ARTICULO PARA COLEGAS

Incorporación de equipo de digestión por microondas en el área de Absorción Atómica

El equipo de digestión por microondas Milestone Ethos UP permite el pre-tratamiento ácido de distintos tipos de muestras, con diferentes matrices, ya sean sólidas, semisólidas o líquidas, dejándolas listas para su posterior procesamiento en los equipos de Absorción Atómica. De esta manera, es posible determinar una amplia variedad de metales en distintas concentraciones, inclusive dosar la presencia de trazas.

La digestión húmeda es la estrategia de preparación de muestras mas utilizada. El primer paso del tratamiento de estas muestras es definir el programa de digestión correspondiente según el tipo de matriz. El Milestone Ethos UP cuenta con una amplia variedad de programas para los distintos tipos de matrices, en los cuales está definido tanto la cantidad de muestra y oxidantes a utilizar como el tiempo y las temperaturas del proceso. De esta manera se asegura un correcto pre-tratamiento y un resultado confiable.

Dependiendo del programa elegido para cada caso, se prepara la muestra en los vasos de digestión con la cantidad de muestra representativa y el agregado de HNO_{3 cc} y H₂O₂ según corresponda. El HNO_{3 cc} es el reactivo más utilizado para la oxidación de materias orgánicas, ya que posee la capacidad de atacar a la mayoría de los metales para formar nitratos solubles, dicha acción oxidante se mejora con el agregado de H₂O₂. Se inicia el proceso de digestión ácida por microondas en el equipo, el cual consiste en una serie de modificaciones de aumento de la presión y temperatura a volumen constante, incrementando la velocidad de la reacción, esto es posible gracias a sus dos magnetrones, con los cuales se obtiene una potencia de hasta 2000W de ser necesarios, asegurándonos la digestión de un máximo de 15 muestras en simultáneo. Además, este equipo posee un visor y sensores que permiten la supervisión del proceso de digestión en tiempo real, por lo que se controla de manera constante la evolución del mismo y se percibe en el momento la existencia de alguna falla. Durante la digestión, los contenedores de muestra poseen un sistema de liberación de presión, los cuales se encargan de que ésta no exceda los límites esperados, evitando la pérdida del analito y permitiendo procesar una gran variedad de muestras tanto biológicas (orgánicas) como inorgánicas.

Al final del proceso se deja enfriar las muestras hasta temperatura ambiente, usando los ventiladores de gran potencia que posee el equipo, logrando un enfriamiento más rápido y una segura eliminación de los gases nitrosos liberados. Al llegar las muestras a temperatura ambiente, se encuentran listas para su procesamiento en los equipos de Absorción Atómica.

Estos equipos nos permiten analizar la concentración del metal específico que necesitemos medir en las muestras pretratadas o en muestras que no requieren un pretratamiento, con una sensibilidad analítica en el orden de partes por millón (ppm) (mg/L) hasta partes por billón (ppb) (ug/L).

Las posibles metodologías que podemos utilizar, según la sensibilidad analítica que necesitemos, con estos equipos son tres:

• Generador de hidruros: La muestra se enfrenta a un agente altamente reductor, como el borohidruro de sodio (NaBH4) en un sistema cerrado, en medio ácido (HCl), donde genera hidrógeno naciente, que va a formar los hidruros gaseosos de ciertos metales presentes en la muestra. De esta manera se generan hidruros volátiles que son arrastrados por una corriente de argón hacia una celda de cuarzo, alineada en el paso óptico (de luz) del espectrofotómetro de absorción atómica. Para poder liberar estos hidruros y poder generar átomos libres la celda se calienta en la llama a 800ºC. El único elemento que existe como átomo libre a temperatura ambiente es el Mercurio, por lo cual éste puede medirse con la celda de cuarzo fría (Técnica de Vapor Frío). Cuando el vapor de la muestra es atomizado en la celda de cuarzo, se genera una señal en forma gaussiana, cuya altura es proporcional a la cantidad de analito en la muestra problema. Comparada con una curva de calibración de concentraciones conocidas se determina la concentración del metal en la muestra. La técnica de Generación de Hidruros se utiliza para metales con posibilidad de generar hidruros como Hg, As, Sb.
• Absorción o emisión atómica: Se utiliza para metales como Cu, Zn, Fe, Mg, Na, K, Ca. Se somete la muestra a una fuente de energía (llama, generada por aire/acetileno) de manera de excitar sus átomos. En el método por emisión atómica cuando los átomos vuelven al estado basal emiten luz a una determinada longitud de onda, la cual es medida por el espectrofotómetro. Para calcular la concentración del analito esta luz emitida se compara con una curva de calibración de concentraciones conocidas del analito a medir. En absorción atómica se genera una nube atómica sometiendo a la muestra a una fuente de energía térmica (llama, generada por aire/acetileno) en un nebulizador. Bajo estas condiciones, los átomos presentes en la nube atómica son capaces de absorber luz a una longitud de onda específica que produce la lámpara de cátodo hueco correspondiente al metal que se quiere medir. Al absorber los átomos presentes en la nube atómica parte de la radiación, la señal disminuye y ese dato es lo que mide el detector (espectrofotómetro). Midiendo la cantidad de luz absorbida por los átomos de la muestra y comparándolos con una curva de calibración con concentraciones conocidas se puede determinar la concentración del analito de la muestra problema.
• Horno de grafito: Es utilizada para metales como Se, Pb, Cr, Cd, Al, Mn, Ni, Ag, Ba. En esta metodología, la muestra se deposita dentro de un pequeño tubo de grafito que es calentado eléctricamente en un gradiente de temperaturas que puede llegar hasta los 2800°C. Este tubo está alineado con la luz procedente de una lámpara espectral selectiva de cátodo hueco. De esta manera, cuando el horno está encendido, absorberá luz proveniente de la lámpara del elemento a determinar. Midiendo la cantidad de luz absorbida por los átomos de la muestra y comparándolos con una curva de calibración con concentraciones conocidas se determina la concentración del analito de la muestra problema. En el proceso de atomización existen cuatro etapas esenciales:
  • Secado: permite eliminar el disolvente o diluyente (80 a 180°C)
  • Mineralización: destruye la matriz orgánica (350 a 1600°C)
  • Atomización: consigue llevar los átomos al estado fundamental (1800 a 2800°C)
  • Barrido o limpieza: donde se eliminan los restos que puedan quedar en el tubo (>2000°C)

Las técnicas anteriormente mencionadas se pueden resumir en un mismo principio básico, una vez ingresada la muestra al equipo se encarga de llevar a los átomos a un estado de excitación mediante el suministro de grandes cantidades de energía (llama o eléctricamente) y a través de la selectividad de la lámpara de cátodo hueco, y del espectrofotómetro se determina la cantidad de átomos del elemento existente en la muestra en ese instante. Esta información es procesada por la computadora del equipo que lo compara con la curva de calibración e informa como resultado la concentración del metal presente en la muestra.

Bibliografía

• Manual de usuario Ethos UP Milestone.
• Manual de usuario Espectrómetro de Absorción atómica Perkin Elmer 3100.
• Manual de usuario Espectrómetro de Absorción Atómica Perkin Elmer 200.
• Microwave Digestion System with Built in non Contact Temperature Measurement. V5.1, User Manual. Berghof. Products and Instruments GmbH, Germany 2004.

Dra. Eliana Ayuso
Bioquímica
Agustín Sapienza
Técnico Químico

Dto. Absorción Atómica
IBC Instituto de Bioquímica Clínica

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