Determinación del contenido de plomo, cromo y mercurio total a nivel traza en matriz de cemento mediante las técnicas analíticas de FAAS, GFAAS y CVAAS: Validación del método de ensayo

Abstract

El presente estudio muestra el proceso de validación de los métodos de ensayo utilizados para la determinación del contenido de Plomo (Pb), Cromo (Cr) y Mercurio (Hg) total a nivel de traza en matriz de cemento mediante las técnicas analíticas de Espectrofotometría de Absorción Atómica en Llama (FAAS, por sus siglas en inglés), Espectroscopia de Absorción Atómica con Horno de Grafito (GFAAS, por sus siglas en inglés) y Espectroscopia de Absorción Atómica por Vapor Frío (CVAAS, por sus siglas en inglés). El método seleccionado para digerir la matriz de cemento consistió en una digestión ácida en multi-etapas asistida por microondas, la cual mostró la capacidad de disolver, en un tiempo de 3,5, h muestras de 0,5 g de cemento, generando digestiones sin presencia de partículas o algún otro remanente sólido. La linealidad de los métodos FAAS, GFAAS y CVAAS fue corroborada mediante el análisis de bondad de ajuste modelo lineal de mínimos cuadrados ordinarios (OLS, por sus siglas en inglés) y el estudio gráfico de los residuales obtenidos de la curva de calibración. La homocedasticidad de la varianza del modelo OLS fue demostrada al emplear la prueba de Bartlett. Los resultados mostraron que las diferentes técnicas analíticas empleadas poseen una excelente linealidad en el ámbito de trabajo establecido en la validación. La sensibilidad de las curvas de calibración se mantuvo invariable en el transcurso del tiempo para cada uno de los elementos estudiados. Los métodos mostraron un pequeño incremento de la repetibilidad y de la repetibilidad intermedia al comparar los resultados obtenidos en matriz acuosa, sin embargo, fueron inferiores al 4 % y al 6 %, respectivamente. El cemento ejerció sobre las determinaciones de Cr y Pb por FAAS, un efecto matriz, el cual fue disminuido utilizando correcciones de fondo con lámpara de deuterio. Las recuperaciones obtenidas para este tipo de técnica fueron de un 106,5 % para el análisis de Pb y un 90,5 % para el análisis de Cr. En el caso de las determinaciones de Pb por GFAAS y Hg por la técnica de CVAAS se observaron recuperaciones del 100 % en los elementos estudiados. Los límites de detección (LD ) alcanzados en esta validación muestran niveles de 0,016 mg kg-1 para el Cr (FAAS), 0,064 mg kg-1 para el Pb (AAS), 8,72 µg kg-1 para el Pb (GFAAS) y 0,43 µg kg-1 para el Hg (CVAAS). Por último, la incertidumbre de las mediciones estimada en este estudio demostró que las mediciones de los elementos pesados, específicamente Pb, Cr y Hg pueden realizarse con un nivel de incertidumbre alrededor de 3,95 %, 2,28 % y 13,27 %, respectivamente. Se concluye que los métodos de ensayo evaluados en este estudio presentan un buen desempeño para medir Cr, Pb y Hg en cemento, siempre y cuando se contemplen factores importantes como lo son la correcta digestión de las muestras y la corrección de algunos efectos sistemáticos.

This study shows the validation process for the determination of total trace concentration of lead (Pb), chromium (Cr) and mercury (Hg) in cement matrix using analytical techniques FAAS, GFAAS and CVAAS. The proposed digestion method consisted in a multistage microwave digestion, which showed the capability to dissolve all the sample (0,5 g) in 3,5 h without the presence of particles or remain solid. The linearity of the methods FAAS, GFAAS and CVAAS were corroborated using ordinary least square model (OLS) and using a graphical interpretation of the residuals from the calibration curve. The omoscedasticity of the variance was demonstrated using the Bartlett test. The results show a good agreement and excellent results in terms of linearity of the methods. The sensitivity of the calibration curves remained invariant over the time. The methods showed a small increase of the repeatability and intermediate repeatability comparing with the obtained for aqueous matrix. However, the repeatability components are less than 4 % and 6 %, respectively. The results also showed how the matrix effect, as a source of error in the determination of Cr and Pb by FAAS, was reduced using deuterium lamp as a background correction. The recoveries obtained for FAAS methods were 106.5 % for Pb and 90.5 % for Cr. The Pb and Hg were measured using GFAAS and CVAAS. These methods obtainded a 100% of recovery of the element tested. The LOD obtained in this validation show reach levels of 0.016 mg kg-1 for Cr (FAAS), 0.064 mg kg-1 for Pb (AAS), 8.72 µg kg-1 for Pb (GFAAS) and 0.43 µg kg-1 for Hg (CVAAS). Finally, the uncertainty of these methods had a low impact in the measurement, having in relative terms a level of 3.95 %, 2.28 % y 13.27 % for Pb, Cr and Hg, respectively. It is concluded that these methods show a good performance to measure metals, specifically Pb, Cr and Hg in the cement matrix, if some factors such as proper digestion of the samples and systematic effects correction will be consider.