1. Objetivo de detección
Determinación de 9 metales pesados en agua: cobalto (Co), níquel (Ni), cadmio (Cd), bario (Ba), cromo (Cr), cobre (Cu), litio (Li), manganeso (Mn), estroncio (Sr)
2. Descripción general
Esta solución cumple con la norma ISO 11885 Calidad del agua: Determinación de elementos seleccionados mediante espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES). Esta norma internacional especifica un método para la determinación de elementos disueltos, elementos ligados a partículas y contenido total de elementos en diferentes tipos de agua (por ejemplo, subterránea, superficial, cruda, potable y residual) para los siguientes elementos: aluminio, antimonio, arsénico, bario, berilio, bismuto, boro, cadmio, calcio, cromo, cobalto, cobre, galio, indio, hierro, plomo, litio, magnesio, manganeso, molibdeno, níquel, fósforo, potasio, selenio, silicio, plata, sodio, estroncio, azufre, estaño, titanio, tungsteno, vanadio, zinc y circonio.
3. Introducción
La contaminación por metales pesados en el agua es cada vez más grave, y el análisis científico y preciso de estos metales se ha convertido en una tarea esencial para el monitoreo ambiental. Los resultados de las pruebas demuestran que los límites de detección, la precisión, la exactitud y las tasas de recuperación de la muestra para nueve elementos (cobalto, níquel, cadmio, bario, cromo, cobre, litio, manganeso y estroncio) cumplen con los requisitos de las directrices técnicas, lo que demuestra que todas las condiciones analíticas de laboratorio cumplen con los requisitos de las pruebas. En comparación con la espectrofotometría de absorción atómica, la espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente ofrece las ventajas de la determinación simultánea de múltiples elementos y un método analítico simple y rápido, capaz de analizar los nueve elementos.
4. Preparación para el examen
4.1 HKL-11885 ICP para la determinación de elementos seleccionados en agua
1) Caudal de gas del nebulizador: 0,70 L/min
2) Flujo de gas de enfriamiento por plasma: 1,0 L/min
3) Caudal de gas auxiliar: 0,20 L/min
4) Potencia de RF: 1300 W
5) Tiempo de captación de la muestra: 30 s (vista radial)
4.2 Reactivos
1) Solución estándar de calibración mixta de 24 elementos: Concentración de 100 µg/ml
2) Ácido nítrico (HNO₃): Reactivo garantizado
3) Argón y nitrógeno: Pureza ≥99,999%
4) Agua ultrapura: Resistividad >18,2 MΩ·cm
4.3 Establecimiento de curvas estándar
Debido a las variaciones en los valores de respuesta del instrumento para los diferentes elementos, se prepararon dos curvas estándar separadas.
La curva 1 se utilizó para la determinación de Co, Ni, Cd y Ba. Una alícuota de 5,00 ml de una solución estándar mixta de 100 µg/ml se diluyó a 50 ml con HNO₃ (1+99), obteniendo una solución madre de 10 µg/ml. Se prepararon seis matraces volumétricos de 100 ml con 0,00, 1,00, 2,00, 4,00 y 7,00 ml de la solución madre, diluidos con HNO₃ (1+99), lo que dio como resultado concentraciones estándar de 0,00, 0,10, 0,20, 0,40 y 0,70 mg/L.
La curva 2 se utilizó para la determinación de Cr, Cu, Li, Mn y Sr. De manera similar, una alícuota de 5,00 ml de una solución estándar mixta de 100 µg/ml se diluyó a 50 ml con HNO₃ (1+99), obteniendo una solución madre de 10 µg/ml. Se prepararon seis matraces de 100 ml con 0,00, 1,00, 2,00, 4,00 y 5,00 ml de la solución madre, obteniendo concentraciones estándar de 0,00, 0,10, 0,20, 0,40 y 0,50 mg/L. Las mediciones se realizaron en longitudes de onda óptimas o subóptimas, y los coeficientes de correlación (R) para cada elemento se muestran en la Tabla 1.
5. Procedimiento de prueba
Pretratamiento de metales solubles en aguas superficiales y subterráneas limpias: Tras la toma de muestras, el agua se filtra a través de un filtro de membrana de 0,45 µm, descartándose los primeros 50-100 ml de filtrado. A continuación, se recoge un volumen representativo de la muestra filtrada y se acidifica con ácido nítrico (1+1) hasta alcanzar un pH <2 para su conservación antes del análisis instrumental.
6. Resultados y errores
6.1 Límite de detección del método (LDM)
Dado que no se detectaron sustancias objetivo en los controles de reactivos, se analizaron muestras con concentraciones aproximadamente 3 a 5 veces superiores al límite de detección estimado (LDE) en siete mediciones replicadas. Se calculó la desviación estándar (S) y se determinó el LDE mediante la fórmula prescrita.
6.2 Desviación estándar
Los límites de detección (LD) para nueve elementos (Co, Ni, Cd, Ba, Cr, Cu, Li, Mn, Sr) se determinaron a concentraciones de 3 a 5 veces superiores al LD estimado. Como se muestra en la tabla a continuación, los LD oscilaron entre 0,001 y 0,009 mg/L, con límites de notificación (LD) entre 0,004 y 0,036 mg/L, todos significativamente inferiores a los requisitos reglamentarios.
6.3 Precisión
La precisión se refiere al grado de concordancia entre mediciones repetidas de una muestra homogénea en condiciones controladas, lo que refleja el error aleatorio del método analítico. Un menor error aleatorio indica una mayor precisión. La precisión se evaluó a concentraciones bajas, medias y altas (Tabla 2). La desviación estándar relativa (RSD) osciló entre 0,39 % y 5,35 %, lo que demuestra una buena repetibilidad. Excepto para el litio a bajas concentraciones, todos los elementos mostraron valores bajos de RSD, lo que confirma un rendimiento estable del instrumento y una variabilidad mínima del procedimiento.
6.4 Resumen de precisión
La exactitud se utiliza comúnmente para evaluar la concordancia entre los resultados analíticos (mediciones únicas o promedios de mediciones repetidas) obtenidos mediante un procedimiento analítico específico y el valor verdadero asumido o aceptado. La exactitud de un método o sistema analítico refleja la suma de los errores sistemáticos y aleatorios, sirviendo como un indicador integral de la fiabilidad de los resultados. En este estudio, se probó la exactitud de nueve elementos (Co, Ni, Cd, Ba, Cr, Cu, Li, Mn, Sr) utilizando tres niveles de concentración, como se presenta en la Tabla 3. La desviación relativa osciló entre -8,70 % y -0,38 %. La mayoría de los elementos mostraron valores inferiores dentro del rango de control de calidad, con el cromo presentando una exactitud notablemente menor, probablemente debido a una interferencia significativa.
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6.5 Resumen de la recuperación de picos
La recuperación de la muestra es otro indicador clave para evaluar la precisión. Se añadieron cantidades conocidas de materiales de referencia estándar a muestras reales y se calcularon los índices de recuperación. Como se muestra en la Tabla 4, los índices de recuperación de la muestra para los nueve elementos (Co, Ni, Cd, Ba, Cr, Cu, Li, Mn, Sr) oscilaron entre el 90 % y el 110 %, lo que indica errores aleatorios y sistemáticos mínimos y confirma la estabilidad y fiabilidad del proceso analítico.
7. Conclusiones
Mediante pruebas analíticas de límites de detección, precisión, exactitud y recuperación de adición para nueve elementos (Co, Ni, Cd, Ba, Cr, Cu, Li, Mn, Sr):
(1) Límites de detección: 0,001–0,009 mg/L Límites de cuantificación: 0,004–0,036 mg/L Significativamente inferiores a los límites de detección definidos por el método.
(2) Precisión: La desviación estándar relativa (RSD) osciló entre 0,39% y 5,35%, lo que demuestra una buena repetibilidad.
(3) Precisión: El sesgo relativo osciló entre -8,70% y -0,38%.
(4) Las tasas de recuperación de picos estuvieron entre el 90% y el 110%.