en el computador.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En primer lugar fueron establecidas las condiciones de trabajo. El espectrómetro de absorción atómica fue fijado a una longitud de onda de 253,7 nm; el ancho de rendija fue establecido a 0,7 nm; la corriente de la lámpara fue de 5 mA sin corrector de fondo a objeto de obtener el máximo de tramitancia, la celda fue alineada vertical y horizontalmente. Además, también fue establecido el flujo de nitrógeno en 0,20 l/min y la bomba peristáltica finalmente fue fijada en un flujo de muestra/ agua de 14 ml/min, el reductor en 6,7 ml/min y el antiespumante en 4,5 ml/min.

Los ensayos preliminares fueron iniciados sin tratamiento previo de las muestras tanto de orina como de sangre completa no obteniéndose resultados satisfactorios debido a la formación de espuma en el separador líquido/gas, lo cual fue una de las principales dificultades presentadas durante este estudio por las características naturales de las muestras en particular para la sangre, lo que originó serios problemas durante la lectura debido a que la celda de absorción se humedecía inmediatamente y además dificulta la liberación de los vapores de Hg en el separador. Por estas razones fue necesario añadir una sustancia antiespumante para tratar de minimizar este inconveniente. Se seleccionó para este estudio un antiespumante comercial (Quideco) preparado a un 5% en agua. Para los siguientes ensayos se decidió prescindir de este tensoactivo realizando una digestión previa de las muestras a base de ácidos fuertes (H2SO4, HNO3 y HCl) y mezclas de ellos. Para este caso se logró recuperar el mercurio inorgánico prácticamente en su totalidad, no siendo así para el mercurio orgánico utilizando tanto el NaBH4 como el SnCl2 como reductores logrando recuperar sólo hasta un máximo de 40%.

En vista de que los mejores resultados, en particular para el mercurio inorgánico, se obtuvieron en los casos en que se empleó la digestión a base de la mezcla H2SO4/HNO3 (1:1 v/v), se fijó este método para realizar las digestiones sucesivas tanto para las muestras de sangre como de orina. Lo similar de los resultados obtenidos utilizando NaBH4 o SnCl2 como reductor condujo a realizar los análisis de servicio utilizando este último a una concentración de 20%, reportando así los resultados como cantidad de mercurio inorgánico.

Caracterización analítica del sistema
Establecido todo lo anterior, se llevó a cabo la caracterización analítica del sistema. Sobre la base de los resultados preliminares se realizaron curvas de calibración entre 0 y 30 µg/l de Hg en las cuales se encontró una zona comprendida entre 0 y 25 µg/l donde existe una relación lineal entre la respuesta instrumental y la concentración de Hg, observándose posteriormente una zona donde la linealidad de la curva disminuye ligeramente con un descenso de su pendiente. Mediante la aplicación del método de los mínimos cuadrados de los datos se determinó que la altura de picos máximas se incrementa linealmente con la concentración de mercurio expresadas por la ecuación: A = 0,0011 + 0,006[Hg] en un intervalo dinámico o lineal de 1,98 a 24,00 µg/l; r = 0,9972 y límite de detección = 1,06 µg/l el cual fue determinado en base a tres veces la desviación estándar del blanco, y precisión entre 3 y 9%.

Para la evaluación de la exactitud del método, se utilizaron muestras de sangre y orina salpicadas con mercurio orgánico e inorgánico, lográndose pobres recuperaciones para las primeras (< 40%), resultado que puede ser debido en gran parte a la mayor volatilidad del mercurio orgánico a bajas temperaturas por lo que resulta en pérdidas durante el proceso de digestión, y para las últimas se obtuvieron recuperaciones casi en su totalidad (94 – 98%) validándose la efectividad del método sólo para mercurio inorgánico.

Con el procedimiento descrito, se determinó el contenido contenido de mercurio en muestras reales de sangre y orina de 75 personas, en su mayoría odontólogos, quienes solicitaron este servicio y cuyo análisis estadístico se realizó mediante el paquete estadístico de computadoras “Statistical Analysis System for Unix”

Los datos evidencian que existe un 95% de confianza de que la media poblacional del contenido de mercurio en sangre está entre 3,2100 y 4,1820 con una media muestral de 3,6960 ± 2,1120 y en orina está entre 2,5411 y 3,6242 µg/l con una media muestral de 3,0827 ± 2,3538 µg/l. Los valores obtenidos están dentro de los valores normales del contenido de mercurio inorgánico para estos fluidos biológicos (Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 5.382, 1999)

CONCLUSIONES

El procedimiento descrito en el presente trabajo es rápido, sencillo y económico para determinar el contenido de mercurio en fluidos biológicos (sangre y orina) mediante generación de vapor frío, utilizando la técnica de flujo continuo para la introducción de la muestra y demás reactivos, y detección por espectroscopía de absorción atómica. Mediante los ensayos preliminares y el análisis de muestras de sangre y orina se encontró que el sistema descrito es bien efectivo y exacto para la determinación de mercurio inorgánico lo que está de acuerdo para poblaciones con poco consumo de pescados y otras comidas marinas que en general son las que aportan el mercurio orgánico a la dieta. Por esta razón el método es totalmente aplicable a localidades poco consumidoras de especies marinas tal como la ciudad de Mérida en la cual la muestra poblacional está compuesta en su mayoría por odontólogos quienes necesitan monitorear los niveles de este elemento por lo que se espera que el mercurio presente en estas muestras sea principalmente inorgánico (Burguera y Burguera, 1993 y Gallignani et al, 1998).

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