Desarrollo de un método para la determinación directa de Pb mediante espectrometría de absorción atómica electrotérmica (ETAAS) en suspensiones de pelo y uña ("slurries") como biomarcadores de exposición

Abstract

El Plomo tiene efectos tóxicos sobre la salud del ser humano, principalmente asociados a encefalopatías, irritabilidad, enfermedades de riñón y alteraciones de las funciones reproductivas. El pelo y las uñas son matrices alternativas para realizar el monitoreo de éste metal y pueden ser usadas como un índice a la exposición medioambiental a este metal pesado. En esta memoria de Título se desarrolló un método de determinación de Pb en muestras de pelo y uñas mediante el uso de la técnica de suspensiones (“slurries”) mediante Espectroscopía de Absorción Atómica con Horno de Grafito. Se estudiaron los parámetros que afectan la preparación de la suspensión e inyección de la muestra, entre éstos el efecto del tamaño de partículas, cantidad de μl de suspensión inyectada en la plataforma de L’Vov, la influencia de la agitación manual antes de la inyección y la cantidad de material usado para preparar ésta. Se encontró que la mejor suspensión se obtiene al usar partículas entre 38 y 45 μm de tamaño, que suspensiones preparadas con 20 mg de sólido en 5 mL finales es adecuada, que el volumen a inyectar sobre la plataforma no debe superar los 10 μL y que una agitación de la suspensión antes de cada medición es un paso necesario para la obtención de resultados reproducibles y que eviten desviaciones de la ley de Beer. Se aplicó un diseño experimental exploratorio 26-2 para dilucidar los factores que ejercen un efecto significativo sobre la señal instrumental obtenida en soluciones acuosas y en suspensiones de las matrices pelo y uñas, teniendo en cuenta cinco variables que permiten describir dicha señal (área, altura, señal de background, ancho de peak y tiempo de aparición de la señal). Los factores estudiados fueron: Temperatura de carbonización, Temperatura de atomización, tipo y cantidad de modificador usado, cantidad de ácido dentro de la suspensión y cantidad de agente surfactante, encontrándose que las mejores condiciones para obtener la mejor señal analítica para ambas matrices eran el uso de Glicerol al 2% p/v como agente surfactante, 0,5% v/v de ácido nítrico, modificador NH4H2PO4 al 2% v/v, temperatura de carbonización de 1000°C y 2200°C para la temperatura de atomización. Para optimizar tres de los parámetros instrumentales se aplicó un diseño factorial total 33 usando soluciones acuosas donde se encontró que el uso de 0,2% v/v de HNO3, 900°C de temperatura de carbonización y 1800°C de atomización, son suficientes para obtener la mejor señal analítica. Sin embargo para las matrices se emplearon 1000 y 1800°C para completar la descomposición de la matriz y obtener una mejor forma de las señales analíticas. Todos los diseños multivariados fueron interpretados mediante ANOVA. Con los parámetros optimizados, se realizó una curva de calibración acuosa desde donde se obtuvieron los parámetros de calidad analítica a del método instrumental. El modelo de regresión lineal para concentraciones entre 0 y 40 μg/L presentó un coeficiente de determinación de 0,9927 con un valor LOQ de 8,14 y LOD de 2,44 μg/L, respectivamente. Finalmente, una vez optimizados los factores significativos tanto para soluciones acuosas como para ambos tipos de matriz, se procedió a aplicar la metodología desarrollada en diez pares de muestras reales de pelo y uña preparadas como suspensiones y provenientes de voluntarios no expuestos a fuentes directas de Plomo. La cuantificación de Pb en ambas matrices se realizó mediante el método de adición estándar, luego de haber comprobado una leve interferencia de matriz especialmente en pelo, cuando se compararon las respectivas pendientes con aquella obtenida para la curva de calibración acuosa. Con dicho método de calibración, se obtuvieron coeficientes de determinación en la mayoría de los casos iguales o superiores a 0,99 los que son adecuados para la determinación de elementos sub-traza en matrices complejas.

Lead induces toxic effects on human’s health, such as encephalopathies, behavior changes, kidney diseases and reproductive functions alterations. Hair and fingernails are alternative biomarkers for monitoring this particular heavy metal, and they can be used as an index of environmental exposure. In this study it was developed a Lead determination method in hair and fingernails samples by using the Slurry sampling technique for Atomic Absorption Spectrometry with Graphite Furnace. The parameters that affect the slurry preparation, like size particle effect, slurry agitation, the amount of μL injected on the L’Vov platform and the amount of material to prepare the slurry, were studied. According to the results, the best slurry is obtained by using particle sizes between 38 and 45 μm, slurries prepared with 20 mg of solid material in 5 ml of final volume, an injection of no more than 10 μL on the L’Vov platform with an agitation previous step immediately before every measure. A screening factor design 26-2 was applied in order to study the factors that have a significant effect on the instrumental signal for hair and fingernails samples, taking into account five variables that allow describing it, like area, peak height, background signal, broadening of the peak and the signal apparition time. The carbonization and atomization temperatures, type and amount of modifier used, acid concentration in the slurry and type and amount of surfactant agent effects, were studied. The best slurry instrumental conditions were the use of Glicerol 2% w/v, 0,5% v/v of nitric acid, NH4H2PO4 2% v/v modifier, 1000°C and 2200°C of carbonization and atomization temperatures, respectively. In order to optimize three instrumental parameters, a 33 total factorial design, was carried out using aqueous solutions, founding that the use of HNO30,2% v/v, a carbonization temperature of 900°C and 1800°C for atomization, are the best conditions for obtaining the best analytical signal. However, for hair and fingernails samples, the use of 1000°C and 1800°C are better conditions for complete matrix decomposition and to achieve better signals shapes. All these multivariate designs were interpreted by ANOVA. With the optimum parameters, a calibration curve with aqueous solutions was carried out, obtaining the quality analytical parameters for the instrumental method. According to the lineal regression model, for concentrations between 0 and 40 μg/L, the determination coefficient was of 0,9927 and the LOQ and LOD values were 8,14 and 2,44 μg/L, respectively. Finally, with the significant factors for aqueous solutions and for both matrixes, this method was applied to ten pairs of hair and fingernails slurry samples, from no exposed volunteers to direct sources of Lead. The quantification of Lead in both matrixes was carried out by standard addition method, after having a slight matrix interference of hair when the slopes of aqueous solutions and hair regressions were compared. With this quantification method, good determination coefficients were obtain, all equal or higher than 0,99 values. In most cases these values were adequate for the measurement of sub trace elements in these complex matrixes.