DETERMINACION DEL LIMITE DE DETECCION INSTRUMENTAL (LDI) Y LIMITE DE CUANTIFICACION INSTRUMENTAL (LCI) EN ELEMENTOS TRAZA DE AGUA SUBTERRANEA
Israel Quino*, Oswaldo Ramos, Elvira Guisbert
1Laboratorio de Hidroquímica, Instituto de Investigaciones Químicas, UMSA, La Paz – Bolivia
*Autor corresponsal: israelqmc@gmail.com
ABSTRACT
The determination of the instrumental detection and quantification limits in underground trace water samples have been achieved.
RESUMEN
]]> La necesidad de diferenciar la señal más pequeña de un analito medido por el equipo de Absorción Atómica del ruido de fondo generado por el mismo, lleva a la determinación del LDI para cuatro elementos traza de agua subterránea: hierro, cadmio, zinc y plomo. La metodología usada es la recomendado por: “Métodos Analíticos para Espectrometría de Absorción Atómica Perkin Elmer, AAnalyst 100”, fue verificado y corregido de acuerdo a las condiciones de trabajo. El límite de cuantificación instrumental se calcula tomando en cuenta la definición, aplicando la siguiente expresión: LCI = 3,3 LDI.Los valores del LDI se verificaron de la siguiente forma: se prepararon soluciones, una de concentración similar al LDI hallado y otras de mayor concentración. Estas soluciones se midieron en el equipo y se observo que en algunos casos las concentraciones no se repetían (Cd y Zn), esto evidencio que el valor verdadero del LDI para estos analitos estaba por encima del valor que se había hallado, por lo tanto se corrigieron los nuevos valores del LDI, en los otros dos analitos (Fe y Pb) se verificaron los valores del LDI hallados, por que los valores de las concentraciones preparadas coincidían con las medidas por el equipo.
Key Words: Límite de detección instrumental, límite de cuantificación instrumental, elementos traza, metodología
INTRODUCCION
Dentro de la realización del análisis de muestras de elementos traza en aguas subterráneas, se tropezó con el problema que implicaba realizar la lectura de estos elementos en un Espectrómetro de Absorción Atómica (EAA) por la técnica de llama. Por ello la necesidad de diferenciar la señal más pequeña de un analito medido por este equipo de Absorción Atómica, del ruido de fondo generado por el mismo, esta necesidad lleva a la determinación del Límite de Detección Instrumental (LDI) y Límite de Cuantificación Instrumental (LCI) para cuatro elementos traza: hierro, cadmio, zinc y plomo.
Figura Nº 1 Relaciones entre ruido de fondo y los Límites de Detección y Cuantificación (Curso: Validación de Metodologías Analíticas) [1]
]]> Según la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, 1975) definió al Límite de Detección como un número expresado en unidades de concentración (o cantidad) que describe el más bajo nivel de concentración (o cantidad) de un sustancia que puede determinarse como estadísticamente diferente del blanco analítico [2].Según The American Chemical Society (1980) se refiere al límite de detección como la más baja concentración de un analito que un procedimiento analítico puede detectar fidedignamente [2].
Las definiciones que se usaron en este trabajo son las siguientes:
Límite de Detección Instrumental (LDI)
El límite de detección instrumental se define como la concentración del elemento que producirá un cociente de la señal/ruido de 3. Así, el límite de detección considera la amplitud de la señal y el ruido de la línea de fondo, además la concentración más baja que se puede distinguir claramente a partir del cero [3].
Límite de Cuantificación Instrumental (LCI)
El límite instrumental de cuantificación, se puede definir como la cantidad más pequeña de un analito que se pueda cuantificar confiablemente por el instrumento [2]. Generalmente se acuerda la cuantificación como la señal para una concentración igual a 10 veces la desviación estándar del blanco. Esto se llama el límite de la cuantificación o límite de la determinación, por ello: LC = 3,3 LD [4].
Tabla Nº 1 Relación entre el límite de detección y límite de cuantificación [4]
DISCUSION Y RESULTADOS
]]> El LDI hallado por la metodología para el caso de zinc y cadmio proporciona valores menores en relación a los otros dos analitos (Tabla Nº 3), en primera instancia se podría indicar que el EAA AAnalyst 100, tiene alta sensibilidad para la determinación de estos elementos, pero es importante tratar con cuidado los resultados que nos proporciona esta metodología, ya que al verificar experimentalmente los valores de LDI hallados se puede apreciar (Tabla Nº 4) que la metodología proporciona valores repetibles para hierro y plomo pero no así para zinc y cadmio.
Tabla Nº 5 Hoja de cálculo del Límite de Detección Instrumental y Límites de Cuantificación para Cadmio
Esta diferencia radica principalmente por que esta metodología depende principalmente de los límites de detección instrumentales de referencia y como se aprecia en la Tabla Nº 2 los LDI de referencia para el cadmio y zinc son menores en relación a los LDI de referencia de hierro y plomo, por ello los LDI hallados por esta metodología son mucho menores al los LDI de hierro y plomo. Por lo que a la hora de verificar estos valores en EAA unos son repetibles y otros no.
Es evidente de todas formas que la estabilidad del zinc y cadmio es ligeramente mayor al hierro y plomo cuando se realiza la determinación de estos analitos en el EAA Analyst 100, esto se puede aseverar por que los LDI hallados bajo nuestras condiciones rutinarias en el laboratorio (verificados experimentalmente) (Tabla Nº 4) son menores para zinc y cadmio.
EXPERIMENTAL
El método que se uso fue el recomendado por: “Métodos Analíticos para Espectrometría de Absorción Atómica Perkin Elmer, AAnalyst 100” [3], fue verificado y corregido de acuerdo a las condiciones de trabajo.
Se utilizo el valor de referencia para el LDI que indica la guía para un EAA modelo AAnalyst 800, para la técnica de llama, ya que no se contaba con los valores de referencia para el EAA modelo AAnalyst 100.
]]> Tabla Nº 2 Limite de Detección Instrumental de Referencia para EAA Perkin Elmer AAnalyst 800 [5]
Procedimiento
Para los cuatro elementos se siguió el mismo procedimiento. Se multiplico el valor de referencia del LDI (Tabla Nº 2) por 5, esta es el estándar bajo y se prepara 10 soluciones de la misma concentración, se repite el mismo proceso pero esta vez se multiplica por 10 el valor de referencia, esta es la estándar alto, además se preparan 21 blancos.
Las soluciones del estándar bajo y alto de cada elemento y los blancos fueron preparados en HNO3(c) al 1% v/v [3]. Se establece la línea base en el instrumento con agua destilada y se procede a realizar las lecturas de la absorbancia de las soluciones de la siguiente forma: primer blanco, estándar bajo, segundo blanco, estándar alto, tercer blanco y así sucesivamente hasta completar las 10 lecturas de ambos estándares, finalizando en la lectura del blanco número 21, como se aprecia en al Figura Nº 2.
Figura Nº 2 Secuencia de la lectura de las diferentes soluciones en el EAA
Una vez realizada la lectura de todas las soluciones, se obtiene el promedio de los blancos que se encuentran entre la lectura del estándar bajo o alto, a este promedio se le resta el valor de cada lectura hecha para el estándar bajo o alto (Tabla Nº 5).
Con los valores de cada diferencia se obtiene un promedio (X) de estándar alto o bajo y la desviación estándar (DS) para ambos estándares. Finalmente se reemplazan los valores en la Ecuación Nº 1.
Ecuación Nº 1
DS: Desviación estándar de las mediciones del estándar alto o bajo
X: Promedio de las mediciones del estándar alto o bajo
3: Por la definición, la precisión obtenida en los niveles del límite de detección es +/- 33% cuando se utiliza un criterio de la desviación de estándar 3 [3] (Tabla Nº 1). IUPAC indica que el valor 3σ (3DS) corresponde a un nivel de la confianza de cerca del 90 %.
Se realiza el cálculo por separado para ambos estándares: alto y bajo (Tabla Nº 5), con los valores que se tiene se obtiene un promedio, este valor representa el LDI.
El límite de cuantificación instrumental se calculo tomando en cuenta la definición y las anteriores relaciones, aplicando la siguiente expresión [4]:
LCI = 3,3 LDI Ecuación Nº 2
En la Tabla Nº 5 se muestra los valores y su tratamiento estadístico para la obtención del LDI del cadmio.
Verificación y corrección de los límites de detección instrumental
Los valores obtenidos del LDI para los cuatro elementos se verificaron de la siguiente forma: primero se prepararon soluciones de concentración similar a los cuatro valores del LDI hallados por la metodología usada, (Tabla Nº 3) considerando estas concentraciones como las menores o mínimas que podrían ser diferenciada del ruido de fondo en el equipo, a partir del valor de estas concentraciones se prepararon otras soluciones de mayor concentración.
]]> Todas las soluciones se prepararon a partir de soluciones estándar de concentración conocida, luego se realizo la lectura de las mismas, mediante una curva analítica en el EAA Analyst 100.Las concentraciones leídas fueron comparadas con las concentraciones preparadas y se observo que en algunos casos las concentraciones no se repetían (Cd y Zn), esto evidencio que el valor verdadero del LDI para estos analitos en el EAA AAnalyst 100 estaba por encima del valor que se había calculado por la metodología, entonces se fue probando con las otras soluciones preparadas de mayor concentración, hasta que el valor preparado coincidía con el valor leído por el equipo, una vez hallado este valor se corrigieron los nuevos valores del LDI para estos casos (Tabla Nº 4).
En los otros dos analitos (Fe y Pb) se verificaron los valores del LDI calculados de igual manera pero en estos casos los valores de las concentraciones preparadas coincidían con las leídas por el equipo, lo que se tomo como una verificación de los valores del LDI obtenido mediante la metodología.
Cabe hacer notar que la preparación de las soluciones fue hecha por el mismo analista bajo las mismas condiciones de trabajo.
Al obtener los resultados de cada lectura de los estándares alto y bajo el método sugiere hacer la siguiente prueba para aceptar o discriminar los resultados que se obtiene. La división del promedio de la concentración alta sobre la concentración baja, debe ser igual a 2 o valores cercanos a este dentro del 10% de Diferencia Promedio Relativa (DPR). Como se observa en la Tabla Nº 5 para el caso de cadmio el cociente entre concentración alta y baja es igual a 1,91 este valor tiene un DPR = 4,60 %, lo que nos indica que los valores son aceptables y no se rechazan, en caso contrario se debería repetir todo el tratamiento.
Resultados obtenidos a partir de la metodología seguida son los que se observan en la Tabla 3.
Tabla Nº 3 Valores de LDI y LCI
Los resultados obtenidos luego de la prueba experimental de verificación se muestran en la Tabla Nº 4.
Tabla Nº 4 Valores de LDI y LCI
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Como se observa en la Figura Nº 3 para el caso del zinc, la señal del blanco prácticamente alcanza el límite de detección instrumental, por lo que se puede afirmar que este LDI no es el real.
En la Figura Nº 4 se observa que una vez realizada la prueba de verificación, como es lógico sube el LDI y se hace notaria la diferencia entre la señal del blanco y el LDI.
Figura Nº 3 LDI y LC comparadas con las lecturas de los estándares y el promedio de los blancos obtenidos por la metodología, para zinc.
Figura Nº 4 LDI y LC comparadas con las lecturas de los estándares y el promedio de los blancos obtenidos luego de la corrección a la metodología, para zinc.
CONCLUSION
Con el trabajo que se presenta se reproduce una metodología y su verificación además de su corrección, para la determinación del Límite Detección Instrumental y Límite de Cuantificación Instrumental, mediante la técnica de llama en el equipo de Espectrometría de Absorción Atómica AAnalyst 100.
La prueba de verificación y corrección del LDI calculado por la metodología recomendada por el manual del EAA AAnalyst 100, se realiza porque en primer lugar esta metodología bajo nuestras condiciones de trabajo esta sujeta al valor de referencia del LDI y como se conoce este puede variar de acuerdo al modelo del equipo, en segundo lugar porque la metodología toma de forma aleatoria valores de 5 y 10 para multiplicar al valor de referencia del LDI, es evidente que para los casos de hierro y plomo la metodología nos proporciono una buena determinación del LDI. Pero aún así se puede concluir que está metodología presenta muchas variables que pueden provocar cambios en los resultados que se obtienen.
]]> Finalmente se puede concluir tomando en cuenta todas las definiciones del LDI que se reviso, que el LDI real de un analito para un determinado equipo, es aquel valor que puede y debe ser determinado para las condiciones de trabajo del equipo y laboratorio, esto va mas allá de los pasos que pueda recomendar un determinado método teóricamente.AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen especialmente a Especialidades Químicas por la oportunidad de hacer conocer el presente trabajo, a través de la Agencia Española de Cooperación Internacional, en las “Jornadas Iberoamericanas sobre Aspectos Metrológicos de Laboratorios de Calidad de Aguas”, realizado en Cartagena de Indias, Colombia, 2006, asimismo al Proyecto Manejo de Recursos Hídricos – Hidroquímica de los lagos Poopó – Uru Uru (Cooperación Sueca ASDI – SAREC) y al Instituto de Investigaciones Químicas - UMSA.
REFERENCIAS
[1] Curso: Validación de Metodologías Analíticas, 2004. [ Links ]
[2] Best practices in establishing detection and quantification limits for pesticide residues in foods, Johanes Corley, Rutgers, The State University of New Jersey, North Brunswick, N.I., USA. [ Links ]
[3] Analytical Methods for Atomic Absortion Spectrometry de Perkin Elmer Atomic Espectrometry AAnayst 100. [ Links ]
[4] Limits of Detection in Spectroscopy: www.spectroscopyonline.com [ Links ]
[5] Guía de Análisis Inorgánico, www.perkinelmer.com [ Links ] ]]>