DETERMINACIÓN DE METALES PESADOS EN AGUA POR PLASMA INDUCTIVAMENTE ACOPLADO A ESPECTROMETRIA DE MASAS ( ICP- MS)

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Elaborado por: Revisado por: Aprobado por:

Miriam Tames Aponte Especialista UCCIRT

Orlando Lucas Aguirre Director UCCIRT

César De la Cruz Lescano Director OCDP

Firma

Fecha

01/09/2021

01/09/2021 02/09/2021

Angie Cóndor Dominguez Especialista UCCIRT

Firma

Fecha

01/09/2021

TABLA DE CONTENIDO:

Introducción

1. Objetivo

2. Campo de aplicación 3. Referencias

4. Definiciones 5. Metodología 6. Antecedentes 7. Anexos.

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INTRODUCCIÓN

Los metales pesados constituyen un serio problema ambiental debido a su toxicidad y a sus repercusiones fisiológicas tanto en los seres humanos como en animales. La investigación de la presencia de metales pesados en determinadas aguas, permite conocer las rutas de contaminantes y su interacción con otras sustancias presentes en las aguas. (Contreras et al., 2004).

Específicamente, la contaminación del agua por metales pesados ocasionada por vía antrópica y natural, está afectando drásticamente la seguridad alimentaria y salud pública. Estudios recientes reportan la presencia de metales pesados y metaloides tales como mercurio (Hg), arsénico (As), plomo (Pb), cadmio (Cd), zinc (Zn), níquel (Ni) y cromo (Cr) en hortalizas tales como la lechuga, repollo, calabaza, brócoli y papa. Esta contaminación, proviene, entre otros causales, del uso para riego de aguas afectadas.

De igual manera, se han encontrado metales en diferentes concentraciones en peces, carnes y leche resultado de la bio-acumulación y movilidad desde el ambiente a las fuentes hídricas. (Reyes et al., 2016)

La presente es una metodología validad que utiliza como referencia el EPA METHOD 3015A “MICROWAVE ASSISTED ACID DIGESTION OF AQUEOUS SAMPLES AND EXTRACTS” para digestión de muestras y EPA METHOD 6020B “INDUCTIVELY COUPLED PLASMA - MASS SPECTROMETRY” para el análisis instrumental. Estos métodos describen el procedimiento para la determinación de metales totales en muestras de aguas, mediante descomposición ácida asistida por microondas y espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS).

. 1. OBJETIVO

Determinar metales totales en muestras de aguas según el procedimiento de descomposición ácida asistida por microondas o el método de digestión de vasos abierto y posteriormente él análisis por la técnica de espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS).

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2. CAMPO DE APLICACIÓN

Este método es aplicable a la digestión ácida asistida por microondas o por plancha de calentamiento para la determinación de los siguientes metales disponibles ::

aluminio (Al), arsénico (As), bario (Ba), berilio (Be), cadmio (Cd), cobre (Cu), cobalto (Co), cromo (Cr), hierro (Fe), litio (Li), magnesio (Mg), manganeso (Mn), mercurio (Hg), níquel (Ni), plomo (Pb), selenio (Se), zinc (Zn) en muestras de agua para riego de vegetales y bebida de animales, y agua de consumo humano y agua para laboratorio.

El extracto digestado producidos por el método son adecuados para el análisis por espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS).

El método es ejecutado por especialistas y/o técnicos autorizados en el registro Listado de Personal Autorizado para Realizar Ensayos REG-UCCIRT/Cal-11.

3. REFERENCIAS

a) U.S. EPA. (2014). "Method 6020B (SW-846): Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry," Revision 2. Washington, DC.

b) U.S. EPA. (2007). “Method 3015A (SW-846): Microwave Assisted Acid Digestion of Aqueous Samples and Extracts,” Revision 1. Washington, DC.

c) U.S. EPA. 1994. “Method 200.8: Determination of Trace Elements in Waters and Wastes by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry,” Revision 5.4.

Cincinnati, OH.

d) Manuales de ICP-MS Agilent 7500:

 Agilent 7500 ICP- MS Hardware manual

 Agilent 7500 ICP- MS Customer Maintenance Parts List

 Agilent 7500 ICP- MS Integrated Simple Introduction System Manual

 Agilent 7500 ICP- MS Intelligent Sequence Software Manual

 Agilent 7500 ICP- MS Chemstation (G1834B) Operators Manual

 Agilent 7500 ICP- MS Installation Guide

 Agilent 7500 ICP- MS Aplication Handbook

 Agilent 7500 ICP- MS Option instruction Manual

 Agilent 7500 ICP- MS Maintenance Video (DVD)

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 UP Station GXT 6 &10 KVAU 230 V User Manual.

e) Manuales de ICP-MS Agilent 7900:

 Agilent 7900 ICP- MS Hardware Maintenance Manual.

 Agilent 7900 ICP- MS Familiarization Guide.

 Masshunter Workstation User Guide.

 PrepFAST 2 User´s Guide - Agilent-MassHunter.

f) Ma176-002-sk15-user manual (Millestone)

g) Guía de operación del digestor microondas Millestone modelo Ethos up con rotor Maxi 44

h) User Guidelines. CEM modelo MARS 6. (2016). General Guidelines to Assist With Microwave Digestion Method Development.

i) MarsXpress. Microwave Digestion Vessel. Manual.

j) CEM-MARS 6. (2019). Microwave Acid Digestion. Method Note Compendium.

k) ITR-UCCIRT/Res-28: Limpieza y mantenimiento del espectrómetro de masas acoplado inductivamente ICP-MS AGILENT 7900.

l) ITR-UCCIRT/Res-27 Manejo de espectrómetro de masa acoplado inductivamente ICP-MS AGILENT 7900.

m) ITR-UCCIRT/Res-02 : Limpieza y mantenimiento del espectrómetro de masas acoplado inductivamente ICP-MS

n) ITR-UCCIRT/Res-12 Manejo de espectrómetro de masa acoplado inductivamente ICP-MS 7500ce

o) ITR-UCCIRT/Lab-07 “Lavado de materiales de la UCCIRT”.

p) Mendoza, B., Marcó Parra, L. M., Almao, L., Rodríguez, V. (2014). Evaluación De Dos Métodos De Digestión Ácida En El Análisis De Tejido Foliar De Caña (Saccharum Officinarum L.), Revista Ciencia y Tecnología. 7(2): 9-20.

q) Lafuente Hernández .L. (2016-2017). Optimización de un Procedimiento de Digestión en Muestras Ambientales Con Horno Microondas y Su Aplicación a La Separación Radioquímica del Po-210. Universitat Politecnica de Valencia. España.

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r) Contreras Pérez, J. B., Leticia Mendoza, C. y Gómez, A. (2004). Determinación de Metales Pesados en Aguas y Sedimentos del Río Haina. Revista Ciencia y Sociedad. 29(1).38-71.

s) Reyes, Y. C., Vergara, I., Torres, O. E., Díaz, M. y González, E. E. (2016).

Contaminación por Metales Pesados: Implicaciones en Salud, Ambiente y Seguridad Alimentaria. Revista Ingeniería, Investigación y Desarrollo. 16 (2). 66-77.

t) Lide, David. R. (2004) Handbook of Chemistry and Physics, 84th Edition. Editorial CRC Press LLC.

4. DEFINICIONES

ICP-MS: Plasma inductivamente acoplado con detector de masas m/z: Relación de masa /carga.

RPD: Diferencia porcentual relativa RSD: Desviación Estándar Relativa LOD: Límite de detección

LOQ: Límite de cuantificación 5. METODOLOGÍA

Se toma una muestra representativa de agua con ácido nítrico concentrado u opcionalmente, ácido nítrico concentrado y ácido clorhídrico concentrado, usando calentamiento por microondas. La muestra y el (los) ácido (s) se colocan en vasos o recipientes de microondas, cerrar los recipientes y colocarlo en la unidad de microondas durante un período de tiempo específico para su digestión por calentamiento. Después, se deja enfriar, luego se diluye a un determinado volumen, si es necesario se filtra, se centrifuga o se deja sedimentar. La solución analítica resultante se analiza mediante un espectrómetro de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). Las concentraciones elementales se cuantifican mediante calibración externa y se incorporan controles de calidad para garantizar la calidad de los datos.

El método es ejecutado por especialistas o técnicos autorizados en el registro Listado de Personal Autorizado para Realizar Ensayos REG-UCCIRT/Cal-11.

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5.1 Principio del método

El método describe la determinación de trazas de multielementos metálicos por ICP-MS. Los analitos de interés son extraídos de la matriz por medio de la digestión de la muestra con ácido nítrico que puede ejecutarse por sistema abierto (plancha de calentamiento) o vaso cerrado (digestión por microondas)

La solución obtenida de la digestión es analizada por el espectrómetro de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). Este extracto es ingresado al ICP-MS por el sistema de introducción a través de una bomba peristáltica, la cual llevará la solución al nebulizador que se encuentra posicionado en la cámara de enfriamiento o cámara spray. Esta nebulización ingresará al inyector y antorcha en la radio frecuencia del argón plasma. El centro del canal alcanza temperaturas de 5000 a 7000K y la temperatura en el núcleo del plasma alcanza los 10 000 °K.

Los procesos de transformación de la solución de muestra son: nebulización, desolvatación, vaporización, atomización y/o ionización, donde los iones de carga positiva son conducidos a través de la interface y por el deflector de iones a un sistema de celdas (colisión/reacción y cuadrupolo), para llegar finalmente al detector de masas.

Cada ion existente en el cuádruplo es identificado por el detector que almacena una señal de masa/carga (m/z), produciéndose un pico proporcional a la concentración del elemento.

5.2 Precauciones

5.2.1 Precauciones de seguridad

a) Se requiere mandil, mascara para ácidos, guantes y anteojos de protección y reductores de ruido.

b) Cada reactivo debe ser considerado como un peligro potencial a la salud y la exposición a estos compuestos debe ser minimizada por buenas prácticas de laboratorio.

c) Se debe lavar escrupulosamente las manos después del trabajo en el área.

d) El argón líquido es un criogénico y sofocador riesgoso potencial al momento de ser utilizado o manipulado, proceder con el cuidado respectivo.

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e) Los derrames de muestras o reactivos deben ser limpiados rápidamente con el cuidado respectivo, utilizando el material adecuado para la absorción del derrame.

5.2.2 Precauciones de operación

5.2.2.1. El lavado del material de trabajo debe realizarse siguiendo el instructivo de lavado de materiales (ITR-UCCIRT/Lab-07).

5.2.2.2. Se deben utilizar reactivos de grado analítico o superior, que cumplan las normas internacionales de calidad (ACS, ISO).

5.2.2.3. Todos los reactivos se deben almacenar en recipientes adecuados, provistos de etiquetas indicando el nombre del reactivo, fecha de preparación e iniciales del analista.

5.2.2.4. El área de digestión y análisis de las muestras deben estar libre de partículas de polvo debido a que las trazas de metales se pueden encontrar en el medio ambiente y puede existir contaminación externa.

5.2.2.5. Verificar siempre el correcto funcionamiento del sistema de gas Argón.

5.2.2.6. Se debe realizar la limpieza y mantenimiento de los equipos ICP-MS según los instructivos ITR-UCCIRT/Res-28 (Limpieza y mantenimiento del espectrómetro de masas acoplado inductivamente a plasma ICP-MS 7900) y el ITR- UCCIRT/Res-02 (Limpieza y mantenimiento del espectrómetro de masas acoplado inductivamente a plasma ICP-MS).

5.2.2.7. El correcto manejo de los equipos ICP-MS se realiza de acuerdo a los instructivos ITR-UCCIRT/RES-12 (Manejo del espectrómetro de masa acoplado inductivamente ICP-MS 7500) e ITR-UCCIRT/RES-27 (Manejo del espectrómetro de masa acoplado inductivamente ICP-MS AGILENT 7900).

5.3 Equipos y Materiales

5.3.1 Equipos e Instrumentos

a) Plasma acoplado inductivamente con espectrómetro de masa ICP-MS Agilent 7900

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b) Plasma acoplado inductivamente con espectrómetro de masa ICP-MS 7500.

c) Automuestreador automático ASX 520 Cetac.

d) Automuestreador automático prepFAST 4DX.

e) Refrigeradora.

f) Micropipetas variables de: 2-20 uL, 10-100 uL, 100-1000 uL, 1000-5000 uL.

g) Campana de extracción.

h) Sistemas de digestión por Microondas Millestone Modelo Ethos UP con rotor MAXI 44 y SK15.

i) Sistemas de digestión por Microondas CEM Modelo MARS 6 con rotor Expres 40.

j) Plancha eléctrica de calentamiento k) Estufa

5.3.2 Material

a) Tubos de centrífuga de polipropileno de 50 mL.

b) Tubos de teflón de 75ml

c) Frascos volumétricos entre 10 y 100 mL.

d) Tips para micropipetas micropipetas de: 10-100 uL, 100-1000 uL, 1000-5000 uL.

e) Embudos de filtración.

f) Papel de filtración lenta.

g) Porta Embudos.

h) Guantes sin talco.

i) Vasos de precipitado de 150 ml j) Lunas de reloj de 90 mm

5.4 Reactivos y Soluciones 5.4.1. Reactivos

a) Ácido Nítrico ultra puro: Los ácidos utilizados deben ser de alta pureza. Se recomiendan los ácidos redestilados debido a la alta sensibilidad de ICP- MS. Pueden usarse otros grados, siempre que se compruebe primero que

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el reactivo es de pureza suficientemente alta para permitir su uso sin disminuir la precisión de la determinación.

b) Ácido Clorhídrico ultra puro: Los ácidos utilizados deben ser de alta pureza.

Se recomiendan los ácidos redestilados debido a la alta sensibilidad de ICP- MS. Pueden usarse otros grados, siempre que se compruebe primero que el reactivo es de pureza suficientemente alta para permitir su uso sin disminuir la precisión de la determinación.

c) Ácido nítrico QP (para lavado)

d) Agua ultrapura tipo I, conductividad menor a 0.055 µS/cm.

k) Gas Argón de alta pureza (99.99 %).

l) Gas Helio de alta pureza (99.99%) 5.4.2. Soluciones

a) Solución de sintonización para equipo Agilent 7900 (Tunning de1 ug/L) y solución se sintonización para equipo Agilent 7500 (Tunning de 10 ug/L) ambas soluciones multielemental de (Ce, Co, Li, Tl, Y) en medio de HNO3 al 1%.

b) Solución estándar interno: Concentración a preparar es 100 ug/L en medio de 1% HNO3 . Se requiere un estándar interno apropiado para cada analito determinado por ICP-MS. Los estándares internos recomendados son 6Li, 45Sc, 89Y, 103Rh, 115In, 72Ge, 159Tb, 165Ho y 209Bi. Los estándares elegidos deben agrupar los analitos a analizar según su masa.

c) Solución de enjuague (5% HNO3): Diluir 50ml HNO3 en 1000ml con agua ultrapura.

d) Solución de Lavado (Rinse) (1% HNO3): Diluir 10ml HNO3 en 1000 ml de agua ultrapura.

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e) Solución Carrier/Diluent para el equipo Agilent 7900 (1% HNO3): Diluir 10ml HNO3 en 1000 ml de agua ultrapura.

f) Solución de Au para enjuague (5% HNO3, 0.5%HCl y 100 ppb Au): Utilizar la solución, sólo después de analizar muestras con contenido alto de Hg (por encima de 2.5 ppb), para evitar arrastre (opcional).

5.4.3. Soluciones de estándar de calibración

a) Curva de calibración: Puede utilizarse estándares multielementales de diferentes concentraciones o estándares individuales, las cuales deben ser trazables y preparadas especialmente para la técnica ICP. Para preparar los estándares de calibración se puede también prepararse soluciones Intermedias, etc. El medio de las soluciones de la curva es de 2% de HNO3.

Tabla N° 1 Niveles finales de concentraciones por elementos de Curva de Calibración

Analito STD 0 (ug/L)

STD 1 (ug/L)

STD 2 (ug/L)

STD 3 (ug/L)

STD 4 (ug/L)

STD 5 (ug/L)

Arsénico (As) 0 1 10 25 50 100

Berilio (Be) 0 1 10 25 50 100

Bario (Ba) 0 1 10 25 50 100

Cadmio (Cd) 0 1 10 25 50 100

Cobre (Cu) 0 1 10 25 50 100

Cobalto (Co) 0 1 10 25 50 100

Cromo Total (Cr) 0 1 10 25 50 100

Litio (Li) 0 1 10 25 50 100

Manganeso (Mn) 0 1 10 25 50 100

Mercurio (Hg) 0 0.05 0.5 1.25 2.5 5

Níquel (Ni) 0 1 10 25 50 100

Plomo (Pb) 0 1 10 25 50 100

Selenio (Se) 0 1 10 25 50 100

Zinc (Zn) 0 10 100 250 500 1000

*El STD 5 para Hg es opcional, utilizar solo si es necesario, sólo si se analizan muestras con concentraciones de mercurio por encima de 2.5 ppb.

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b) Preparación de controles de verificación de curva y controles de calidad de digestión: Para preparar las soluciones de control de verificación de curva, verificación de digestión y fortificación de muestra puede tomar alícuotas de soluciones Intermedias o estándares multielementales. El medio acido de la solución es 2% HNO3.

Tabla N° 2: Tipos de controles de calidad

Tipo de control Abreviatura

Control de verificación inicial de Curva Nivel Bajo ICVbajo

Control de verificación inicial de Curva Nivel Alto ICValto

Control de verificación continuo de Curva Nivel Bajo CCVbajo

Control de verificación continuo de Curva Nivel Alto CCValto

Control de Digestión Ctrl_Dig Fortificación de Matriz o Adición FM

Tabla N° 3: Concentración Final de Analitos en estándares de calidad Verificación de curva

Analito

ICVbajo y CCVbajo

(ug/L)

ICValto y CCValto

(ug/L)

Control de Digestión (Ctrl_Dig)

Fortificación de Matriz o

Adición (FM)

Arsénico (As) 5 50 50 50

Bario (Ba) 5 50 50 50

Berilio (Be) 5 50 50 50

Cadmio (Cd) 5 50 50 50

Cobre (Cu) 5 50 50 50

Cobalto (Co) 5 50 50 50

Cromo Total

(Cr) 5 50

50 50

Litio (Li) 5 50 50 50

Manganeso

(Mn) 5 50

50 50

Mercurio (Hg) 0.25 2.5 2.5 2.5

Níquel (Ni) 5 50 50 50

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Plomo (Pb) 5 50 50 50

Selenio (Se) 5 50 50 50

Zinc (Zn) 50 500 500 500

5.5 Análisis de la Muestra 5.5.1 Preparación de la Muestra

Para la determinación de los metales totales en muestras acuosas, las muestras no se filtran, sino que se preservan con ácido nítrico (1 + 1) a pH <2 (normalmente, 3 mL de ácido (1 + 1) por litro de muestra es suficiente para la mayoría de las muestras de agua potable y ambiental). La acidificación se realiza en el momento de la recolección así mismo se recomienda que las muestras se envíen al laboratorio máximo dentro de las dos semanas posteriores a la recolección y luego de haber sido preservada con solución ácida. Antes de tomar la alícuota para su procesamiento o análisis directo verificar pH <2.

5.5.2 Proceso de digestión en horno microondas

a) Mida una alícuota de 45 ml de una muestra homogeneizada bien agitada utilizando un dispositivo volumétrico apropiado de medición, y transfiera cuantitativamente la alícuota a un vaso de digestión del rotor a utilizar (Xpress 40, MAXI-44 o SK-15) de los equipos de microondas (MILLESTONE ETHOS UP Y CEM MARS 6), recipientes equipados con un mecanismo de alivio de presión controlado. Las muestras muy reactivas o contaminadas pueden requerir dilución. Registrar los códigos de muestras y las alícuotas tomadas en REG-UCCIRT/Res-10 (Registro de toma de muestra).

b) Agregue 4 ± 0.1 mL de ácido nítrico concentrado y 1 ± 0.1 mL de ácido clorhídrico concentrado al recipiente en una campana extractora (o recinto con escape de humos). La adición de ácido clorhídrico concentrado al ácido nítrico estabiliza Ag, Ba y Sb y altas concentraciones de Fe y Al en

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solución. Sin embargo, la adición de ácido clorhídrico puede limitar las técnicas de cuantificación o aumentar las dificultades de análisis para algunos sistemas de cuantificación.

c) Selle el recipiente de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

Coloque correctamente el recipiente en el sistema de microondas de acuerdo con las especificaciones recomendadas por el fabricante.

d) La temperatura de cada muestra debe elevarse a 170 ± 5 EC en aproximadamente 10 min y permanecer en 170 ± 5 EC durante 10 min.

e) Cuando se deba digestar menos de la cantidad recomendada, tomar la alícuota a trabajar y completar el volumen requerido de muestra de 45 ml con agua ultrapura y agregar la cantidad de ácidos mencionados en el punto b.

f) Al finalizar el programa de microondas, retirar los recipientes y dejar enfriar en la campana de digestión. Cuando los recipientes se hayan enfriado hasta casi la temperatura ambiente, destape los recipientes con cuidado, siguiendo el procedimiento recomendado por el fabricante del recipiente. Transfiera cuantitativamente la muestra a los recipientes. Si la muestra digerida contiene partículas que pueden obstruir los nebulizadores o interferir con la inyección de la muestra en el instrumento, la muestra se puede centrifugar, dejar que se asiente o filtrar.

 Para los controles de blancos y blancos fortificados, adicionar 45 ml de agua ultrapura.

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Tabla N° 4: Condiciones de digestión en microondas

MÉTODO EQUIPO ROTOR

TIEMPO DE RAMPA

TIEMPO DE DIGESTIÓN

TEMPERATURA (°C)

Aguas - 3015B

Millestone ETHOS

UP

SK-15 00h :10

min 00h :10 min 170 Aguas -

3015B

Millestone ETHOS

UP

MAXI-44 00h:10

min 00h :10 min 170 Aguas -

3015B

CEM MARS 6

EXPRESS 40

00h :10

min 00h :10 min 170

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Gráfico 1

Leer muestras Incluir Blancos de lavado y controles de calidad del área instrumental.

4) REPORTE DE RESULTADOS

El analista colocará los resultados en REG-UCCIRT/Lab- 61

Los especialistas del área revisaran los resultados para finalmente colocar el reporte en el sistema.

Sintonizar el equipo ICPMS ( 7500 o 7900)utilizando solución tuning de 10 o 1 ppb

AGILENT 7900: MODO NO GAS (Mcps/mg/L) 7Li ≥ 25.5, 89Y ≥ 127.5, 205Tl ≥ 76.5

MODO He (Mcps/mg/L) 59Co ≥ 23.8

AGILENT 7900: MODO NO GAS 156 Ce / 140 Ce ≤ 1.38%, 70 Ce / 140 Ce ≤ 2.30%

Preparar por gravimetría curva de calibración. Calcular la alicuota a pesar utilizando la siguiente ecuación.

Alicuota a pesar (gr)=Densidad de solución×Alicuota calculada(ml)

6 niveles de curva según tabla .

Lectura de curva de calibración Verificar linealidad de los analitos R²> 0.995 Enfriar y trasvasar las muestras a los tubos para análisis por ICP-MS AGILENT 7500: MODO NO GAS (Mcps/mg/L) 7Li≥ 25 .5 89

Y≥ 68.0, 205Tl ≥ 34

3) ANÁLISIS EN EL EQUIPO ICPMS AGILENT 7500: MODO NO GAS 156 Ce / 140 Ce ≤ 1.88%, 70 Ce / 140 Ce ≤ 3.5%

Cerrar los tubos teflón y colocar en el rotor y equipo correspondiente

Programar la digestión de las muestras según equipo, rotor y para el caso del Millestone Maxi, la cantidad de vasos.

Tiempo de rampa 00:10 min,tiempo de digestión 00:10 min;temperatura de digestión 170°C (Millestones ETHOS

Up y CEM MARS 6) 2) DIGESTIÓN VASO CERRADO

Tome una alicuota de 45 ml de una muestra homogenizada y agitada y trasvaselo a los tubos de teflón del microndas

Agregue 4 +/- 0.1mlHNO3 CC+ 1 ml HCl cc

OPERACIÓN ESPECIFICACIONES

1) PREPARACION DE MUESTRA

Verificar ph < 2 Preservar con aproximadamente 3ml HNO3(1+1) por litro de muestras

CE = (Con (ug/L)) x

) x x FD

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*FD = Factor de dilución

5.5.3 Proceso de digestión en plancha de calentamiento

5.5.3.1. Pretratamiento para metales totales.

 En un vaso de 100 ml se toma 50 ml de agua ultrapura como blanco de reactivos y se registran en el REG-UCCIRT/Res-10 Registro de Toma de Muestras, el cual es indicado en el procedimiento PRO-UCCIRT/Lab-06 Control de Datos.

 Se agita vigorosamente la muestra y se toma 50 ml en una probeta graduada y se trasfiere a un vaso de 150 ml

 Inmediatamente en una campana extractora de gases se añade 1 ml de ácido nítrico concentrado a cada muestra y al blanco de reactivos, se lleva a la plancha eléctrica y se evapora lentamente hasta un volumen mínimo de 25 ml (no debe hervir). (95 °C)

 Se transfiere la muestra digestada a un frasco volumétrico de 50 ml, se lava las paredes y se enraza con agua ultrapura.

 Se transfiere a un tubo identificado en caso lo requiera y se coloca en el automuestreador del ICP-MS.

 Para muestras con contenidos de turbidez menor a 1 NTU se procede al análisis directo, con medio de 1% HNO3, sin digestión en plancha de calentamientos (ejemplo agua ultrapura, agua potable, agua destilada),

5.6 Optimización del Equipo:

5.6.1 Sintonización del Equipo:

Es importante el chequeo y la sintonización del equipo mediante la solución de sintonización (Tunning) que contiene los elementos Ce, Co, Li, Tl, Y para los equipos Agilent 7900 y 7500. Las soluciones tune nos ayudan a visualizar la sensitividad del equipo, comparando con niveles óptimos, y así garantizar la calidad de los resultados emitidos por el equipo. Estos resultados obtenidos se reportan en la prueba de Tunnig, cuyos criterios preestablecidos del equipo se visualizan en la

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tabla 5 para el equipo ICP- MS Agilent 7500 y en la tabla 6 para el equipo Agilent 7900.

El Tunning se realiza según el Instructivo Manejo del espectrómetro de masa acoplado inductivamente ICP-MS (ITR-UCCIRT-RES-02) para el equipo ICP-MS 7500 y para el equipo Agilent 7900 con el ITR-UCCIRT/Res-27.

Tabla N° 5: Criterios óptimos de sintonización equipo Agilent 7500

Especificaciones Resultados Sensibilidad

(7)Li (89)Y (205)Tl

>25.5 Mcps

>68.0 Mcps

>34.0 Mcps Óxidos

Ce ¹⁵⁶ / Ce ¹⁴⁰

<1.8%

Doble Carga Ce ⁷⁰ / Ce ¹⁴⁰

<3.5%

Resolución de masa Li @10%

Y @10%

Tl @10%

0.65 a 0.80 0.65 a 0.80 0.65 a 0.80

Tabla N° 6: Criterios óptimos de sintonización equipo Agilent 7900 MODO NO GAS

ESPECIFICACIONES CONDICIÓN VALOR

SENSIBILIDAD

7 Li ≥ 20.0 Mcps/mg/L (20000 cps/ug/L)

89 Y ≥ 96.0 Mcps/mg/L (96000 cps/ug/L)

205 Tl ≥ 58.0 Mcps/mg/L ( 58000 cps/ug/L)

ÓXIDOS

156 Ce / 140 Ce ≤ 1.38%

DOBLE CARGA

70 Ce / 140 Ce ≤ 2.3%

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BACKGROUND (cps)

7 Li ≤ 6.9

89 Y ≤ 4.6

205 Tl ≤ 11.5

MODO He

ESPECIFICACIONES CONDICIÓN VALOR

SENSIBILIDAD

59 Co ≥ 18.0 Mcps/mg/L ( 18000 cps/ug/L)

BACKGROUND (cps)

78 Se ≤ 115

5.6.2 Parámetros del método

Las condiciones del método se crean según el Instructivo Manejo del espectrómetro de masa acoplado inductivamente ICP-MS 7500T(ITR- UCCIRT/Res-12), y del equipo Agilent 7900 (ITR-UCCIRT/Res-27), sólo crear la nueva corrida con las plantillas preestablecidas, con las condiciones operativas del equipo y la curva de calibración ya elaborada.

El método se denomina “AGUAS” y se encuentra preestablecida en los softwares de los equipos AGILENT 7900 y AGILENT 7500. Seguidamente se crea una secuencia de análisis para las muestras que se van a analizar. Los parámetros del método se presentan en la tabla 10. Los estándares internos compensan los efectos de la matriz y la deriva instrumental.

5.7 Interferencias

5.7.1. Las interferencias elementales isobáricas en ICP-MS son causadas por isótopos de diferentes elementos que forman iones atómicos con la misma relación nominal masa-carga (m / z). Se debe utilizar un sistema de datos para corregir estas interferencias. Esto implica determinar la señal para otro isótopo del elemento interferente y restar la señal apropiada de la señal del isótopo del analito. Dado que los instrumentos

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comerciales ICP-MS proporcionan nominalmente una resolución unitaria al 10% de la altura del pico, las corrientes de iones muy altas en masas adyacentes también pueden contribuir a las señales de iones en la masa de interés. Aunque este tipo de interferencia es poco común, no se corrige fácilmente, y las muestras que presenten un problema significativo de este tipo podrían requerir una mejora de la resolución, una separación de la matriz o un análisis con otro isótopo verificado y documentado, o el uso de otro método.

5.7.2. Las interferencias de iones isobáricos moleculares y de iones doblemente cargados en ICP-MS son causadas por iones que constan de más de un átomo o carga, respectivamente. La mayoría de las interferencias isobáricas que podrían afectar las determinaciones de ICP-MS se han identificado. Incluyen el ion ⁷⁵ArCl⁺ en la señal de ⁷⁵A y los iones MoO⁺ en los isótopos de cadmio. Si bien el enfoque utilizado para corregir las interferencias isobáricas moleculares se demuestra a continuación utilizando las abundancias de isótopos naturales de la literatura (Lide. 2004. Pág. 12), los coeficientes más precisos para un instrumento se pueden determinar a partir de la relación de las señales isotópicas netas observadas para una solución estándar en una concentración que proporciona estadísticas de recuento adecuadas (<1 por ciento). Debido a que la abundancia natural de ³⁵Cl es del 75.77%

es 3.13 veces la abundancia de ³⁷Cl del 24.23 %, la corrección de cloruro para el arsénico se puede calcular (aproximadamente) como sigue (donde la contribución de ³⁸Ar³⁷Cl⁺ en m/z 75 es un 0.06%

insignificante de la señal de ⁴⁰Ar³⁵Cl⁺):

Señal de arsénico corregida = (señal m/z 75) - (3,13) (señal m/z 77) + (2,73) (señal m/z 82),

donde el término final se ajusta para cualquier contribución de selenio a 77 m/z,

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NOTA: Los valores de arsénico pueden tener un sesgo alto por este tipo de ecuación cuando la señal neta en m/z 82 es causada por iones distintos de ⁸²Se⁺, (por ejemplo, ⁸¹BrH⁺ de desechos de bromo).

De igual manera,

Señal de cadmio corregida = (señal m/z 114) - (0,027) (señal m/z 118) - (1,63) (señal m/z 108),

donde los 2 últimos términos se ajustan para cualquier contribución de

114Sn⁺ o ¹¹⁴MoO⁺ en m/z 114.

NOTA: Los valores de cadmio se desviarán hacia abajo por este tipo de ecuación cuando los iones ⁹²ZrO⁺ contribuyan en m/z 108, pero el uso de m/z 111 para Cd está sujeto a interferencias aditivas directas (⁹⁴ZrOH⁺) e indirectas (⁹⁰ZrO⁺) cuando Zr es regalo.

NOTA: En cuanto a la ecuación de arsénico anterior, los coeficientes podrían mejorarse. Los coeficientes más apropiados para un instrumento en particular se pueden determinar a partir de la relación de las señales isotópicas netas observadas para una solución estándar a una concentración que proporcione una precisión de recuento adecuada (<1 por ciento).

5.7.3. Las interferencias físicas están asociadas con los procesos de nebulización y transporte de muestras, así como con las eficiencias de transmisión de iones. Los procesos de nebulización y transporte pueden verse afectados si un componente de la matriz provoca un cambio en la tensión superficial o la viscosidad. Los cambios en la composición de la matriz pueden causar una supresión o mejora significativa de la señal. Los sólidos disueltos pueden depositarse en la punta del nebulizador de un nebulizador neumático y en los skimmers de la interfaz (reduciendo el tamaño del orificio y el rendimiento del instrumento). Actualmente se recomiendan niveles de sólidos totales

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por debajo del 0,2% (2000 mg / L) para minimizar la deposición de sólidos. Se puede utilizar un patrón interno para corregir las interferencias físicas, si se empareja cuidadosamente con el analito de modo que los dos elementos se vean afectados de manera similar por los cambios en la matriz. Cuando hay interferencias físicas intolerables en una muestra, se observará una supresión significativa de las señales estándar internas (a menos del 30% de las señales obtenida del blanco de calibración). La dilución de la muestra hasta en 5 veces generalmente eliminaría el problema.

5.7.4. Pueden producirse interferencias de memoria o arrastre cuando existen grandes diferencias de concentración entre muestras o estándares que se analizan secuencialmente. La deposición de la muestra en los conos del muestreador y del skimmer, el diseño de la cámara de pulverización y el tipo de nebulizador afectan el alcance de las interferencias de memoria que se observan. El período de enjuague entre muestras debe ser lo suficientemente largo para eliminar una interferencia significativa en la memoria.

5.8 Aseguramiento de la calidad

El aseguramiento de calidad para el presente método se basa en los criterios establecidos en el PRO-UCCIRT/Lab-03 (Control y aseguramiento de la calidad). El cual comprende dos tipos de control de calidad (control de calidad Interno y Control de Calidad Externo).

5.8.1. Blanco de reactivo (Bk-QC): Se obtiene a través del análisis realizado únicamente a los reactivos sin la presencia de la muestra. Permiten detectar errores positivos debidos a sustancias interferentes del sistema analítico El blanco de reactivo no debe originar señales interferentes que sugieran contaminación esporádica.

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5.8.2. Blanco de calibración (Bk-Cal): Volumen de agua con el mismo medio de preservación que los estándares de calibración o niveles. El blanco de calibración es un estándar cero y se utiliza para calibrar el instrumento ICP o autocerar.

5.8.3. Muestras fortificadas (MF): Es la muestra que se ha fortificado con el analito de interés. El MF se analiza exactamente como una muestra, y su propósito es determinar si la matriz de la muestra contribuye al sesgo de los resultados analíticos. Las concentraciones de fondo de los analitos en la matriz de la muestra deben determinarse en una alícuota separada y los valores medidos en el MF deben corregirse para las concentraciones de fondo

5.8.4. Muestra duplicada (MD): Son muestras tomadas por duplicado y digestadas con el mismo procedimiento. Los análisis de duplicados indican la precisión asociada con los procedimientos de laboratorio, pero no con los procedimientos de recolección, conservación o almacenamiento de muestras.

5.8.5. Blancos digestados (Bkdig): Se utilizan para evaluar la contaminación del entorno del laboratorio y los reactivos en la etapa de digestión.

5.8.6. Control de verificación inicial y continua (ICV y CCV): Blanco a la que se añade cantidades conocidas de los analitos del método en el laboratorio. Se preparan soluciones de control alto y bajo para verificación inicial (ICVbajo y ICValto) y verificación continúa (CCVbajo y CCValto), se recomienda que el estándar de control sea de un lote diferente al utilizado para la construcción de la curva, el valor obtenido estará muy cercano a la concentración añadida.

5.8.7. Control de blanco inicial y continua (ICB y CCB): Se preparan blancos reactivos y se colocan después de los controles de verificación inicial y continua (ICV y CCV) en la secuencia.

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5.8.8. Control de Digestión (Ctrldig): es una muestra que tiene reactivos a la que se añaden cantidades conocidas de los analitos del método en el laboratorio, y se coloca al final del lote de digestión. El control de digestión se analiza exactamente como una muestra, y su propósito es determinar si la metodología está bajo control y si el laboratorio es capaz de realizar mediciones exactas y precisas

5.9 Secuencia y Controles de Calidad del Método.

La secuencia de análisis es el orden de lectura de las muestras programadas, este se establece en el software Qtegra del ICP-MS Thermo según el ITR- UCCIRT/Res-24 (Manejo de espectrómetro de masa acoplado inductivamente ICP-MS iCAP-RQ Thermo) y en el software MassHunter para el equipo Agilent 7900, según el ITR-UCCIRT/Res-xx (Manejo de espectrómetro de masa acoplado inductivamente ICP-MS Agilent 7900) La secuencia de análisis del considerando los siguientes:

5.9.1. Blanco Lavado

Antes de iniciar la curva pasar por lectura dos blancos, con el fín de estabilizar el equipo, y las soluciones tengan un ingreso constante.

5.9.2. Estándares de calibración

Calibrar utilizando el blanco de calibración y al menos 3 estándares de elementos múltiples.

a) Incluir el blanco de calibración como un punto en la curva de calibración (0 μg / kg de calibrante)

b) Verificar el desempeño de la estandarización; el coeficiente de correlación de regresión lineal debe ser r ≥ 0,995 o r² ≥ 0.990 5.9.3. Blanco Reactivo (BK-QC)

Después de los estándares de calibración, los valores deben ser ≤LOQ

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5.9.4. Solución de verificación de calibración inicial (ICV)

Analice la solución de verificación de calibración inicial (ICVbajo e ICValto) para verificar la estandarización. La recuperación debe ser 100 ± 20%

para continuar. Si ICV falla, vuelva a analizar una vez. Si ICV vuelve a fallar, determine la fuente del problema y solucione antes de continuar.

5.9.5. Solución de verificación de blanco inicial (ICB)

Después de la solución de verificación de calibración (ICV), los valores deben ser ≤LOQ

5.9.6. Blanco digestado

Considerar dos como mínimo por lote digestado, los valores deben ser

≤LOQ

5.9.7. Material de referencia certificado (MRC)

Se recomienda utilizar material de referencia en la secuencia. Este debe ser de una matriz que coincida o ser lo más cerca posible a la matriz analizada. Los MR internos son aceptables si no hay MRC disponible y/o el MR interno está bien caracterizado.

% MR Recuperación del valor real: 80 - 120% cuando las concentraciones sean > LOQ.

5.9.8. Muestras

Las concentraciones de la solución analítica de muestra deben ser menores que la concentración estándar más alta de la curva. Diluir la solución analítica si es necesario.

5.9.9. Estándar Interno: Las intensidades de todos los estándares internos deben monitorearse para cada análisis. La respuesta absoluta de cualquier estándar interno no debe desviarse más del 60-125% de la respuesta original en el blanco de calibración. Si se observan desviaciones mayores que estas, lave el instrumento con el blanco de

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enjuague y monitoree las respuestas en el blanco de calibración. Las posibles causas de la desviación pueden ser un cono de muestreo parcialmente bloqueado o un cambio en la condición de afinación del instrumento.

5.9.10. Duplicados de muestras

Se colocarán 1 replica por cada 11 muestras como máximo.

• El RPD debe ser < 20% para replicar porciones analíticas cuando la concentración sea > LOQ.

• Si no se alcanza RPD < 20%, vuelva a analizar las soluciones analíticas replicadas una vez. Si aún no se logra un RPD aceptable, se debe investigar y corregir la fuente de la imprecisión. Puede ser necesario volver a analizar toda la porción de secuencia analítica, diluir y /o digerir nuevas porciones analíticas.

5.9.11. Muestras fortificadas (MF): Se colocará 1 muestra fortificada después por cada 11 muestras como máximo, La fortificación de muestra debe recuperarse entre 80 - 120% de la solución sintética adicionada.

5.9.12. Solución de verificación de calibración continua (CCV) La solución de verificación de calibración continua alta y baja (CCValta

y CCVbaja) se analiza a una frecuencia aproximada del 10% o después de cada control de calidad de digestión, y al final de la secuencia analítica. La recuperación debe ser del 100 ± 20% para continuar. Si CCV falla, vuelva a analizar una vez. Si la CCV vuelve a fallar, vuelva a analizar las muestras analizadas después de la última CCV aceptable.

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5.9.13. Solución de verificación de blanco inicial (CCB)

Blanco de calibración continua (CCB) es analizado a una frecuencia aproximada del 10% o después de cada control de calidad de digestión, y al final de la secuencia analítica, este valor debe ser <LOQ para continuar. Si CCB falla, vuelva a analizar una vez. Si el CCB vuelve a fallar, vuelva a analizar las muestras analizadas después del último CCB aceptable. Si el CCB falla por tercera vez, reinicie la secuencia analítica con un tiempo de lavado más largo y / o prepare nuevos digestiones, estándares y soluciones de control de calidad

5.9.14. Control de digestión. (Ctrldig).

La solución sintética de digestión debe tener un porcentaje de recuperación de 80 - 120%, y sé colocará un control por cada lote de muestras digestadas.

5.9.15. Rendimiento de la medición del instrumento

 Analice el estándar más alto, el blanco reactivo y el ICV en ese orden. Este orden mostrará si el tiempo de enjuague es adecuado.

 El RSD de las réplicas debe ser ≤ 10% para todas las soluciones que tengan como respuesta del instrumento un valor mayor a 5 veces el LOQ. Si la RSD excede el 10%, determine la fuente del ruido y solucione antes de continuar.

En la Tabla 10 se muestra un ejemplo de la secuencia analítica, en donde se considera una secuencia de 10 muestras, esto puede variar según las matrices a analizar y el ritmo de trabajo, ya que se puede adicionar más blancos para el lavado del sistema de ingreso, la repetición de algunos controles según sea necesario, etc.

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Tabla N° 7: Secuencia recomendada para el análisis

Según la programación interna del laboratorio la frecuencia y criterios de aceptación para los controles de calidad son los siguientes:

Tabla N° 8: Control de Calidad

Agrupamiento Solución Criterios QC

Nivel 1 - Bk - Curva Nivel 2

Nivel 3 Nivel 4 Nivel 5 Nivel 6

Bk-QC ≤ LOQ

ICVbajo Recuperación 80%-120%

ICValto Recuperación 80%-120%

ICB ≤ LOQ

BK-DIG1 BK-DIG2

MRC o MR Recuperación 80-120% para MR

Sample 1 Sample 2 Sample 3 Sample 4 Sample 5 Sample 6 Sample 7 Sample 8 Sample 9 Sample 10

Sample 10-dup ≤20% RPD

Sample 10-fortificado Recuperación 80-120%

CCVbajo Recuperación 80-120%

CCValto Recuperación 80-120%

CCB ≤ LOQ

Sample 1 Sample 2 Sample 3 Sample 4 Sample 5 Sample 6 Sample 7 Sample 8 Sample 9 Sample 10

Sample 10-dup ≤20% RPD

Sample 10-fortificado Recuperación 80-120%

Ctrldig Recuperación 80-120%

CCVbajo Recuperación 80-120%

CCValto Recuperación 80-120%

CCB ≤ LOQ

Grupo 2

r ≥ 0.9975 o r²≥ 0.9950 Curva de Calibración

≤ LOQ

Grupo 1

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Parámetro de calidad

interno

Frecuencia Criterio de aceptación

Acción inmediata

Acciones en casos reiterativos

Muestra duplicada

Cada 11 muestras analizadas como máximo

RPD <20%

Repetir la muestra analizada

Verificar la homogeneidad de la

muestra y repetir el análisis de los

duplicados

Muestra fortificada

Recuperación (80-120%)

Verificar la homogeneidad de la

muestra y repetir el análisis de la muestra

fortificada Blanco

digestado

Al final del

lote analizado < LOQ

Verificar procesos de análisis de muestra

Blanco Reactivo

< LOQ

Corroborar la lectura nuevamente,

verificar parámetros de

tunning

Verificar calidad de agua usada. Repetir lote

analizado.

Control estándar de verificación.

(ICV y CCV)

Verificar estándares y fechas de vencimiento, calibrar nuevamente y repetir corrida de análisis

del lote analizado Control de

digestión

Al final del lote de digestión

Repetir lote analizada

Verificar proceso de digestión de muestra

5.10 Cálculo y expresión de resultados.

5.10.1. Los resultados emitidos por el Equipo ICP-MS presentados en la ventana de del software MassHunter del equipo Agilent 7900 y 7500, se registran en la hoja de trabajo REG-UCCIRT/Lab-61, disponible en el procedimiento PRO-UCCIRT/Lab-02.

5.10.2. Si se han realizado diluciones es necesario considerar los factores involucrados en el cálculo final.

5.10.3. El Cálculo de la concentración del metal de interés en la muestra es de acuerdo a :

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𝑪_𝑬 =

(= (𝑪 ( ) ×

)) × 𝑽

𝑽 × 𝑭𝑫

Donde:

CE = Concentración de la solución de la muestra en (mg/L) 𝐶𝑜𝑛𝑐 = Concentración de la muestra (µg/L)

𝑉_{𝑎𝑓𝑜𝑟𝑜} = Volumen de aforo.

𝑉_{𝑎𝑙𝑖𝑐𝑢𝑜𝑡𝑎} = Volumen de toma de muestra.

𝐹_𝐷 = Factor de dilución

5.10.4. Calculo de la recuperación de las muestras fortificadas

%𝑹 𝒑 ó = [𝑪_𝑿+𝑺− 𝑪_𝑿

𝑪_𝑺 ] × Donde:

𝐶_𝑋+𝑆 = Concentración determinada en la muestra enriquecida (μg / L) 𝐶_𝑋 = Concentración determinada en la muestra no enriquecida (μg / L) 𝑪_𝑺 = Concentración de la solución de adición (μg / L)

5.10.5. Calculo del RPD

𝑹𝑷𝑫 % = |𝑫 − 𝑫_𝟐| (|𝑫 + 𝑫_𝟐|

𝟐 )

×

Donde:

𝑅𝑃𝐷 = Diferencia porcentual relativa.

𝐷₁ = Valor de la primera muestra

𝐷₂ = Valor de análisis de muestra duplicado 6. ANTECEDENTES

No aplica.

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7. ANEXOS No aplica.