Determinación de Selenio por HG-AA en Muestras Biológicas

Grado en Química
Departamento de Química Analítica
Facultad de Ciencias Químicas
Universidad Complutense de Madrid
Memoria de Laboratorio
Química Analítica II
Nombre Alumno:
Práctica 2: DETERMINACIÓN DE SELENIO
POR ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN
ATÓMICA
CON
GENERACIÓN
DE
HIDRUROS (HG-AA) EN MUESTRAS
BIOLÓGICAS. PARTICIPACIÓN EN UN
EJERCICIO DE INTERCOMPARACIÓN
Profesor:
Fecha entrega: 05/11/19
Curso: 2019-2020
Departamento de Química Analítica
Laboratorio: Química Analítica II
Título de la práctica: DETERMINACIÓN DE
SELENIO POR ESPECTROSCOPIA DE
ABSORCIÓN ATÓMICA CON GENERACIÓN DE
HIDRUROS (HG-AA) EN MUESTRAS
BIOLÓGICAS. PARTICIPACIÓN EN UN
EJERCICIO DE INTERCOMPARACIÓN
Alumno: Cristina Castañón de Pascual-Teresa
Grupo Teoría/Prácticas: C1
Introducción y objetivos
En esta practica se lleva a cabo la determinación de Se(IV) en una muestra de
ostra por reducción del metal y posterior generación y volatilización de su
hidruro volátil que sufrirá una atomización en el interior de la célula
mediante sistema HG-AA y lectura de la absorbancia se llevará a cabo
gracias a un espectrofotómetro. Tras la recogida de datos estos son tratados
estadísticamente con el fin de determinar el contenido de selenio pero
también de comparar diferentes técnicas analíticas.
Parte experimental
Se indicarán aquí sólo los aspectos específicos del desarrollo experimental
utilizado (por ejemplo: cantidad de muestra o de patrones, diluciones utilizadas,
etc.)
Se miden en balanza gracias a unas capsulas de medida, tres muestras de ostra
liofilizada de masa 100mg con precisión de 0.1mg que se introducen en un reactor
de teflón.
Muestra
Masa de ostra liofilizada (g)
T1
0.1042
T2
0.1018
T3
0.1024
Blanco
0
A esas cuatro muestras se les añaden 3mL de una mezcla de ácidos ya preparada
de HNO3, H2SO4 y HCl (3:1:1). Se cierran herméticamente los reactores y se deja
toda la noche en una estufa a 120ºC para realizar la digestión de la muestra y
romper la matriz orgánica.
Al día siguiente cuando los reactores bajan a temperatura ambiente se vierte el
contenido en un vaso de precipitados de 100 mL y se añaden 4.5 mL de HCl (4M)
y 1.5 mL de agua Milli Q1. Se calienta en placa hasta que hierva, más o menos 20
1
En esta practica se emplea únicamente agua Milli Q.
1
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Laboratorio: Química Analítica II
minutos, se añaden 50 mL de agua y se deja enfriar. A continuación, se enrasa en
un matraz de 100 mL.
Se miden las absorbancias de las tres muestras y el blanco y se corrigen las
absorbancias con la medida del blanco.
Muestra
media Amedia – Ablanco
(Acorregida)
Absorbancia
(𝐴̅)
0
0.2995
0.2836
0.3015
Blanco
T1
T2
T3
0.2995
0.2836
0.3015
Para preparar la disolución trabajo de Se (IV) se toma una disolución patrón de Se
(IV) de concentración 100mg/L disuelto en agua y HNO3 0.5mol/L y se diluye con
agua Milli Q hasta una disolución de Se (IV) de 1mg/L de volumen 100mL.
𝑉𝑖 𝑀𝑖 = 𝑉𝑓 𝑀𝑓
𝑉𝑖 =
𝑉𝑓 𝑀𝑓
𝑀𝑖
= 1 𝑚𝐿
(Ec1)
Se toma 1 mL de disolución patrón y se diluye en 100mL de agua en matraz
aforado.
Para realizar el calibrado (con el blanco) se preparan 7 disoluciones de
concentraciones de disolución trabajo diferentes en matraces aforados de 50 mL y
con micropipeta, gracias a la ecuación 1:
Concentración
de
disolución trabajo (µg/L)
0
10
25
50
100
150
200
𝑉𝑖 (mL)
𝑉𝑖 (µL)
Absorbancia media
0
0.5
1.25
2.5
5
7.5
10
0
500
1250
2500
5000
7500
10000
0
0.007
0.0487
0.1235
0.225
0.3029
0.3635
A continuación trataremos los datos obtenidos. Los resultados finales se darán con
una cifra significativa en el error.
Calibrado externo y concentración de Se (IV) en µg/L en las tres muestras de
ostra diluidas en 100mL de agua.
Se representan los resultados de esta tabla en una grafica realizando una regresión
lineal. En donde:
𝑦 = 𝑏𝑥 + 𝑎
𝐴𝑏𝑠 = 𝑏[𝑆𝑒] + 𝑎
2
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Laboratorio: Química Analítica II
Con el fin de calcular los siguientes parámetros se emplean las formulas siguientes
(aquí y en el resto de la práctica cuando se necesiten):
a
0,0075416
b
0,0019024
S2a
0,00014639
S2b
1,3532.10-8
sa
0,012099
sb
0,00011633
R2
0,97913
R
0,98951
Recta del calibrado con t(0,05; 5; 2 colas) = 2,571
Con 𝑎 ± t(0,05; 5; 2 colas) ∙ 𝑠𝑎 = (1 ± 3) ∙ 10−2
Y 𝑏 ± t(0,05; 5; 2 colas) ∙ 𝑠𝑏 = (1,9 ± 0,3) ∙ 10−3
Finalmente la recta de regresión es :
𝐴 = (1,9 ± 0,3 ). 10−3 [𝑆𝑒] + ( 1 ± 3 ). 10−2
Para calcular la concentración de las muestras se realiza una interpolación con la
siguiente ecuación, restándole la absorbancia del blanco de digestión ( este valor
es cero por lo que no se modifica el valor de la absorbancia de las tres muestras).
𝐴𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 − 𝑎
𝑏
[𝑆𝑒] =
Muestra
T1
T2
T3
Media
[Se] en 𝜇𝑔/𝐿 en el matraz de 100mL
153,68
145,32
154,74
151,25
3
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Laboratorio: Química Analítica II
Contenido de selenio (IV) en la muestra en mg/kg determinado por calibrado
externo con su intervalo de confianza.
Muestra
Absorbancia
Acorregida
T1
T2
T3
0.2995
0.2836
0.3015
[Se] en 𝝁𝒈/𝑳
en el matraz
de 100mL
153,68
145,32
154,74
𝒎𝒈 de Selenio
en 100 mL de
disolución
0,015368
0,014532
0,015474
Masa
de
ostra en la
muestra (g)
0,1042
0,1018
0,1024
[Se] en 𝒎𝒈/𝒌𝒈
147,485
142,750
151,113
Para calcular las columnas se emplean las siguientes formulas:
𝜇𝑔
Columna 4: [Se]en 𝐿 en el matraz de 100mL × 10−4
𝑚𝑔 de Selenio en 100 mL de disolución
Columna 6 : Masa de ostra en la muestra (g) × 10−3
Para calcular el intervalo de confianza para tres muestras independientes por el
método del calibrado externo se debe calcular la varianza combinada de la
varianza del calibrado y la del proceso analítico como se muestra a continuación:
2
2
2
𝑢𝑐𝑜𝑚𝑏𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎
= 𝑢𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜
𝑎𝑛𝑎𝑙í𝑡𝑖𝑐𝑜 + 𝑢𝑐𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑑𝑜
2
𝑢𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜
𝑎𝑛𝑎𝑙í𝑡𝑖𝑐𝑜
2
𝑢𝑐𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑑𝑜
=
2
𝑠𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜
=
𝑛 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠
∑𝑛1 𝑠𝑥2̂𝑝,𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑛
2
𝑠𝑥̂𝑝
𝑠𝑦⁄𝑥
(𝑦𝑝 − 𝑦̅)
1
√1 + +
=
2
𝑏
𝑁 𝑏 2 ∑𝑁
1 (𝑥𝑖 − 𝑥̅ )
𝒔𝒚⁄𝒙
𝒃
N
11,4126
7
̅
𝒚
𝑵
̅) 𝟐
∑(𝒙𝒊 − 𝒙
𝟏
0,153
34835,7143
A 𝑠𝑥̂𝑝 se le aplican las operaciones de conversión de unidades y proporcionalidad
con la muestra que se ha realizado en el apartado anterior para llevarlo a mg/kg de
selenio en ostra.
Muestra Yp
(Acorregida)
T1
T2
T3
0.2995
0.2836
0.3015
̅)2
(ys-𝒚
0,02148
0,01707
0,02207
Media
4
𝒔𝒙̂𝒑 (𝝁𝒈/𝑳)
𝒔𝒙̂𝒑 (𝒎𝒈/𝒌𝒈)
13,0783
12,9031
13,1016
12,5512
12,6749
12,7946
𝒔𝟐𝒙̂𝒑 (𝒎𝒈
/𝒌𝒈)𝟐
157,5325
160,6542
163,7010
160,6292
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[Se] en 𝒎𝒈/𝒌𝒈
147,4856
142,7505
151,1133
𝒔𝟐𝒑𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐
Media [Se] en mg/kg
160,6542
2
𝑢𝑐𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑑𝑜
2
𝑢𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜
𝑎𝑛𝑎𝑙í𝑡𝑖𝑐𝑜
𝒖𝟐𝒄𝒐𝒎𝒃𝒊𝒏𝒂𝒅𝒂
53,5431
5,8621
59,4031
17,5863
2
𝑢𝑐𝑜𝑚𝑏𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎
en (mg/kg)2
59,4031
Grados de libertad
t(0,05; 17; 2 colas)
𝜈 = (𝑛 − 1) + 𝑛(𝑁 − 2)
17
2,110
2
𝑡. √𝑢𝑐𝑜𝑚𝑏𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎
16,26
Patrón externo: [𝐒𝐞] 𝐞𝐧 𝐦𝐠/𝐤𝐠 = 𝟏𝟔𝟎 ± 𝟐𝟎
Precisión del método:
Desviación estándar 𝒔 = √
∑(𝑥𝑖 −𝑥̅ )2
𝑛−1
19,0261
= √
2
= 3,08
𝑠
Desviación estándar relativa RSD = 𝑥̅̅ = 𝟎, 𝟎𝟏𝟗
Coeficiente de variación CV(%) = RSD x 100 = 1,9%
Varianza s2 = 9,5
Calibrado de adiciones estándar y determinación por este método del
contenido de Se en mg/kg de la muestra de ostra
Se preparan 7 disoluciones con las mismas concentraciones de disolución trabajo
para las 3 muestras con ostra liofilizada a las que se les añaden 5 mL de disolución
de la muestra con ostra previamente preparada como indica el guión (digestión
con ácidos y calor y posterior dilución en agua, matraz de 100mL).
Se toman 10 datos para cada disolución con el fin de hacer un promedio y que el
dato esté más cerca del real.
Para las tres muestras, la absorbancia media corregida con la absorbancia del
blanco de digestión (1ue en nuestro caso es 0,0000) se recoge en la siguiente tabla:
Concentración
de disolución
Trabajo
en
(µg/L)
0
10
25
50
100
150
200
Absorbancia
de T1
Absorbancia
de T2
Absorbancia
de T3
0,0372
0,0566
0,0944
0,1569
0,2588
0,3397
0,4075
0,0136
0,0405
0,078
0,1404
0,2419
0,3272
0,3982
0,0043
0,0365
0,0786
0,1436
0,2487
0,3329
0,4025
5
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Los gráficos con las rectas de regresión se adjuntan a continuación :
a
0,04856
b
0,001890
S2a
8,156. 10-5
S2b
7,540.10-9
sa
0,009031
sb
8,683.10-5
R2
0,99998
R
0,99999
Finalmente la recta de calibrado, con la misma t(0,05; 5; 2 colas) = 2,571 es:
𝐴 = ( 19 ± 2 ). 10−4 [𝑆𝑒]𝐿/𝜇𝑔 + ( 5 ± 2 ). 10−2
6
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S2a
7,884. 10-5
S2b
7,288.10-9
a
0,02896
b
0,001938
sa
0,008879
sb
8,537.10-5
R2
0,9519
R
0,9757
Finalmente la recta de calibrado, con la misma t(0,05; 5; 2 colas) = 2,571 es:
𝐴 = ( 19 ± 2 ). 10−4 [𝑆𝑒]𝐿/𝜇𝑔 + ( 3 ± 2 ). 10−2
S2a
1,235. 10-4
S2b
1,142.10-8
a
0,02567
b
0,001995
sa
0,01111
sb
1,068.10-4
R2
0,9907
R
0,9953
Finalmente la recta de calibrado, con la misma t(0,05; 5; 2 colas) = 2,571 es:
𝐴 = ( 2 ± 3 ). 10−2 + ( 20 ± 3 ). 10−4 [𝑆𝑒] L/μg
Determinación de si existe efecto matriz gracias a la comparación de las
pendientes con la t de Student y la de las varianzas con la F de Snedecor.
En primer lugar se debe evaluar si las varianzas difieren estadísticamente mediante
el ensayo de hipótesis basado en la F de Snedecor.
Tomando como Ho : bAE = bPE
2
𝑠(𝑦
⁄𝑥)𝑃𝐸
𝐹𝑒𝑥𝑝 = 𝑠2
; tomando como numerador la varianza más grande
(𝑦⁄𝑥)𝐴𝐸
7
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Muestra
1
2
3
S2(y/x)
PE
AE
0,0004714
0,0002627
0,0002539
0,0003974
Fexp
F(0,05;5;5)
1,7944
1,8566
1,1853
7,146
Se observa que en los dos casos Fexp< Ftab por lo que no se observan diferencias
significativas al 95% entre las dos varianzas de los dos métodos. Lo mas probable
es que no haya efecto matriz.
Por lo tanto las pendientes se comparan con la varianza ponderada y la t de
Student :
Los datos se recogen en la siguiente tabla:
𝑵
Muestra
̅) 𝟐
∑(𝒙𝒊 − 𝒙
S2b en L/μg
N
V = N1+N2 4
S2ponderada
𝟏
PE
1
2
3
34835,7
-8
1,3532.10
AE
7,540.10-9
7,288.10-9
1,142.10-8
PE
AE PE
7
AE
1,054.10-8
10
1,041.10-8
1,248.10-8
Para calcular la texp y compararla con ttab se calcula de la forma, pero antes podemos
observar en la siguiente tabla que las pendientes de los dos métodos son muy similares
por lo que no habrá efecto matriz. Con bPE = 0,0019024
Muestra
bAE
S2bPE + S2bAE
texp
1
0,001890
6,051.10-13
15,9
2
0,001938
5,976.10-13
42,6
3
0,001995
7,165.10-13
109,4
8
ttab
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Por otra parte la volatilización del hidruro de selenio en la maquina de medida por
el reactor y la célula de atomización tiene la ventaja de reducir las interacciones
entre el anualito y la matriz.
Concentración de selenio en mg/kg en la muestra por el método de adiciones
estándar a un nivel de confianza del 95% asumiendo que las tres técnicas
tienen efecto matriz.
Así la concentración de Selenio (IV) por adiciones estándar en la muestra a un
nivel de confianza del 95% se calcula gracias a las rectas de calibrado con la
expresión usada anteriormente:
𝐴𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 − 𝑎
[𝑆𝑒] =
𝑏
A la desviación estándar se le aplican las mismas operaciones.
Muestra Absorbancia
media
corregida
(𝐴̅)
[Se] en µg/L
en
la
alícuota de 5
mL
[Se]
en S[Se]
µg/L en la
disolución
de 100 mL
T1
0.2995
131,32
131,32
T2
0.2836
133,47
133,47
T3
0.3015
140,75
140,75
mg de Se
en 1 Kg
de
muestra
86,41
µg de Se Masa de la
en 100mL muestra en
de
kg
disolución
trabajo
13,132
0.1042.10-3
88,17
13,347
0.1018.10-3
131,1100
14,075
-3
92,59
0.1024.10
126,0268
137,4511
Para calcular los mg/kg de selenio en la muestra se opera de la siguiente manera:
𝑚𝑔
𝑆𝑒 𝜇𝑔 (𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑠 100𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜). 10−3
𝑆𝑒 𝑒𝑛
=
𝑘𝑔
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 (𝑒𝑛 𝑔). 10−3
[Se] media
(mg/kg)
131,52935
Desviación
estándar (mg/kg)
5,72368
t(0,05; 2; 2 colas)
4,303
𝑡 ×
𝑠
√𝑛
13,2196
Adiciones estándar : [𝑺𝒆] 𝒎𝒈/𝒌𝒈 = 𝟏𝟑𝟏 ± 𝟏𝟑
Patrón externo: [𝐒𝐞] 𝐞𝐧 𝐦𝐠/𝐤𝐠 = 𝟏𝟔𝟎 ± 𝟐𝟎
A la vista de los resultados el método más preciso es el de adiciones estándar pues
su error es menor que el de patrón externo. No obstante si comparamos con el
valor tabulado o analizado por algún laboratorio tendríamos un dato bibliográfico
para valorar la calidad y exactitud de nuestro método de trabajo y también entre
los dos métodos.
Por lo tanto a la vista de nuestros conocimientos daría por valida y más precisa la
concentración del método de adiciones estándar:
𝒎𝒈
Adiciones estándar : [𝑺𝒆] 𝒌𝒈 = 𝟏𝟑𝟏 ± 𝟏𝟑
9
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Limite de detección y de cuantificación de la técnica instrumental y del
método.
En este caso tomamos únicamente el ejemplo de la muestra 1 y usamos la
ecuación:
Además puesto que nuestro blanco no tiene desviación estándar los resultados son
iguales y se representan en la siguiente tabla.
S2b
S2a
S2Blanco
a/b
K
CLOD en
µg/L
7,54E-09
8,16E-05
0,000
25,693
3
K
14,766
10
49,220
CLOQ en
µg/L
Muestra acuosa:
En el caso en el que la muestra fuese acuosa podríamos usar una técnica de
detección atómica o simplemente la misma que en esta practica. Además se podría
medir con un espectrofotómetro pues el se absorbe a 196,06nm. En un primer
lugar se determinaría la cantidad de Se(IV) y a continuación se trataría la muestra
para reducir el Se(VI) presente en ella y se volvería a medir la cantidad de Se(IV)
en la muestra. Finalmente por simple substracción se sacaría la cantidad de Se(IV)
y Se(VI) de la muestra.
Conclusiones
En esta práctica y su correspondiente análisis de datos posterior se constata como
se puede tratar estadísticamente los datos recogidos en el laboratorio. La
comparación entre los dos métodos de análisis el de adiciones estándar y el de
patrón externo nos permite apreciar que ventajas o desventajas poseen para la
determinación de Se(IV) en una muestra de ostra mediante un sistema de HG-AA,
que consiste en la atomización de un hidruro volátil y posterior lectura de la
absorbancia de este compuesto por espectrofotometría.
Tras el análisis de datos concluimos que en este caso y para el selenio el método
de adiciones estándar es más preciso, aunque no conociendo el valor real tabulado
no se puede determinar que método es más exacto.
10