1

PARTE EXPERIMENTAL PARA IMPLEMENTACION Y

VALIDACION DEL EQUIPO ESPECTROFOTOMETRO

DMA-80

CAPITULO DOS

DESARROLLO EXPERIMENTAL

2.1. REACTIVOS UTILIZADOS

Los reactivos utilizados para realizar la implementación y la validación

preliminar del equipo DMA-80 son los siguientes:

3.1.1- Agua Desionizada producida por el equipo Desionizador Millipore

Simplicity

3.1.2.- Ácido Nítrico Suprapure, HNO3 5% v/v

En un matraz de 1 Litro, se coloca 50 mL de HNO3 suprapure ® concentrado, y

se afora con 950 mL de Agua Desionizada. Homogenizar.

3.1.3.- Solución Madre de Mercurio 1000 ppm, Merck

2.2 EQUIPOS UTILIZADOS

3.2.1.-Sistema Analizador de Mercurio Espectrofotómetro Absorción Atómica,

Modelo DMA-80, Marca Milestone

3.2.2..- Mufla , Marca Thermo

3.2.3.- Aparato Baño Ultrasonido Marca Elma, ModeloTranssonic 570

2

2.3 TECNICAS UTILIZADAS

2.3.1 Técnica de procedimiento para lavado de cubetas

Las cubetas, son vasijas de metal y cuarzo en el cual se colocan las muestras

para ser analizadas en el equipo DMA-80. Cada vez que se ocupen las

cubetas, estas deben ser lavadas antes de volver a ocuparlas. Este

Procedimiento consiste en:

� Diluir Ácido Nítrico (HNO3) al 5% SUPRAPUR, con agua Desionizada

� En un vaso precipitado colocar las cubetas y agregar el HNO3 5%

Suprapure ®, hasta que las cubetas se encuentren totalmente tapadas y

dejarlas reposar toda la noche

� Posteriormente, el vaso precipitado es colocado en el aparato de baño

ultrasonido durante 60 minutos, si las cubetas fueron contaminadas con

grandes concentraciones de Mercurio, se debe utilizar el HNO3 con

mayor concentración, y realizar dos lavados en baño ultrasonido

� Finalizado el punto anterior, se procede al lavado con agua desionizada,

para eso las cubetas son retiradas del HNO3 y son colocadas en otro

vaso precipitado con agua desionizada y se lleva al aparato de baño

ultrasonido por 10-15 minutos, luego se cambia el agua y dejar por otros

3

10 minutos en el aparato de baño ultrasonido ( Total 2 lavados de 10

minutos c/u)

� Dejar las cubetas en la mufla a 500ºC durante 1 hora

� Luego dejar las cubetas en el equipo DMA-80, en el programa de

limpieza que tiene la siguiente secuencia:

POSICION TIEMPO SEGUNDOS (t) TEMPERATURA ºC(T)

1 60 300

2 120 850

Según el manual del equipo, cuando no existe presencia de mercurio, la altura

es menor a 0,003 unidades de Absorbancia (A) por ende si esta es mayor se

debe repetir la secuencia del punto 6)

2.3.2 Implementación de una Metodología para Determinar Mercurio en Matrices de Agua y Suelos en el Espectrofotómetro Absorción Atómica DMA-80

2.3.2.1 Operación General del Equipo

Una vez encendido el equipo, chequear el flujo de oxígeno que se encuentre a

60 psi, en la pantalla táctil ingresar clave y acceder al programa.

El programa se divide en cuatro pestañas: Métodos, Calibración, Medición y

Sistema.

• Métodos: En esta sección se pude crear o abrir un método. El objetivo

es especificar temperatura de secado, tiempo de secado, temperatura de

4

descomposición, tiempo de descomposición, esta sección controla las

temperaturas y el tiempo del Horno Nº1.

• Calibración: Se puede crear una nueva o abrir una nueva calibración.

Esta es la parte más importante debido que depende de la calibración

escogida, indica la concentración de la muestra que se lea. No es

necesario realizar una calibración nueva cada vez que se lean muestras.

• Muestras: Cada vez que lean muestras, en primer lugar deben abrir un

método, abrir una calibración, luego en pesar las muestras y colocar en

la pantalla táctil el peso de estas, nombre y guardar, chequear flujo de

oxígeno e iniciar. Los resultados los dan en ng de Hg, y al lado aparece

también en ug/kg o mg/kg de mercurio, dependiendo mucho del peso, el

equipo realiza la siguiente conversión:

ug/kg (ppb) = ng Hg /peso de la muestra.

• Sistema:

5

En esta pestaña, puede ser examinado el estado del sistema, una vez

encendido el equipo las funciones comienzan a activarse, la lámpara de Hg del

espectrofotómetro es enciende, el oxigeno fluye a través del sistema, el horno

catalizador, amalgamador y celdas calentadoras son encendidas. Tan pronto

como comienza a operar. Una vez que las temperaturas son alcanzadas, el

botón de encendido se vuelve activo. La barra azul del gráfico muestra el

tiempo real de intensidad de la lámpara de Hg pasando a través del bloqueo de

cubetas. Antes de cualquier medida, el rango máximo es recalibrado. El

obturador se cierra para detectar 0% de transmisiones de luz, entonces el

obturador se abre para detectar 100% de transmisión de luz. Esto es realizado

para cada medición, antes de que el Hg sea liberado del amalgamador. La

flecha azul indica el nivel mínimo de energía aceptado.

A) Lectura de Muestras

A1) Matrices de Aguas

Para las matrices de aguas, como agua potable, agua de riego, agua mineral,

se debe realizar el siguiente procedimiento:

• En el programa del equipo, seleccionar el método que tenga la siguiente

secuencia

SECUENCIA TIEMPO SEGUNDOS

(t)

TEMPERATURA ºC (T)

1 60 300

2 180 850

6

• Se debe colocar la muestra en cubetas de cuarzo

• La cantidad de muestra debe ser de 0,1 a 0,2 mL (100-200 µL)

• Homogenizar bien las muestras.

• Elegir una calibración que se encuentra en la base de datos del equipo

posea un r2 sea sobre 0,9 y que los puntos de la calibración abarque 0,

0.025, 0.05, 0.1, 0.15, 0.20 ng Hg, que son equivales a 0, 0.25, 0.5, 1,

1.5 y 2 ug/kg (ppb) de mercurio, debido que las muestras de aguas no

deben superar los 1 ppb, según Norma Chilena NCh 409, y esa

calibración cumple la proporción 1:2:4:6 quedando la concentración de

máximo permisible en el medio.

• Leer las muestras en duplicados.

• Siempre utilizar controles de concentración conocida para comprobar

que la lectura es correcta, los controles pueden ser blancos, 1 y/o 2

ug/kg de Mercurio, diluido en HNO3 5% Suprapure ®

• Una vez que la muestras se hayan leídos, en la pantalla táctil indica la

cantidad de mercurio de estas en ng de Hg y en ug/kg o mg/kg.

• Cuando las muestras se encuentre fuera del rango, es decir supere los 8

ug/kg, se debe escoger otra calibración con mayor concentración y leer

de nuevo.

• NOTA: Para evitar la evaporación de las muestras, colocarlas minutos

antes en el equipo DMA-80

7

A2) Matrices de Suelos

Para las matrices de suelos, se debe realizar el siguiente procedimiento:

• En el programa del equipo, seleccionar el método que tenga la siguiente

secuencia

SECUENCIA TIEMPO SEGUNDOS (t) TEMPERATURA ºC (T)

1 10 160

2 180 850

• Se debe colocar la muestra en cubetas metálicas

• Las muestras de suelo que llegan al laboratorio, se deben moler en un

mortero, tamizar las muestras en tamiz de 2 mm, homogenizar y cuartear

• Leer las muestras en duplicado

• Elegir un calibración que se encuentra en la base de datos del equipo

posea un r2 sea sobre 0,9 y los puntos de la calibración abarque 0 a 100

ng Hg, que son equivales a 0 a 1.000 ug/kg (ppb) de mercurio, debido

que las muestras de suelos tienen un rango de 300 ug/kg, según

literatura Heavy Metals in Soils, by B.J. Alloway, antes de elegir esta

calibración se debe estudiar el tipo de muestra, si se sospecha tiene

grandes cantidades de mercurio, como por ejemplo si provienen de

volcanes, de minas, etc, para evitar una contaminación del equipo debido

que tiene efecto memoria se puede realizar lo siguiente:

8

� Pesar menos cantidad de la muestra (>0,1 gr), entre menos

cantidad, el equipo lee menos ng Hg, con la formula ug/Kg = ng Hg /

peso muestra, por ende se satura menos

� La otra opción, es diluir la muestra 10% o más m/m con sílica gel,

debido que está libre de interferentes, y se puede colocar una

concentración aproximada de 0,1 gr.

� Para ambos casos, recordar colocar el peso exacto antes de que

comience el programa.

• Una vez que la muestras se hayan leído, la pantalla táctil indica la

cantidad de mercurio leido en ng de Hg y en ug/kg o mg/kg.

• Cuando las muestras se encuentren fuera del rango, es decir supere los

1000 ug/kg, ó 1 mg/kg, se debe escoger otra calibración o elegir las

opciones mencionadas anteriormente (pesar menos cantidad de muestra

y/o diluir la muestra con sílica gel) y leer de nuevo

• Siempre colocar controles de concentración conocida para rectificar que

la lectura es correcta, los controles pueden ser blancos, 10 y/o 20 ug/kg

de Mercurio, diluido en HNO3 5% SUPRAPUR, evitar una mayor

concentración de los controles para no saturar el equipo.

9

2.4 METODOS UTILIZADOS

2.4.1 SELECTIVIDAD

Blanco Reactivo: se procede determinar la presencia de mercurio presente

como trazas en el ácido nítrico, para análisis (p.a) y suprapure ®, se diluye al

2%, 5% y 10% v/v aforando con agua desionizada, y se lee su absorbancia con

una repetibilidad de 6 veces cada uno.

Blanco Matriz: se procede determinar la presencia de mercurio presente como

trazas en la matriz de estudio (agua potable), se diluye el ácido nítrico al 2%

p.a y suprapure ®, 5% y 10% v/v aforando con agua potable, y se lee su

absorbancia con una repetibilidad de 6 veces cada uno.

2.4.2 LINEALIDAD

Con el fin de determinar el rango lineal se realizó un gráfico de concentración

versus respuesta.

Para la de matriz de suelo, se analizaron 12 puntos en la curvas, 11 soluciones

estándares, y un blanco reactivo HNO3 5% v/v Suprapure ®, los puntos

escogidos para esta curva, se argumentan por literatura Heavy Metals in Soils,

by B.J. Alloway indicando que los suelos tienen una concentración promedio a

los 30 ug/Kg mercurio.

44

10

Para la matriz de agua, se analizaron 11 puntos en la curva, 10 soluciones

estándares, y un blanco reactivo HNO3 5% v/v Suprapure ®, los puntos

escogidos en esta ocasión se basa en normativas, la principal de ellas es la

Norma Chilena NCh 409 indicando que el limite máximo permisible es de un 1

ug/Kg de mercurio.

2.4.3 VERACIDAD

Se determinó el grado de coincidencia existente entre el valor medio obtenido

de una gran serie de resultados y un estándar de referencia.

La exactitud se determinó a través del sesgo y error relativo:

Donde el sesgo (S), es la diferencia en valor absoluto entre un valor conocido y

la media del valor obtenida

Sesgo: S = X - xa

Error relativo: E%= (S*100)/X

X= lectura obtenida o valor promedio de las lecturas obtenidas

xa = Valor asignado, valor esperado

Para evaluar el sesgo, se realiza la prueba t, en la cual el tobs < ttabla

tobs = [Xa – X]

DS x √n

tobs = t observado o calculado

Xa = Valor esperado

X = Promedio de valores leídos u observados en concetración

DS = Desviación Estándar

n= número de lecturas

11

2.4.4 PRECISIÓN

La precisión se estableció en la repetibilidad y reproducibilidad, es la condición

donde los resultados de análisis se obtiene con el mismo método, en el mismo

laboratorio por el mismo operador utilizando el mismo equipamiento dentro de

intervalos cortos de tiempo.

La repetibilidad se determinó registrando 6 mediciones bajo las mismas

condiciones de un analito de concentración conocida

Desviación Estándar: SD=√ [∑ (xi-X)2 )/ n-1]

Coeficiente de Variación: %CV= SD x 100

X

xi = valor de una lectura

X= promedio de la totalidad de las lecturas

n = numero de las lecturas

El criterio de aceptabilidad de la reproducibilidad se establece por Horwitz

CVh% = 2(1-0.5)log C

C = valor nominal del analito expresado en potencia de 10.

En este sentido se establece para la repetibilidad el CVr % < CVh%/2

Para la repoducibilidad CVR % < 2CVh%/3

Ver Anexo Nº 1: Tabla de la distribución t- Student

Tabla y Graficos de Horwit

12

CAPITULO TRES

RESULTADOS VALIDACION PRELIMINAR

3. TABLAS Y ESPECTROS OBTENIDOS

3.1 SELECTIVIDAD

Tabla Nº 6:

Número de Lectura del Blanco Reactivo HNO3 p.a y suprapure ®, y su

Absorbancia

ABSORBANCIA BLANCO REACTIVO

n HNO3 2%

p.a

HNO3 2%

supr

HNO3 5%

p.a

HNO3 5%

supr

HNO3

10% p.a

HNO3

10% supr

1 0,0054 0,0019 0,0092 0,0018 0,0296 0,0018

2 0,0044 0,002 0,0086 0,0017 0,0231 0,0018

3 0,0043 0,0023 0,0079 0,0017 0,0233 0,0022

4 0,0048 0,0018 0,0092 0,002 0,029 0,0023

5 0,0049 0,002 0,0092 0,002 0,0294 0,002

6 0,0059 0,0018 0,009 0,0017 0,0269 0,0024

13

Grafico Nº 1 :

Absorbancia Blanco Reactivo

RESULTADOS ABSORBANCIA

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,035

0 2 4 6 8

REPETIBILIDAD

AB

SO

RB

AN

CIA HNO3 2% SUPRA

HNO3 5% SUPRA

HNO3 10% SUPRA

HNO3 2% p.a

HNO3 5% p.a

HNO3 10% p.a

Tabla Nº 7: Número de Lectura del Blanco Matriz (agua potable) acidificado con

HNO3 p.a y suprapure ®, y su Absorbancia

ABSORBANCIA BLANCO MATRIZ

n HNO3 2%

p.a

HNO3 2%

supr

HNO3 5%

p.a

HNO3 5%

supr

HNO3

10% p.a

HNO3

10% supr

1 0,0026 0,0012 0,003 0,0017 0,0038 0,0018

2 0,0025 0,0014 0,0034 0,0015 0,0028 0,0023

3 0,002 0,0014 0,0033 0,0017 0,0034 0,0018

4 0,0022 0,0014 0,0028 0,0017 0,0036 0,0022

5 0,0025 0,0014 0,0031 0,0017 0,0028 0,0019

6 0,0027 0,0015 0,0028 0,0017 0,0033 0,0025

14

Grafico Nº2:

Absorbancia Blanco Matriz del Agua Potable

Resultado Absorbancia Agua Potable

0

0,00050,001

0,00150,002

0,0025

0,0030,0035

0,004

0 2 4 6 8

Repetibilidad

Ab

sorb

anci

a

Agua Potable HNO32% p.a

Agua Potable HNO35% p.a

Agua PotableAguaPotable HNO3 10% p.a

Agua Potable HNO32%suprapure

Agua Potable HNO35% suprapure

Agua Potable HNO310% suprapure

Grafico Nº3 : Absorbancia con Blanco reactivo y Blanco Matriz

15

3.2 LINEALIDAD

3.2.1 LINEALIDAD PARA MATRIZ DE SUELOS

Tabla Nº8:

Curva de trabajo para la Determinación de Mercurio en Suelo, en Celda Larga

ng de Hg Día 1 Día 2 Día 3 Día 4 Promedio

Días

0 0,0015 0,0045 0,003 0,0031 0,003025

5 0,2264 0,2242 0,198 0,2205 0,217275

10 0,3641 0,3748 0,3701 0,3519 0,365225

15 0,5548 0,5692 0,5372 0,5456 0,5517

20 0,6837 0,6864 0,6763 0,7383 0,696175

25 0,8474 0,8413 0,8132 0,8653 0,8418

30 0,9532 0,8984 0,9168 0,9961 0,941125

35 0,9826 0,9594 0,9726 0,9918 0,9766

40 1,037 1,02 0,9934 1,0819 1,033075

50 1,1349 1,1221 1,0811 1,1381 1,12875

75 1,18715 1,2117 1,1562 1,158 1,1772

100 1,2472 1,3045 1,2257 1,177 1,22875

16

Gráfico Nº 4:

Curva de trabajo de los 4 días más los promedios de estos, en Celda Larga

CURVA DE TRABAJO CELDA LARGA

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 20 40 60 80 100 120

Concentración ng Hg

Ab

sorb

anci

a

DIA 1

DIA 2

DIA 3

DIA 4

PROMEDIO

Grafico Nº 5:

Rango Lineal de los 4 días, más el promedio en la Celda Larga

RANGO LINEAL DE 4 DIAS EN CELDA LARGA

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 5 10 15 20 25 30

CONCENTRACION ng Hg

AB

SO

RB

AN

CIA DIA 1

DIA 2

DIA 3

DIA 4

PROMEDIO DIAS

17

Tabla Nº 9: Resultados para la curva de trabajo, para Celda Larga

M Lo R R2

Día Nº 1 0,0331 0,0326 0,99719607 0,9944

Día Nº 2 0,0329 0,0383 0,99629313 0,9926

Día Nº 3 0,0323 0,0292 0,99764723 0,9953

Día Nº 4 0,0346 0,0214 0,99774746 0,9955

Promedios

Días

0,033225

0,030375

0,99722097

0,99445

Tabla 10:

Curva de trabajo para la Determinación de Mercurio en Suelo, en Celda Corta

ng de Hg Día 1 Día 2 Día 3 Día 4 Promedio

Días

0 0 0 0 0 0

5 0,003 0,0029 0,0021 0,0027 0,002675

10 0,0058 0,0059 0,0057 0,0061 0,005875

15 0,0084 0,0084 0,0083 0,0084 0,008375

20 0,0122 0,0116 0,0109 0,0134 0,012025

25 0,0183 0,0181 0,0178 0,0197 0,018475

30 0,0227 0,02 0,0214 0,0246 0,022175

35 0,0267 0,0245 0,0255 0,0279 0,02615

40 0,0293 0,0289 0,0308 0,031 0,03

50 0,0372 0,0379 0,0398 0,0405 0,03885

75 0,059 0,05835 0,0596 0,0611 0,0595125

100 0,0816 0,0818 0,0814 0,0817 0,081625

18

Gráfico 6 :

Curva de trabajo de los 4 días más los promedios de estos, en Celda Corta

CURVA DE TRABAJO EN CELDA CORTA

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0 20 40 60 80 100 120

CONCENTRACION ng Hg

AB

SO

RB

AN

CIA DIA 1

DIA 2

DIA 3

DIA 4

PROMEDIO

Grafico Nº 7: Rango Lineal de los 4 días, más el promedio en la Celda Corta

RANGO LINEAL DE 4 DIAS CELDA CORTA

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0 20 40 60 80 100 120

CONCENTRACION ng Hg

AB

SO

RB

AN

CIA DIA 1

DIA 2

DIA 3

DIA 4

PROMEDIO DIAS

19

Tabla Nº 11: Resultados para la curva de trabajo, para Celda Corta

M Lo R R2

Día Nº 1 0,0008 -0,0033 0,99904955 0,9981

Día Nº 2 0,0009 -0,0051 0,99914964 0,9983

Día Nº 3 0,0008 -0,0036 0,99969995 0,9994

Día Nº 4 0,0008 -0,0011 0,99969995 0,9994

Promedios Días 0,000825

-0,003275 0,999399774 0,9988

3.2.1 LINEALIDAD PARA MATRIZ DE AGUAS

Tabla Nº 12:

Curva de trabajo para la Determinación de Mercurio en Aguas

ng Hg D I A 1 D I A 2 D I A 3 D I A 4 PROMEDIO 0 0,0034 0,0032 0,0029 0,0028 0,003075

0,01 0,0032 0,0031 0,0032 0,0032 0,003175

0,02 0,0032 0,0033 0,0031 0,0032 0,0032

0,025 0,0045 0,0049 0,004 0,0032 0,00415

0,05 0,0055 0,0061 0,0048 0,0049 0,005325

0,1 0,0071 0,0086 0,0069 0,0076 0,00755

0,15 0,0101 0,012 0,0081 0,0104 0,01015

0,2 0,0123 0,014 0,0106 0,0131 0,0125

0,4 0,0213 0,025 0,02108 0,0231 0,02262

0,8 0,0414 0,045 0,04328 0,0432 0,04322

20

Gráfico Nº 8 :

Curva de trabajo de los 4 días más los promedios de estos

CURVA DE TRABAJO DE LOS 4 DIAS

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,035

0,04

0,045

0,05

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

CONCENTRACION ng Hg

AB

SO

RB

AN

CIA DIA 1

DIA 2

DIA 3

DIA 4

PROMEDIO DIAS

Grafico Nº 9: Rango Lineal de los 4 días más el promedio

RANGO LINEAL 4 DIAS

0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

0,014

0,016

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

CONCENTRACION ng Hg

AB

SO

RB

AN

CIA DIA 1

DIA 2

DIA 3

DIA 4

PROMEDIO DIAS

55

21

Tabla Nº 13: Resultados para la curva de trabajo matrices de agua

M Lo R R2

Día Nº 1 0,0444 0,0033 0,996143 0,9923

Día Nº 2 0,0545 0,0034 0,997798 0,9956

Día Nº 3 0,0371 0,003 0,996393 0,9928

Día Nº 4 0,0547 0,0021 0,99905 0,9981

Promedio

s Días 0,047675 0,00295 0,997346 0,9947

22

3.3 VERACIDAD

Tabla Nº 14:

Cálculo de Veracidad al analito de Mercurio en concentración de 20 ug/kg,

Absorbancia

Concentración

ug/kg Sesgo

Error

relativo

1 0,0942 19,21 0,79 4,11

2 0,1005 21,12 1,12 5,30

3 0,0969 20,03 0,03 0,15

4 0,0992 20,7 0,7 3,38

5 0,1038 22,1 2,1 9,5

6 0,0973 20,15 0,15 0,74

Promedio 20,6 0,8 3,86

Desv. Est 0,9976 0,75

CV% Repetib 4,854 92,09

t calculado 0,343

t teórico

95%, 2 colas, n=5 2,015

Criterio de

aceptabilidad

tcalc <t teórico

Se

acepta

23

Tabla Nº 15:

Cálculo de Veracidad al analito de Mercurio en concentración de 150 ug/kg

Absorbancia

Concentración

ug/kg

calculo

sesgo error relativo

1 0,5278 149,7 0,3 0,20

2 0,5364 152,3 2,3 1,51

3 0,5321 151 1 0,66

4 0,5311 150,7 0,7 0,46

5 0,5297 150,3 0,3 0,20

6 0,5284 149,9 0,1 0,07

Promedio 150,65 0,65 0,43

Desv. Est 0,94 0,75

CV% Repetib 0,63 103,539

t calculado 0,394

t teórico

95%, 2 colas, n=5 2,015

Criterio de

aceptabilidad

tcalc < t teórico Se acepta

24

3.4 PRECISION

Tabla Nº 16: Calculo de repetibilidad y reproducibilidad de una concentración de 3 ug/kg

Concentración Día 1

Ug/kg

Concentración Día 2

ug/kg

2,12 2,03

1,96 2,16

2,54 2,75

2,76 2,45

3,01 2,58

2,57 2,69

2,68 2,15

2,47 2,01

2,51 1,78

2,58 2,13

Promedio 2,5 2,273

SD 0,30 0,32

CV% Repetibilidad 11,88 14,27

Promedio Día 1 y 2 2,4

SD 0,33

CV% Reproducibilidad 13,73

25

Tabla Nº 17: Criterio aceptabilidad de la precisión

CVh% = 2 (1-0.5*log C) 39,42

CVh % repetibilidad

(CVh%r) 19,71

CVh % reproducibilidad

(CVh%R) 26,28

Criterio aceptabilidad

CV%rep < CVh%

r si

CV%reprod<

CVh% R si

26

CAPITULO CUATRO

ANALISIS DE COSTOS

4.1 Estudio de Costo y Tiempo del Equipo Analizador Directo de Mercurio por Milestone

El DMA-80 descompone térmicamente la muestra y determina la cantidad total

de mercurio en menos de cinco minutos.

Con los métodos tradicionales para la detección mercurio, demora tan solo un

par de minutos, pero lo que más demora es el proceso para la preparación de

las muestras, que involucra un alto costo de mano de obra, reactivos, tiempo y

desechos peligrosos, este largo tratamiento de muestras también aumenta la

probabilidad de contaminación de la muestra y error humano. Para el caso de

las muestras de suelos deben ser digeridas, según EPA 3052, que trata de la

digestión en microondas requiere unos 20 a 30 minutos, en EPA 3050B que la

digestión es en placa caliente requiere cerca de 4 horas.

Una vez que las muestras se hayan digerido, debe ser tratadas con diversos

reactivos, estos productos en su mayoría son muy costosos, que podrán

demorarse cerca de una hora más, por ende la preparación de las muestras

total pueden demorarse entre 1 hora con 30 minutos hasta 5 horas

aproximadamente sin tomar en cuenta de la limpieza de los recipientes donde

se realiza la reacción, que puede tomar más de una hora, y además con estos

procedimientos se debe eliminar posteriormente residuos peligrosos. El calculo

de tiempo y costo según Instructivo del Instituto Salud Pública se detalla en 4.2

27

EL equipo DMA-80 lo hace todo en 5 minutos. Las materias primas de la

muestra se introduce en la celda y 5 minutos después, el resultado se muestra

en el software de acceso directo de memoria, y la celda muestra está lista para

ser reutilizado, siempre y cuando la muestra anterior tenga una concentración

inferior a 0,1 ppm, en caso contrario se debe realizar una limpieza

estandarizada que realicé para el Instituto Salud Pública, se detalla

procedimiento de limpieza de cubetas en capitulo dos.

Según el calculo realizado por Milestone, realizando una comparativa entre EPA

7473, que es la validación realizada por la EPA para el equipo DMA-80 y EPA

747B que esta relacionado con Vapor Frío, se dice que el ahorro de costos

totales entre DMA-80 y métodos tradicionales es de aproximadamente

US$1.500 por 250 muestras, lo que significa que el instrumento paga por sí

mismo después de aproximadamente 5.000 muestras.

Tabla Nº 18: Costo de procedimiento para 250 muestras, realizado por Empresa Milestone

Costo

Laboral

Costo Reactivos/

por muestra

Tiempo Total de Análisis

CostoTotal

EPA 7473 (DMA-80)

US$646.33 US$0.26 32 h 20 min. US$712.07

EPA 7471B (VaporFrío)

US$1,034.87 US$4.60 51 h 45 min. US$2,183.67

28

4.2 Cálculo de Costo para Determinación de Mercurio en el Instituto Salud Pública

Para determinar Mercurio en Matrices de Aguas y Suelos, el Instituto Salud

Pública, tiene como procedimiento aprobado usando el equipo

Espectrofotómetro Absorción Atómica Generación de Hidruros, con la llegada

del Equipo Espectrofotómetro Absorción Atómica Sistema Analizador de

Mercurio, se espera que este último disponga de una lectura rápida y confiable

para las matrices ambientales.

Se realiza un análisis de tiempo y costo para ambos equipos, como se detalla a

continuación:

Tabla Nº 19: Cálculo de tiempos para el equipo EEA generación de Hidruros

Análisis de tiempo para 10

muestras

de suelos

ACTIVIDAD EQUIPO/ OTRO

TIEMPO ESTIMADO HORAS

OBSERVACIÓN

Proceso de Mezclado Mortero/tamiz

ador

3 horas

Proceso de Secado Estufa /

Desecador

2 horas

Proceso de Digestión Reactivos,

Balanza,

Baño

termorregulad

or

3 horas

63

29

Diluciones Reactivos 1 hora

SUBTOTAL 1 9 horas 1º Día Laboral

ACTIVIDAD EQUIPO/OTRO

TIEMPO ESTIMADO HORAS

Reposo toda la noche 8 horas

Preparación Muestras para lectura EAA Gen Hidruros

Reactivos/

papel filtro

1 hora

Calibración equipo/ Lectura de muestras

EAA

Generación

Hidruros

1 hora

SUBTOTOTAL 2 2 hora 30 min 2º Dia Laboral

Sin Contar

Tiempo

de reposo Toda la

noche

En un mes se pueden analizar 160 muestras de suelos aproximadamente

30

Tabla Nº 20: Cálculo de tiempos para el equipo EEA Sistema Analizador de

Mercurio, DMA-80

Análisis de Tiempo para 40 muestras de agua o suelos

ACTIVIDAD EQUIPO/ OTRO TIEMPO ESTIMADO HORAS

OBSERVACIÓN

Limpieza cubetas Ultrasonido,

Mufla, DMA-80

4 hotas

Preparación

muestras y

equipo

Mortero,

Homegenizar,

pesar, DMA-80

6 horas Mientras se limpian

cubetas se optimiza

el tiempo para

preparar las muestras

En un día se pueden leer 40 muestras

Se estima en una

semana 160

muestras.

Por ende un mes 640

muestras optimizando

al máximo el tiempo y

trabajo

31

Tabla Nº 21: Cálculo de Costos para 160 muestras en el EEA generación de

Hidruros (equivalente a un mes de trabajo)

DETALLE

PRECIO $

CLP

Espectrofotómetro de Absorción

Atómica THERMO ELECTRON,

modelo ICE 3300 9.002.520

Sistema generador de hidruros

modelo VP100 4.159.050

Sistema de calefacción eléctrica

modelo EC90 para celda de

cuarzo 2.930.460

Lámpara de catado hueco para

Hg 175.440

Celda de Absorción para Hg 95.370

Extractor de gases 446.500

Compresor + filtro 375.360

TOTAL 1: Equipo EAA para

determinación de Hg 17.184.700

Precios sin

iva, sin flete,

sin aduana

Mortero 29.042

Tamiz 29.657

66

32

Estufa 323.340

Desecador 38.293

Matraz Erlenmeyer -10 33.110

Baño termorregulado 269.875

Papel

Filtro 9780

Balanza Analítica 652.714

TOTAL 2: Materiales y otros

equipos 1.385.811

Ácido Nítrico p.a 34.161

Ácido Sulfúrico p.a 9.352

Permanganato de

Potasio 13.857

Cloruro de

Hidroxilamonio 11.310

Solución madre de mercuri 1000

ppm 21.189

TOTAL 3: Reactivos necesarios

para determinar Hg a 160

muestras de matrices de suelos

equivalente a un mes de trabajo 89.869

33

Tabla 22: Cálculo de Costos para 160 muestras en el EEA Sistema Analizador

de Mercurio, DMA-80 (equivalente a una semana de trabajo)

DETALLE

PRECIO

CLP

Sistema analizador de mercurio

MILESTONE (ITALIA) modelo

DMA 80 18.819.970

Software manejo de datos para

DMA 80 441.620

Set 40 cubetas

metálicas 113.600

Set 10 cubetas

cuarzo 411.090

TOTAL 1: Equipo EAA para

determinación de Hg 19.786.280

Valores sin

iva, sin

flete, sin

aduana

Mortero 29.042

Tamiz 29.657

baño ultrasonido 164.465

mufla 393.907

Papel

Filtro 9780

34

Balanza Analítica 652.714

Matraz de aforo 10

mL 15.980

Matraz de aforo 100

mL 1.775

TOTAL 2: Materiales y otros

equipos 1.238.621

Ácido Nítrico

suprapure 10.697

Solución madre de mercurio

1000 ppm 2118,9

TOTAL 3: Reactivos

necesarios para determ Hg a

160 muestras equivalente a

una semana de trabajo 12.816

equivalente a un mes de trabajo

640 muestras 51263,6

35

CAPITULO VI

DISCUSIONES

1. Una de las problemáticas para implementar el método por el Equipo

DMA-80, fue principalmente encontrar un procedimiento correcto y

seguro del lavado de cubetas, que se analiza la cubeta sola sin

muestras, ya que la absorbancia no debe superar las 0,003 unidades

(según manual DMA-80). Las primera pruebas fallidas en el equipo

fueron:

• Dejar reposar con HNO3 5% p.a, toda la noche, luego

enjuagar con agua desionizada, dejar en mufla a 500 ºC y los resultados

no eran satisfactorios.

• Otra prueba fue colocar las cubetas en HNO3 5% para

análisis (p.a), y dejarlas bajo supervisión en una placa calefactora a 80-

90ºC, luego enjuagar con agua desionizada, dejar en la mufla a 500ºC y

nuevamente los resultados no eran satisfactorio

• Luego se realizo ambas pruebas nuevamente, cambiando

la concentración del ácido, aumentando la temperatura en la mufla,

aumentando el tiempo de reposo (en vez de una noche, se prolongó a un

día completo) y aumentando el tiempo en la placa calefactora y aun así

los resultados no eran satisfactorios.

36

• Se probó cambiando la calidad del Ácido Nítrico de para

análisis (p.a) a Ácido Nítrico Suprapure ®, realizandos las mismas

pruebas anteriores y los resultados mejoraron notablemente.

• Luego se probó con el baño ultrasonido, en vez de usar

placa calefactora, determinando asì un método satisfactorio para lavado

de cubetas, que se detalla en Capitulo 2 pagina xxx, anteriormente los

valores se encontraban cerca del 0,02 unidades de absorbancia, con el

nuevo procedimiento dan muy cerca del blanco 0,003 unidades de

absorbancia.

2. Otro inconveniente que tuvo el equipo, durante su uso, fue que el

amalgamador se saturó por uso, cuando el amalgamador se satura no

hay una lectura óptima, el equipo estuvo detenido por un tiempo

esperando que fuese cambiado un repuesto. Otro repuesto que falló

durante su uso fue el filamento de resistencia para el horno de secado y

descomposición, donde su temperatura alcanza los 850ºC, cuando este

filamento se deterioro su temperatura no sobrepasaba los 100ºC, al no

cumplir con las temperaturas deseadas las muestras no se secan ni se

descomponen para liberar el mercurio de la matriz.

3. Debido al último desperfecto del equipo, por asuntos de tiempo, solo se

logró realizar una validación preliminar, quedando pendiente la validación

final para el Equipo DMA-80.

• Selectividad: Se obtuvo datos del blanco reactivo y blanco matriz

en agua potable, quedando pendiente blanco matriz en agua de

37

riego y agua mineral, también quedó pendiente las muestras o

estándares de concentración conocida en HNO3 p.a y suprapure al

2.0, 5.0 y 10.0 % v/v

• Veracidad: Se logro realizar el sesgo, quedando pendiente la

recuperación.

4. Para realizar la validación del equipo, se ocupó Mercurio-Solución patrón

trazable a SRM de NIST Hg(NO3)2 en HNO3 2 mol/l 1000 mg/l Hg

CertiPUR ®, con este patrón se realizaron las disoluciones para efectuar

la curva de trabajo, veracidad y precisión. El propósito era ocupar un

estándar de referencia certificado de suelo, a falta de este, se utilizó

sílica gel para corroborar que no tiene presencia de mercurio.

5. En el anexo Nº4, se incorporan resultados de una validación realizada

por la EPA 7473 (Agencia Protección Medio Ambiental EE.UU), por faltas

de normativas de suelos en Chile, la validación EPA 7473, sirve como

referencia y comparación de resultados.

6. Para corroborar que el Ácido Nítrico suprapure® se encuentra exento de

mercurio, se analiza la selectividad comparando con el Ácido Nítrico p.a,

a diferentes concentraciones al 2,0 , 5,0 y 10,0 % v/v , debido que según

el manual del Equipo DMA-80 la concentración máxima del ácido debe

ser menor o igual de 10% v/v, porque si fuese de mayo concentración el

equipo se podría deteriorar.

38

7. Para el cálculo de costos, se realiza un análisis de tiempo, calculando

una estimación de la cantidad de muestras que se pueden leer como

máximo en cada equipo. Para el equipo EAA Generación de Hidruros se

pueden leer cerca de 160 muestras mensuales, la misma cantidad de

muestras en el DMA-80 se pueden leer en una semana. Al ser un cálculo

ideal, se ignoran las problemáticas que podrían tener, leyendo así menos

muestras. Los inconvenientes que podrían tener el DMA-80 serían:

• Prolongar el tiempo de lavado de las cubetas, debido que estas

deben estar exentas de mercurio.

• El no homogenizar bien las muestras, presentaría una gran

desviación en los duplicados.

39

CAPITULO VII

CONCLUSIONES

1. Selectividad Blanco reactivo: con los análisis realizados se concluye que

el Ácido Nítrico Suprapure ® es el reactivo con más trazas de Mercurio

en comparación con el Ácido Nítrico para análisis (p.a). La concentración

del HNO3 2% v/v Suprapure ® da una absorbancia muy similar a la del

HNO3 5% v/v Suprapure ®, siendo este último más constante, por ende

se procede a trabajar con HNO3 5% v/v Suprapure ®.

2. Selectividad Blanco Matriz: no existe gran diferencia de resultados entre

el agua potable acidulado con Ácido Nítrico Suprapure ® y Ácido Nítrico

para análisis, debido que el agua potable al tener trazas de minerales,

iones entre otros, provocaría como interferencia en las trazas de

mercurio contenido en los ácidos, aún así el Ácido Nítrico Suprapure ®

da una absorbancia menor que con el Ácido Nítrico para análisis.

3. Linealidad: En general el criterio de aceptación que se utiliza para la

linealidad son: Coeficiente de correlación (γ o r): r > 0.9, Coeficiente de

correlación al cuadrado r2 > 099. Entonces se puede decir que la

linealidad si se cumple en el método ya que tanto el r y r2 están con el

requisito para ambas matrices.

4. Veracidad: Se cumple el criterio de aceptación para el sesgo siendo este

tcalc < t teórico, siendo 0,384< 2,015.

40

5. Precisión: Se cumple el criterio de aceptación para la repetibilidad y

reproducibilidad, tal que CV%rep (11,88) < CVh% r (19,71) y

CV%reprod(13,73)< CVh% R.(26,28).

6. Según la validación preliminar realizada para el equipo DMA-80, por el

momento cumple con los requisitos para una lectura rápida y confiable

en las matrices de agua y suelos.

7. Los análisis realizados a las muestras de agua potable, obtuvieron una

concentración de 0 ug/L de mercurio, cumpliendo con la Normativa

Chilena NCh 409/1-2005

8. Los análisis realizados a la sílica gel demostraron que tuvieron una

pequeña concentración de mercurio que es inferior a 0,5 ug/L, pero se

desprecia su valor debido que el propósito para su utilización es la

dilución de muestras de suelos con concentraciones superiores a 5 mg/L.

9. Los análisis de una muestra de suelo de arica Nº 127, dieron sus

resultados satisfactorios debido que su coeficiente de variación es de

7,49%, teniendo un criterio de aceptación menor al 15%.

10. Comparando los resultados de la validación EPA 7473 y la validación

realizada en el Instituto Salud Pública, se observa que la calibración dan

resultados similares, y los resultados obtenidos en el DMA-80 en los

materiales de referencia son más exactos y más precisos que los

obtenidos con el método tradicional de digestión de muestras.

41

11. Además se concluye que el equipo El DMA-80 no utiliza productos

químicos caros, no genera residuos peligrosos que deben ser

eliminados.

12. El equipo DMA-80 se puede transportar a terreno, ya que solo necesita

el un balón de oxigeno, no necesita campanas como otros equipos, ya

que tiene incorporada una trampa de mercurio, es ideal para lugares que

necesitan resultados inmediatos, se puede ver como proyección para el

Instituto Salud Pública, cuando haya emergencias como fue en el casos

anteriores de Chaitén, Arica y actualmente en las zonas de catástrofes

post terremoto.

13. Finalizando, se concluye que el procedimiento para el equipo DMA-80,

puede llegar a leer 4 veces más cantidad de muestras que el EAA

generación de Hidruros, economizando gran cantidad de tiempo y dinero

42

CAPITULO VIII

ANEXOS

ANEXO Nº1:

Figura Nº 4: Tabla de la distribución t-Student

43

Figura Nº 5: Tabla y Gráfico de Horwitz

44

8.2 ANEXO Nº 2 FIGURAS EQUIPOS UTILIZADOS

Figura Nº 6: Equipo Desionizador Millipore Simplicity

Figura Nº 7: Mufla, Marca Thermo

Figura Nº 8: Baño Ultrasonido: Elma Transsonic 570

45

8.3 ANEXO Nº3: Resultados de Muestras de Suelos y Aguas

Tabla Nº 23: Análisis de Agua Potable: Red Municipal ISP

n Absorbancia ng Hg ug/L

1 0,0021 0,0 0,0

2 0,0019 0,0 0,0

3 0,0018 0,0 0,0

4 0,0017 0,0 0,0

5 0,0021 0,0 0,0

6 0,0023 0,0 0,0

Tabla Nº 24: Análisis de Sílica Gel

N Peso (gr) Absorbancia ng Hg ug/L

1 0,1042 0,0024 0,0 0,0

2 0,1251 0,0028 0,0 0,0

3 0,1476 0,0033 0,007 0,049

4 0,1343 0,003 0,001 0,007

5 0,2102 0,0048 0,0039 0,184

6 0,2104 0,0049 0,0409 0,194

46

Tabla Nº 25: Análisis de Suelos Muestra Nº 127 (ARICA)

N Peso (gr) Absorbancia ng Hg ug/L

1 0,1118 0,1228 2,782 24,88

2 0,1016 0,1055 2,261 22,25

3 0,1015 0,1034 2,198 21,65

PROMEDIO

ug/L

22,9

Desviación

Estándar

1,72

Coef

Variación

7,49

47

8.4 ANEXO Nº4: EPA 7473

INFORME VALIDACION REALIZADO POR LA EPA PARA EQUIPO DMA-80

“Mercurio en sólidos y soluciones por descomposición térmica,

amalgamación, y espectrofotometría de absorción atómica”

Tabla Nº 26: Resultados de análisis de laboratorio EPA 7473

Estándar Material

de referencia

Análisis Directo

DMA-80

ng/g

Análisis Digestión

de Muestras

ng/g

Valor Certificado

ng/g

Hojas de

Manzana

NIST SRM 1515

48.3 ± 2.4

No Analizaron

44 ± 4

Sedimentos del

Río Buffalo

NIST SRM 2704

1,450 ± 24

1,450 ± 26

1,440 ± 70

Suelo

Contaminado de

Montana

NIST SRM 2710

33,100 ± 310

33,400 ± 230

32,600 ± 1,800

Cenizas de

Carbón

NIST SRM 1633b

139 ± 6

132 ± 12

141 ± 19

83

48

Sedimentos de

Estuarios

NIST SRM 1646

74.7 ± 2.4

No Analizaron

63 ± 12

Gráfico Nº 10: Curvas de Calibración EPA 7473

49

CAPITULO IX

BIBLIOGRAFIA

• SILVA DUQUE, GONZALEZ MUÑOZ. Evaluación de la contaminación de

mercurio en el suelo del estero de Casablanca, sectores de lavaderos de

oro. Tesis para optar el grado de Master en Contaminación y Medio

Ambiente. Santiago-Chile, Año 2001

• B.J ALLOWAY. Heavy Metals in Soils. Segunda Edición. Páginas 245-

257

• ACEVEDO EDMUNDO. Criterios de Calidad de suelo agrícola. Marzo

2005. Páginas 59, 114

• MILLER JAMES, MILLER JANE Estadística y Quimiometría para

Química Analítica. 4º Edición 2002

• MILLAN R. Asociación Española de Ecología Terrestre: Rehabilitación de

suelos contaminados con Mercurio

• Procedimiento de Validación de Métodos de Ensayos de Análisis

Químicos, Instituto Salud Pública

• CONAMA, Plan nacional de gestión de riegos de mercurio. Septiembre

2008

• EPA 7473

• Norma Chilena NCh 409/1-2005 Agua Potable- Parte 1- Requisitos

85

• Norma Chilena NCh 1333.Of 78 Requisitos de calidad del agua para

diferentes usos

50

• DECRETO 106

• Manual DMA-80

• Sistema de Hornos DMA-80

• Environmental Protection Agency, USA. Información básica del mercurio

[consulta: 18 mayo 2009]. Disponible en: http://www.epa.gov/mercury/

• Universidad Complutense Madrid. Contaminación, reales decretos, y el

legado minero de España [consulta: 15 julio 2009]. Disponible en :

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• Departamento de Edafología y Química Agrícola, Universidad de Granada. España, Contaminación por Metales pesados. [consulta: 19 julio 2009]. Disponible en: http://edafologia.ugr.es/conta/Tema15/riesgos.htm

• Aguas Contaminadas. [consulta: 28 septiembre 2009] Disponible en: http://www.botanical-online.com/aguacontaminantes.htm

86