DETERMINACIÓN DE COBRE Y ZINC EN CABELLO POR ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORCIÓN ATOMICA.

JONATHAN ALEJANDRO SANCHEZ COD: 1056682DIANA ALEJANDRA ARANGO COD: 1056710

LABORATORIO DE ANALISIS INSTRUMENTALTECNOLOGIA QUIMICA

UNIVERSIDAD DEL VALLE5 DE NOVIEMBRE DE 2013

En la presente practica se determinó la concentración de Zinc y cobre en una muestra de cabello, por medio de un equipo de absocion atomica. Los resultados fueron:(14,4 ±0.20)mg/kg de cobre y (175,10±2.4)mg/kg de zinc. según estas concentraciones estan a los niveles esperados. Los limitestes de deteccion y cuantificacion fueron: 2.3 y 7.5mg/kg mg/tableta respectivamente para el cobre:14.6 y 48,6 mg/kg para el zinc respectivamente.

I.DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS.

mg/L A0,24 0,007

0,48 0,011

0,96 0,028

1,44 0,042

1,92 0,059

4,8 0,156

Con los datos arrojados en la gráfica se procede a calcular la concentración de cobre en la muestra de cabello.

( A±0,002 )=(3,31±0,05 )10−2( Lmg )∗CCu−(4,0±1,1)10−3

CCu=0,034+(4,0x 10−3)(3,31 x10−2 )L /mg

=1,15±0.01mgL

Tabla 1. Absorbancias (A) registradas para la muestra de Cu según su concentración (mg/L).

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.000.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.180

f(x) = 0.0331228373702422 x − 0.00382145328719721R² = 0.999066617315712

mg/L de cobre

A

Gráfica 1. Curva de calibración regular Absorbancia (A) Vs concentración (mg/L) de cobre.

(1,15±0.01)mgL

x(10,00)mL(0,7997)g

=14,4 ±0.20mgkg

deCu

A continuación se determinan los límites de detección (LD) y de cuantificación (LC), teniendo en cuenta la Sr=0,002 de la curva de calibración

LD=3 x 0,002(3,31 )10−2

x(10,00)mL(0,7997)g

=2,3mg / tableta

LC=10 x 0,002(3,31 )10−2 x

(10,00)mL(0,7997±0,0001)g

=7,5mg / tableta

A continuación se registra los datos obtenidos en la determinación de Zn.

mg/L A0,06 0,022

0,12 0,024

0,24 0,049

0,36 0,06

0,48 0,1

1,2 0,234

( A±0,003 )= (1,93±0,04 )10−1( Lmg )∗CZn+(3,04±3,00)10−3

CZn=0,111−3,04 x10−3

1,93 x10−1L/mg=0,560±0.003mg

L

0,560±0.003mgL

x(50,00)mL

(2,00 )mLx

(10 )mL(0,7997)g

=(175,10±2.4 )mg

kgde Zn

A continuación se determinan los límites de detección (LD) y de cuantificación (LC), teniendo en cuenta la Sr=0,003 de la curva de calibración

Tabla 2. Absorbancias (A) registradas para la muestra de Zn según su concentración (mg/L).

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.400.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250f(x) = 0.193547008547009 x + 0.00304102564102568R² = 0.999106486376036

mg/L de Zn

A

Gráfica 2. Curva de calibración Absorbancia (A) Vs concentración (mg/L) de zinc.

LD=3 x 0,003

1,93 x10−1x50,00mL2,00mL

x10mL0,7997g

=14,6mgKg

LC=10 x 0,003

1,93x 10−1x50,00mL2,00mL

x10mL0,7997 g

=48,6mg /Kg

II. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.

La absorción atómica es un método basado en la detección y cuantificación de elementos principalmente metales por medio de la atomización del analito en matriz liquida, se utiliza comúnmente un nebulizador pre-quemador (cámara de nebulización) para crear una niebla de la muestra y un quemador con forma de ranura dando una llama con una longitud de trayecto más larga; en caso de que la transmisión de energía inicial al analito sea por el método de llama (como es el caso). La niebla atómica es desolvatada y expuesta a una energía a determinada longitud de onda emitida ya sea por dicha llama o una lámpara construida con el mismo analito a determinar.[1]

Dos fotones cuyas energías son exactamente iguales son absorbidos para producir el estado excitado meta estable. Si un átomo que se encuentra en un estado fundamental absorbe una determinada energía, este experimenta una transición hacia un estado particular de mayor energía, como este estado es inestable, el átomo regresa a su configuración inicial emitiendo radiación a una determinada frecuencia.

Con lo anterior presente, para la práctica se empleó el espectrofotómetro A.A. Perkin Elmer IL 29401 de doble haz, el cual, sigue el siguiente diagrama (ver imagen 1.)

Se cuenta con una fuente de cátodo hueco de zinc y cobre (se cambian para la determinación de los metales) la cual se compone de un contenedor de vidrio sellado, ventana óptica transparente a la radiación de cuarzo, ánodo de metal inerte, cátodo hueco de zinc o cobre según corresponda, atmosfera interna de Argón/neón, cilindro protector para el cátodo y conexiones con el circuito. Al aplicar potencial lo suficientemente grande, los cationes gaseosos adquieren energía cinética, los iones de Ar+ chocan contra el interior del cátodo hueco arrancándole átomos de la superficie del cátodo y produciendo una nube atómica. Los átomos metálicos desprendidos están excitados y al volver a su estado basal emiten su radiación característica, vuelven a depositarse difundiendo de nuevo hacia la superficie del cátodo o hacia las paredes del vidrio de tubo.

Es importante darse cuenta de que no todas las líneas emitidas por la lámpara de cátodo hueco son absorbidas por los átomos presentes en la llama. Estos se hallan casi todos en su estado basal. Por tanto, solamente pueden ser absorbidas las líneas de emisión que correspondan a transiciones desde el estado fundamental. Desde el momento en que se conecta la lámpara transcurre un cierto tiempo (a veces una hora), para que se caliente y de luz de intensidad constante; este periodo de calentamiento es más largo cuanto mayor es la intensidad de la corriente. Normalmente, se opera con corrientes de intensidad de 10-15 mA.[2]

Atomizador o camino óptico, como se había mencionado antes se empleó un atomizador tipo generador de llama de aire-acetileno con proporción 2:1 en donde, se activa

Imagen 1. Diagrama del espectrofotómetro de absorción atómica de doble haz.

primeramente el oxidante en este caso el aire, seguidamente el combustible (acetileno) y por último se genera la ignición.

Para la atomización con llama se emplea un nebulizador de flujo concéntrico el cual aspira la muestra liquida (que se encuentra en un recipiente) a través de un capilar por una corriente de gas a elevada presión que fluye alrededor del extremo del capilar. El gas rompe o choca el líquido en finas gotas generando un aerosol y posteriormente las conduce al quemador. Antes de llegar al quemador el aerosol es convertido en neblina (gotas aún más finas) al chocar con el dispersor de muestras tipo spoiler de flujo, la neblina finalmente llega al quemador tipo flujo laminar o premezcla el cual posee: Nebulizador (mencionado anteriormente), cámara de premezcla en donde se encuentra el dispersor mencionado con entrada y circulación de gas oxidante auxiliar y gas combustible con sistema de drenaje; regulador de presión, ajustador del quemador, quemador que se compone de base, cabeza e ignitor.

Entre la lámpara y la llama se halla interpuesto un disco con sectores opacos sometidos a un movimiento giratorio (modulador), el cual rompe la continuidad del haz luminoso o pulsante. Superpuesta a esta corriente hay además, una corriente continua originada por la luz emitida por la propia llama, pero solo la corriente pulsante es amplificada y llevada al registrador. En el quemador de flujo laminar la corriente de aire que se dirige hacia la llama aspira la solución de la muestra por un fino tubo capilar, produciendo su nebulización; la mezcla es conducida conjuntamente a la llama. No toda la solución de la muestra pasa a la llama; solo las gotas más finas son arrastradas hasta ella, las gotas mayores y más pesadas caen al fondo de la cámara de mezcla y salen por el desagüe. Por lo tanto, hay que controlar cuidadosamente las condiciones de aspiración si se pretende obtener resultados consistentes. [2]

Se tiene un selector de longitud de onda tipo monocromador de rejilla en donde la radiación pasa a un espejo colimador que produce un haz paralelo de la radiación, luego pasa a una rejilla que dispersa la radiación en la longitud de onda que la compone, seguidamente va a un espejo focalizador que reforma la imagen de la ranura de entrada y la enfoca sobre una superficie plana denominada plano focal y por ultimo una rendija de salida en el plano focal que aísla la banda espectral deseada, 4) detector tipo tubo fotomultiplicador el cual emite electrones al ser golpeado por la radiación, estos electrones golpean el primer dinodo generando un efecto fotoeléctrico manteniendo un potencial constante más positivo que el del cátodo y por tanto, los electrones se aceleran hacia él. Al incidir sobre el dinodo cada fotoelectrón origina la emisión de varios electrones adicionales; estos a su vez son acelerados hacia el dinodo 2, el cual está más positivo que el primer dinodo (se emiten varios electrones). Después de repetirse nueve veces se han generado 106-107 electrones por cada fotón incidente, esto se recoge finalmente por el ánodo y la corriente se amplifica electrónicamente y se mide (transducción primaria).

Por último el equipo posee un registrador tipo digital el cual recibe la corriente transducida del detector, realizando una segunda transducción de corriente a intensidad para generar la absorbancia que genera la lectura.

El cobre se requiere para la formación de un vínculo químico muy fuerte en cabello y piel llamado el enlace de disulfuro. El cobre es esencial en la formación del pigmento (color) del cabello y piel y en la eficacia de la vitamina c que entre otras cosas, desempeña un papel dominante en la capacidad estructural de la piel. El cobre es también importante para la formación de la hemoglobina[3]

El cuerpo humano adulto sólo contiene unos 100-150 mg de cobre. Esta cantidad está distribuida principalmente en los músculos, el bazo, los huesos, el hígado, el corazón, los riñones, el sistema nervioso central y las proteínas del plasma.

En lactantes de 7 a 14 días el balance de cobre es positivo cuando la dieta aporta 58 a 100 mg de cobre por kg de peso por día. En numerosos prematuros hay un balance claramente negativo, con dietas de 56 a 62 µg por kg por día.

En los niños de 6 a 10 años se obtiene un balance equilibrado de cobre con dietas que aportan 40 mg por kg por día.

En el adulto, bastan unos 30 microgramos por kg por día. La dieta media diaria contiene alrededor de 2'5 a 5 mg/día, lo que parece ser suficiente. [7]

El zinc es el oligoelemento más importante después del hierro que concentra nuestro organismo. Lo podemos encontrar en huesos, músculos, testículos, útero, cabello, piel, dientes, páncreas, pulmón, riñón y otros órganos; es indispensable para la síntesis de proteínas entre las que se destaca el colágeno y la elastina y además, ayuda a equilibrar los niveles hormonales, elementos esenciales para el crecimiento del cabello sano. Su déficit afecta especialmente al crecimiento del cabello y uñas, e incluso deriva alopecia, el cabello de romper fácilmente, crece menos tanto en volumen como en longitud y se queda sin brillo, seco y quebradizo. [4]

Nuestro cuerpo contiene entre 2 y 3 gr. de zinc. No se puede hablar de un lugar concreto en donde el cuerpo almacene el zinc y es por ello que ha de asegurarse un aprovisionamiento regular de éste. Como ya se ha mencionado, se encuentra repartido por todo el cuerpo. 60% en el músculo, 30% en los huesos y alrededor del 5% en la piel. En la glándula de la próstata y en el semen se encuentra cantidades especialmente elevadas.

Los hombres necesitan más cantidad de zinc que las mujeres ya que el semen contiene 100 veces más zinc del que se encuentra en la sangre. Cuanto más sexualmente activo se esté, mayor cantidad requerirá. Por lo general se recomienda 1/3 más para los hombres respecto a las mujeres.

Los primeros signos de deficiencia de zinc son la incapacidad de gustativa, una respuesta inmune pobre y problemas con la piel. Otros síntomas podrían ser pérdida de pelo, diarrea, fatiga, dificultad en la cura de heridas y crecimiento físico y mental lento en niños entre otros.[6]

En cuanto a los cálculos determinados para el cobre lo obtuvo (14,4±0.20) mg/kg de acuerdo con este valor, el resultado es bajo en comparación con el estimado por la medicina de 30 mg/kg lo que podría llevar a que el donante presente problemas o efectos negativos en la salud tales como anemia, neutropenia (bajo recuento de glóbulos blancos o defensas bajas). Para el zinc, los resultados fueron de (175,10 ±2.4 ) mg/kg un valor alto con respecto al estimado por la medicina de 170 mg/kg en el cabello, lo que igualmente implica efectos negativos en la salud del donante tales como incluyen náuseas, vómitos, calambres abdominales, diarrea y dolores de cabeza. Los efectos crónicos del exceso de zinc incluyen reducción de las funciones inmunológicas, deficiencia de cobre y absorción de hierro alterado. En general, la baja de concentración de cobre puede deberse a la presencia de altas cantidades de zinc que afectan su absorción en el organismo.

Según los resultados obtenidos, el donante de cabello estuvo expuesto los últimos meses a niveles altos de cobre y Zn los cuales pueden ser dañinos si continua creciendo la concentración.

Las concentraciones límites halladas mediante la ecuación de la recta, son menores a la concentración de la muestra, lo que demuestra que los resultados son confiables. III. PREGUNTA.

Explique detallada y concretamente las diferentes técnicas usadas para realizar la corrección de fondo en la Espectroscopia de AA.

Con el fin de mitigar el problema de la interferencia de matriz en la atomización electrotermica se emplean los métodos de corrección de fondo los cuales son:

Método de corrección con una fuente continua: Se utiliza una lámpara de deuterio como fuente de radiación continúa en toda la región ultravioleta. La configuración del cortador se modifica para que la radiación de la fuente continua y la de la lámpara de cátodo hueco pasen alternadamente a través del atomizador del tubo de grafito. La absorbancia de la radiación de deuterio se resta entonces del haz del analito. La anchura de rendija se ajusta con un ancho suficiente para que la fracción de Imagen 2. Esquema de un sistema de

corrección de fondo de fuente continúa.

Lámpara de cátodo hueco del analito

Lámpara de deuterio

Cortador rotatorio

radiación de la fuente continua que se absorbe por los átomos de la muestra sea despreciable. Por tanto, la atenuación de la potencia de la radiación continua durante el paso a través de la muestra atomizada indica solamente la absorción de banda ancha o dispersión producida por los componentes de la matriz de la muestra. De esta manera se consigue una corrección de fondo. [5]

Corrección de fondo basada en el efecto zeeman: Cuando un vapor atómico se expone a un intenso campo magnético (aprox. 10 KG), se produce un desdoblamiento de los niveles de energía electrónicos de los átomos, loque conduce a la formación de diversas líneas de absorción para cada transición electrónica. Estas líneas están separadas unas de otras en unos 0,01 nm, siendo la suma de la absorbancia de estas líneas exactamente igual a la de la línea de la cual proceden. Este fenómeno se denomina efecto Zeeman.

La radiación no polarizada de una fuente de cátodo hueco ordinaria A pasa a través de un polarizador rotatorio B, que separa el haz en dos componentes polarizados en planos de 90 grados una del otro C. Estos haces pasan por un horno de grafito en donde, un imán de 11 KG rodea el horno y desdobla los niveles de energía originando los tres picos de absorción D. El pico central solo absorbe la radiación polarizada en el plano del campo, de este modo, durante la parte del ciclo en que la radiación de la fuente esta polarizada de la misma forma, se produce la absorción de radiación por el analito. En la otra mitad del ciclo, el analito no absorbe radiación; sin embargo, en ambos ciclos tiene lugar la absorción molecular de banda ancha y la dispersión por los productos de la matriz y así, se produce un modelo de absorción cíclico F. El sistema de tratamiento de datos se programa para restar la absorbancia correspondiente a la parte perpendicular del ciclo de la que se produce en la parte paralela del ciclo.[5]

Imagen 3. Esquema de un instrumento de absorción atómica electro térmico que permite la corrección de fondo basada en el efecto Zeeman.

Corrección de fondo basada en una fuente con auto inversión: Se basa en la auto inversión o auto absorción, comportamiento de la radiación que emiten las lámparas de cátodo hueco cuando se les aplican corriente elevadas, las corrientes elevadas producen una gran concentración de átomos no excitados, los cuales son capaces de absorber la

radiación emitida por las especies excitadas; un efecto adicional de la corriente elevada es el gran ensanchamiento que originan en las bandas de emisión de las especies excitadas. EL efecto neto produce una banda con un mínimo en su centro que corresponde exactamente a la longitud de onda del pico de absorción.

A fin de obtener absorbancias corregidas se programa la lámpara para funcionar alternadamente con bajas y altas corrientes. La absorbancia total se obtiene cuando en el pico de absorbancia es en un mínimo. El sistema de tratamiento de datos se resta entonces de las medidas en el pico de absorbancia está en un mínimo, el sistema de tratamiento de datos resta entonces la absorbancia del fondo total para obtener un valor corregido. [5]

IV. CONCLUSIONES.

Es importante que la muestra se atomizada en gotas lo más finas posible ya que, si son muy grandes dañarían el quemador y afectaría negativamente el análisis debido a la presencia de efectos de matriz.

Cada átomo absorbe una determinada cantidad energía a diferentes frecuencias dependiendo de su naturaleza, es por esto, que cada compuesto tiene características propias que los distingue en un espectro de absorción.

V. BIBLIOGRAFÍA.

[1]http://laboratoriotecnicasinstrumentales.es/analisis-qumicos/espectroscopa-de-absorcin-atmica

[2]Harold F. Walton, Reyes Jorge.Análisis químico e instrumental moderno. 1ª Ed. Barcelona, España. Editorial Reverté S.A., 2005. P.p. 245-247

[3]http://www.beautymarket.es/peluqueria/zinc-para-el-crecimiento-y-desarrollo-del-cabello-peluqueria-4508.php

Imagen 3. Perfiles de líneas de emisión de una lámpara de cátodo hueco que funciona a altas y

bajas corrientes.

[4]http://www.adioscalvicie.com/ocmineral.html

[5]Douglas A. Skoog, F. James Holler, Stanley R. Crouch. Principios de Análisis Instrumental. 5a Ed. México D.F. CengageLearning Editores S.A. de C.V., 2008. P.p. 232-235.

[6]http://www.ivu.org/spanish/trans/vsuk-zinc.html

[7]http://www.tnrelaciones.com/cm/preguntas_y_respuestas/content/203/2940/es/minerales-cobre.html