centro nacional de metrologia

CENTRO NACIONAL DE METROLOGIA
“MERCOSUR y Chile/MA2-2008
620-Q003-0127-PA”
2.1 Recomendaciones generales para mejorar
la calidad de las mediciones.
Presenta: Q.F.B. Alicia Guevara Hernández.
[email protected]
División Metrología de Materiales
Metálicos
Noviembre 2008
1
1
620-Q003-0127-PA
Temas
Recomendaciones generales
Recomendaciones para espectrometría de absorción
atómica con atomización por flama (EAAF).
Recomendaciones para espectrometría de absorción
atómica con atomización por generador de hidruros
(EAA-GH).
Recomendaciones para espectrometría de absorción
atómica con atomización por generador de vapor frío
(EAA-VF).
Discusión general.
22
620-Q003-0127-PA
Proceso de Calificación de equipo (CE)
El proceso total de aseguramiento de
que un instrumento es adecuado para
el uso propuesto y que su
funcionamiento está de acuerdo a las
especificaciones establecidas por el
usuario y por el proveedor.
3
620-Q003-0127-PA
Proceso de Calificación de equipo (CE)
Calificación del Diseño
(CD)
Define
las
especificaciones
funcionales
y
operacionales del instrumento, y detalla las
decisiones conscientes en la selección del
proveedor.
Calificación de Instalación
(CI)
Establece que el instrumento es recibido de acuerdo
a como se diseñó y especificó, que está
adecuadamente instalado en el ambiente que se
seleccionó, y que es apropiado para la operación del
instrumento.
Calificación Operacional
(CO)
El proceso en donde se demuestra que un
instrumento
funcionará
de
acuerdo
a
la
especificación
operacional
en
el
ambiente
seleccionado.
Calificación del
Funcionamiento (CF)
4
El proceso en donde se demuestra que un
instrumento funciona de acuerdo a la especificación
adecuada para su uso rutinario.
620-Q003-0127-PA
Espectrometría de absorción atómica con
atomización por flama
Principio
Una muestra es aspirada y llevada a una flama y atomizada. Un haz
de luz es dirigido a través de una celda donde la muestra es
atomizada y posteriormente es dirigida a través de un
monocromador y un detector (tubo fotomultiplicador) que mide
la cantidad de luz absorbida por el elemento atomizado en la
flama.
La cantidad de energía absorbida en esta longitud de onda
característica es proporcional a la concentración del elemento en
la muestra sobre un intervalo limitado de la concentración de
acuerdo a la ley de Lambert -Beer.
Debido a que cada elemento tiene su propia y característica
longitud de onda, es utilizada una lámpara compuesta por este
elemento, lo cual hace este método libre de interferencia
espectrales.
5
620-Q003-0127-PA
Concentración característica
Puede ser calculada con la ecuación:
CC= Concentración del MRC (4mg/L) x 0,0044
Absorbancia del MRC (4mg/L)
6 6
Los valores de concentración característica para cada
elemento en la longitud de onda principal que es
proporcionada dada por el proveedor del equipo.
Conociendo los valores de sensibilidad, esto permite al
operador predecir el intervalo de absorbancia, el cual será
observado para un intervalo de concentración del elemento
de interés.
2007620-Q003-0127-PA
Concentración característica
Pasos
– Se empleará la lámpara de cobre.
– Se indicará la longitud de onda de 324,8 nm, slit y mA .correspondientes y
permitiendo un tiempo de calentamiento
– El tiempo de integración será el que se empleé normalmente en el análisis.
– Encienda la flama y permita un calentamiento de 10 minutos, aspirando agua.
– Introduzca el capilar en la disolución de 4 mg/L de Cu, tome 10 lecturas.
– Substituya el valor en la fórmula siguiente:
CC= Concentración del MR (4 mg/L) x 0,0044
Absorbancia del MR (4 mg/L)
Criterio de aceptación
– Tomado de tablas =0,077 mg/L con ± 20 %
– valor máximo 0,0924
– valor mínimo 0,0616
77
620-Q003-0127-PA
Concentración característica
Recomendaciones:
Determinar la concentración característica antes
de iniciar las mediciones de las muestras.
Con los datos obtenidos prepare una carta de
control.
8 8
620-Q003-0127-PA
Carta de Control del Espectrofotómetro de
Absorción Atómica (Llama)
0.1
Concentración (mg/kg)
0.095
0.09
0.085
0.08
0.075
0.07
0.065
0.06
0.055
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Días
99
Mediciones
+ 20% Tolerancia recomendada.
- 20% Tolerancia recomendada.
Concentración Característica.
Lim. Control sup.
Lim. Control inf.
Lim. Confianza sup.
Lim. Conf ianza inf.
620-Q003-0127-PA
Recomendaciones Generales
10
Aplicar las buenas prácticas de laboratorio y de medición.
Conservar los MRC de acuerdo a las condiciones de temperatura
recomendadas en el certificado.
En la preparación de las disoluciones empleada en los puntos de la curva
calibración, igualar la matriz con la de la muestra.
Emplear materiales de referencia certificados.
Validar los métodos.
Si es necesario hacer alguna dilución de la muestra considerar lo
siguiente:
–
Transferir en un recipiente el volumen necesario para tomar la
alícuota y desechar el sobrante, nunca regresarlo a la botella.
–
No tomar alícuotas menores a 5 mL, utilizar material de vidrio
calibrado.
620-Q003-0127-PA
Recomendaciones generales EAAF
1. Identificar y mantener bajo control todas las interferencias.
2. Optimización del sistema de introducción de muestra, quemador,
nebulizador, flama.
4. Medir dentro del intervalo de absorbancia del intervalo de trabajo.
5. Determine el tiempo de integración adecuado.
6. Seleccione las concentraciones adecuadas para mejor exactitud.
7. Prepare adecuadamente las muestras, blancos, materiales de referencia
para la calibración analítica y control.
8. Incluir en la secuencia de medición materiales de referencia de control.
9. Mantener el equipo dentro de un programa de mantenimiento.
11 11
2007620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición por
EAA-GH
12 12
Permitir el calentamiento de la lámpara hasta obtener la máxima
energía.
Verificar la limpieza de las ventanas de la celda de cuarzo, en caso de
estar sucias limpiarlas con agua destilada y secar al aire o con
nitrógeno.
Contar con un juego de accesorios (chemifold, tubería y celda de
cuarzo etc.) para las mediciones realizadas con NaBH4 como agente
reductor.
Alinear la mantilla de calentamiento de forma que se obtenga la
mínima absorbancia al momento de colocar la celda de cuarzo, el valor
máximo para esta absorbancia está dado en el manual del equipo. Si
no se obtiene este valor, es posible que sea necesario acondicionar la
celda de cuarzo (revisar las recomendaciones en el manual del
instrumento).
620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición por
EAA-GH
13 13
En el sistema de inyección de flujo, es importante verificar el buen
estado de las mangueras.
Optimizar el flujo de las disoluciones acarreadora (HCl 10 %) y
reductora (NaBH4 2 % en NaOH 0,05 %) de acuerdo al manual del
equipo. Optimizar el flujo de argón necesario para obtener la mejor
señal del analito.
En el bloque de separación gas líquido del sistema de inyección de
flujo es importante cambiar el filtro cada vez que se requiera.
La manguera usada para introducir la muestra a la celda de cuarzo
debe estar perfectamente seca sin gotas adheridas en su interior.
620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición por
EAA-GH
14 14
En el sistema de inyección de flujo, es importante verificar el buen estado
de las mangueras.
Optimizar el flujo de las disoluciones acarreadora (HCl 10 %) y reductora
(NaBH4 2 % en NaOH 0,05 %) de acuerdo al manual del equipo.
Optimizar el flujo de argón necesario para obtener la mejor señal del
analito.
En el bloque de separación gas líquido del sistema de inyección de flujo
es importante cambiar el filtro cada vez que se requiera.
La manguera usada para introducir la muestra a la celda de cuarzo debe
estar perfectamente seca sin gotas adheridas en su interior.
2007620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición
de As por EAA-GH
Es necesario realizar una pre-reducción del As(V) a As(III), como parte crítica
se considera el tiempo de pre-reducción.
El reactivo más utilizado para este fin es el yoduro de potasio (KI) y se
recomienda utilizarlo con ácido ascórbico para prevenir la oxidación por el
aire del yoduro a triyoduro. El KI solo puede reducir al arsénico en un medio
acido fuerte, lo cual se asegura adicionando ácido clorhídrico concentrado.
As5+ + I¯ → As3+ + I+
Para la pre-reducción se recomienda tomar una alícuota de la muestra y
ponerla en contacto con 10 mL de una disolución que contenga KI al 5 % y
ácido ascórbico al 5 % y adicionar 10 mL de HCl concentrado. Se recomienda
dejar en reposo esta mezcla durante 24 h y aforar con agua.
En el desarrollo de nuestra metodología observamos que 5 horas es
suficiente tiempo para pre-reducir la muestra en una concentración de 10
µg/kg; sin embargo para efecto práctico de la medición empleamos un tiempo
de 24 horas.
La etapa de pre-reducción debe realizarse en la muestra, en el material de
referencia de control y en las disoluciones de calibración.
15 15
2007620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición de
As por EAA-GH
16 16
Es necesario realizar una pre-reducción del As(V) a As(III) para que se
lleve a cabo la formación del hidruro. Como parte crítica se considera el
tiempo de pre-reducción.
Para la pre-reducción se recomienda tomar una alícuota de la muestra y
ponerla en contacto con 10 mL de una disolución que contenga KI al 5 %
y ácido ascórbico al 5 % y adicionar 10 mL de HCl concentrado. Se
recomienda dejar en reposo esta mezcla durante 24 h y aforar con agua.
En el desarrollo de nuestra metodología observamos que 5 horas es
suficiente tiempo para pre-reducir la muestra en una concentración de 10
µg/kg; sin embargo para efecto práctico de la medición empleamos un
tiempo de 24 horas.
La etapa de pre-reducción debe realizarse en la muestra, en el material
de referencia de control y en las disoluciones de calibración.
Se recomienda cuantificar utilizando el método de interpolación entre dos
puntos para la calibración analítica.
620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición de
As por EAA-GH
1717
Para generar el hidruro de arsénico (AsH3) que es una especie más volátil
que el As3+, se utilizó el borohidruro de sodio al 0,2 % con hidróxido de
sodio al 0,05 %, esta reacción se realiza inmediatamente antes de la
medición, utilizando para este fin el sistema de análisis por inyección de flujo
(FIAS) donde se utiliza como carrier ácido clorhídrico al 10 % , la reacción
que se tienes es:
As3+ + 3BH4  + 3H+ → AsH3 + 4BH3
BH3 +3H2O → H3BO3 +3H2
Permitir el calentamiento de la lámpara hasta obtener la máxima energía.
Verificar la limpieza de las ventanas de la celda de cuarzo, en caso de estar
sucias limpiarlas con agua destilada y secar al aire o con nitrógeno.
Contar con un juego de accesorios (chemifold, tubería y celda de cuarzo etc.)
para las mediciones realizadas con NaBH4 como agente reductor.
Alinear la mantilla de calentamiento de forma que se obtenga la mínima
absorbancia al momento de colocar la celda de cuarzo, el valor máximo para
esta absorbancia está dado en el manual del equipo. Si no se obtiene este
valor, es posible que sea necesario acondicionar la celda de cuarzo (revisar
las recomendaciones en el manual del instrumento).
2007620-Q003-0127-PA
0
0
4
0
5
3
0
0
3
0
5
2
0
0
2
0
5
1
0
0
0
0
1
0
5
0
0
5
h
i
ó
d
d
r
s
a
o
e
n
c
c
n
u
r
e
r
e
p
e
p
o
m
e
T
i
,
2
1
5
4
0
AS- EAAF-GH-experimentos.xls
18 18
2007620-Q003-0127-PA
4
2
3
4
,
0
,
0
,
0
,
0
U
,
a
0
b
s
,
0
,
0
,
0
,
0
Recomendaciones para la medición de
As por EAA-GH
Recomendaciones para la medición por
EAA-GVF
1919
Permitir el calentamiento de la lámpara hasta obtener la máxima
energía.
Verificar la limpieza de las ventanas de la celda de cuarzo, en caso de
estar sucias limpiarlas con agua destilada y secar al aire o con
nitrógeno.
Contar con un juego de accesorios (chemifold, tubería y celda de
cuarzo etc.) para las mediciones realizadas con cada agente reductor.
Alinear la mantilla de calentamiento de forma que se obtenga la
mínima absorbancia al momento de colocar la celda de cuarzo, el valor
máximo para esta absorbancia está dado en el manual del equipo. Si
no se obtiene este valor, es posible que sea necesario acondicionar la
celda de cuarzo (revisar las recomendaciones en el manual del
instrumento).
620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición por
EAA-GVF
2020
En el sistema de inyección de flujo, es importante verificar el buen
estado de las mangueras.
Optimizar el flujo de las disoluciones acarreadora y reductora de
acuerdo al manual del equipo. Optimizar el flujo de argón necesario
para obtener la mejor señal del analito.
En el bloque de separación gas líquido del sistema de inyección de
flujo es importante cambiar el filtro cada vez que se requiera.
La manguera usada para introducir la muestra a la celda de cuarzo
debe estar perfectamente seca sin gotas adheridas en su interior.
620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición por
EAA-GVF
2121
En el sistema de inyección de flujo, es importante verificar el buen estado
de las mangueras.
Optimizar el flujo de las disoluciones acarreadora (HCl 10 %) y reductora
(NaBH4 2 % en NaOH 0,05 %) de acuerdo al manual del equipo.
Optimizar el flujo de argón necesario para obtener la mejor señal del
analito.
En el bloque de separación gas líquido del sistema de inyección de flujo
es importante cambiar el filtro cada vez que se requiera.
La manguera usada para introducir la muestra a la celda de cuarzo debe
estar perfectamente seca sin gotas adheridas en su interior.
Evitar la acumulación de vapor de agua en la celda de cuarzo
2007620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición por
EAA-GVF
22 22
Se recomienda el uso de material de vidrio para la
preparación de las disoluciones intermedias para los
calibrantes las muestras.
Se sugiere el uso de algún agente oxidante con el fin de
estabilizar el mercurio, alguno puede ser el dicromato de
potasio.
2007620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición por
ICPAES
En ICPAES, pueden existir diferentes factores que influyen en la
variabilidad de los resultados, los cuales pueden minimizarse de la
siguiente manera:
1.
2.
–
–
–
Fugas en el gas acarreador del nebulizador.
Posible bloqueo en el nebulizador o en el tubo inyector de la antorcha.
Insuficiente presión en el drenaje de la cámara de spray.
3.
Verificar que la calidad del argón sea la adecuada y no esté
contaminado con algún hidrocarburo.
Hacer pruebas de fugas para el argón:
4.
–
–
23 23
Revisar y mantener en buenas condiciones el sistema de
introducción de muestra.
Revisar el plasma: “solid plasma”, se llama así cuando no tiene
el canal central, lo que implica que hay una fuga debido a:
Presurizar la línea y cerrar las llaves y esperar (la presión deberá
mantenerse)
Evaluar el nebulizador con disolución jabonosa libre de fosfatos.
620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición por
ICPAES
Evaluación del desempeño instrumental:
1.
Preparar una disolución multielemental y medirla.
•
2.
Suponiendo que la señal esperada para cada uno de ellos
es 14000, 37000 y 25000 cps respectivamente.
Si obtiene menor intensidad en todos los elementos
medidos, posiblemente se tiene un problema en la
introducción de muestra, revisar:
Tubería.
3.
4.
•
•
•
•
5.
6.
24 24
Por ejemplo Mn, Fe y Cd.
Velocidad de la bomba peristáltica es incorrecta.
El nebulizador está parcialmente obstruido.
Argón no es el adecuado.
Problema en la radiofrecuencia.
Si sólo dos de ellos se mantienen, puede deberse a la
preparación.
Si todos incrementan la señal, pudo haberse contaminado
con hidrocarburos.
620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición por
ICPAES
Optimización del método de medición:
Si va a realizar una medición simultánea de los analitos debe tener
en cuenta lo siguiente:
–
–
–
–
25 25
Los parámetros optimizados (flujo de nebulizador, flujo de gas
auxiliar, radiofrecuencia, velocidad de la bomba peristáltica, etc.)
serán los mismos para todos los analitos a medir.
Optimice de acuerdo a las características de los elementos
manteniendo la radiofrecuencia con las condiciones
recomendadas.
Ajuste el flujo de nebulización y del gas auxiliar. Deje al final la
velocidad de la bomba peristáltica.
Por cada parámetro que ajuste, revise que no afecte demasiado
la señal del ruido de fondo (background) y a la señal de los
elementos a medir, recuerde que se pueden ajustar los
parámetros y benefician a unos elementos pero a otros no.
620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición por
ICPAES
Optimización del método de medición:
26 26
La finalidad es trabajar con bajo ruido de fondo para todos
los analitos a medir optimizando los parámetros descritos
anteriormente.
Revise continuamente con un blanco reactivo las señales
obtenidas.
Evalúe el intervalo lineal y el límite de detección.
Permita un tiempo razonable de estabilización del equipo
a partir de que se enciende, aproximadamente 2 horas.
Esto deberá ser evaluado por el usuario.
620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición por
ICP-AES-GH
2727
Permitir un tiempo razonable de estabilización del equipo a partir de que se
enciende, aproximadamente 2 horas.
Realizar el paso de pre reducción donde aplique.
Optimizar los parámetros de medición considerando: la radiofrecuencia, la
velocidad de la bomba, el flujo de nebulización y del gas auxiliar. Hasta
encontrar la intensidad máxima del pico con baja señal por ruido de fondo.
Recomendaciones para la preparación del blanco reactivo: utilizar una
concentración de HCl lo más baja posible.
Preparar el borohidruro de sodio estabilizado con hidróxido de sodio cada día
de medición. Preferentemente filtrar la disolución y colocarla en un baño
ultrasónico por 3 minutos para eliminar un poco el burbujeo.
Durante la medición verificar constantemente el correcto drenado de los
residuos.
Ajustar y optimizar la velocidad de la bomba para la introducción de la
muestra
620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición
por EAA-HG
Un horno de grafito calienta la muestra a fin de desolvatarla y
atomizarla para medir la cantidad de analito presente en la
muestra; la alícuota de la muestra es consumida totalmente en
segundos en un proceso que involucra las siguientes etapas:
Secado
Se evapora el disolvente de la muestra quedando la sal.
El tiempo depende del volumen de la muestra
Pirólisis
La materia orgánica se oxida, quedando los metales.
También se eliminan otras especies que pudieran
causar interferencias como: NO2-, NO3-, PO4-3, SO4-2 etc.
Atomización Volatilización completa del elemento del interés
Limpieza
28 28
Evitar adherencias de residuos en el tubo de grafito
2007620-Q003-0127-PA
Puntos críticos para la medición por la
técnica de EAA-HG
1. Identificar y mantener bajo control todas las interferencias.
2. Seleccionar el modificador de matriz adecuado.
3. Permitir el calentamiento de la lámpara hasta la máxima energía.
4. Optimizar el sistema de introducción de muestra en dentro del tubo de
grafito.
5. Medir dentro del intervalo lineal de absorbancia recomendado.
6. Optimizar la rampa de temperatura de pirolisis y atomización.
7. Evaluar la masa característica del elemento a medir.
29
2007620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición
por colorimetría
Principio: La colorimetría es una técnica instrumental que tiene por
objeto determinar la absorción de luz visible por una muestra,
que puede ser una sustancia pura o bien una mezcla o
disolución.
Para ello se utiliza un instrumento constituido por los siguientes
elementos:
Fuente de radiación (luz blanca)
Sistema dispersivo (rendijas de entrada y salida, y red de
difracción)
Detector (fototubo que transforma la señal luminosa en una
señal eléctrica)
Sistema de medida de la absorción, una vez amplificada
(convertidor analógico o digital).
30 30
2007620-Q003-0127-PA
Recomendaciones para la medición
por colorimetría
•
•
•
•
•
•
3131
Utilizar blancos similares a la matriz de la muestra.
Utilizar materiales de referencia certificados para preparar la
curva de calibración analítica ya que a partir de esta, se asigna
el valor a las muestras.
Utilizar materiales de referencia como control en el proceso de
medición para evaluar el desempeño del método,
comportamiento del equipo y la aptitud técnica del analista.
Verificar el material volumétrico.
Trabajar dentro del intervalo de absorbancia de la curva de
calibración analítica para evitar extrapolar para obtener la
concentración de la muestra.
Verificar que la celda del equipo no esté sucia o rayada al hacer
las mediciones, lo cual genera interferencia en el paso del haz
de luz.
2007620-Q003-0127-PA
Bibliografía
“Guidance on Equipment Qualification of Analytical Instruments: High
Performance Liquid Chromatography (HPLC)”. LGC/ VAM. 1998/026.2
”Guía Sobre la Calificación de equipo de instrumentos analíticos” basado
en el documento “The Development and application of Guidance on
Equipment Qualification of Analytical Instruments”, P. Bedson and M.
Sargent, Laboratory of the Government Chemist. 1996”
Analytical Methods for Atomic Absorption Spectroscopy. Perkin Elmer
manual. Sep 1996.
Charles B. Boss. Concepts, instrumentation and techniques in inductively
coupled plasma optical emission espectrometry 1997 Perkin Elmer
corporation.
32
620-Q003-0127-PA