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Universidad Autónoma de Chihuahua

Facultad de Ciencias Químicas

Material DidácticoDeterminación de Pb, Ba y Sb resultantes de la deflagración de un arma de fuego mediante la Técnica de Absorción Atómica por Horno de Grafito

Objetivo General

Presentar la metodología para llevar a cabo el análisis de los elementos Pb, Ba y Sb resultantes de la deflagración de un arma de fuego, mediante la Técnica de Absorción Atómica

Objetivos Particular

es

Cuantificación de Pb, Ba y Sb a través de la técnica de Espectrofotometría de Absorción Atómica en Horno de Grafito

Demostrar el fundamento de Espectrofotometría de Absorción Atómica en Horno de Grafito

Ventajas y desventajas entre los Métodos Cualitativos o Tradicionales (Parafina, Harrison-Gilroy, Rodizonato de Sodio) y los Métodos Cuantitativos (Absorción Atómica, Activación de Neutrones)

Justificación

Cuantificación de la presencia de Pb, Ba, Sb como parámetro demostrativo del disparo de arma de fuego con técnica de alta sensibilidad y selectividad

Necesidad de una técnica confiable en el peritaje criminalístico del disparo de arma de fuego

Falta de confiabilidad de las técnicas tradicionales (Rodizonato de Sodio y Harrison Gilroy)

Bibliografía

Metodología de la Investigación Criminalística de los hechos producidos con arma de fuego

Ubicación en el Contexto CriminalísticoLa Balística Forense comprende el estudio de las armas de fuego como todos los demás elementos que contribuyen a producir el disparo y los efectos de éste dentro del arma, durante la trayectoria del proyectil y en el objetivo (Balística Interna, Balística Externa y Balística de Efecto)

Angel Vélez

Aspectos Genéricos

Orden Reconstructivo

Orden Identificativo

¿Cómo sucedió el hecho?

Identificación y señalamiento del arma utilizada

Del total de muertes violentas en nuestro país, el Estado de Chihuahua ocupa uno de los primeros lugares

Establecer qué mano disparó el arma de fuego

El fundamento de este aspecto es que cuando se dispara un arma de fuego, la mano que la empuña puede resultar maculada con gases, derivados nitrados, bario, plomo y antimonio

Antiguamente no existía más método que el

examen microscópico de la mano y olerla para

identificar el olor a pólvora

El Dr. Cubano A. Fernández Benítez recomienda algunas consideraciones sobre las manchas producidas por disparos de arma de fuego, enfatizando la conveniencia del uso de la parafina para captar productos nitrados en la mano, aplicando el reactivo Guthman (difenilamina-sulfúrica), denominando el procedimiento como Prueba de la Parafina

Identificativas

Aspectos Primordiales a Resolver

Establecer qué mano disparó el arma de fuego

Posteriormente se propone otras técnicas para identificar Ba, Pb y Sb, como la Prueba de Rodizonato de Sodio, que ha revelado satisfactoriamente la detección de carga de un arma de fuego, concluyendo que este examen es confiable

En los últimos años se han venido aplicando técnicas más sofisticadas como el Análisis por Absorción Atómica, cuyo grado de confiabilidad en la detección de Ba, Pb y Sb es elevado, siempre que se realice la prueba una hora después de ocurridos los hechos, considerándola decreciente y casi nula a las ocho horas

Identificativas

Aspectos Primordiales a Resolver

Aspectos Primordiales a ResolverReconstructivas

El fundamento que permite resolver este aspecto es que al disparar un arma de fuego sobre un objeto próximo, éste puede resultar maculado con derivados nitrados, Pb y otros compuestos radio-opacos

El Dr. Gonzalo Iturrioz utiliza por primera vez la parafina para captar derivados nitrados en prendas de vestir, alrededor del orificio de entrada del proyectil para determinar la distancia a que se produjo el disparo ( poco confiable)

Establecer la distancia del disparo

También se ha aplicado la reacción orgánica (Griess, 1858) utilizada por Walker con fines forenses, la cual tiene por objeto identificar en la ropa del lesionado, la presencia de nitritos alrededor del orificio de entrada del proyectil (confiable)

Ninguna prueba de laboratorio tiene valor absoluto, sino relativo, corroborativo, que en ciertos casos es decisivo, pero que debe interpretarse dentro de los límites estrictos dependiendo de su alcance

Ciencias Aplicadas en la Investigación Criminalística

Criminalística

Disciplina que se ocupa del reconocimiento, identificación y evaluación de la evidencia física, mediante métodos y técnicas para auxiliar la administración de justicia.

Busca, analiza y evalúa los indicios que son testigos mudos que no mienten que pueden permanecer o ser recogidos por el delincuente en el lugar del hecho delictuoso.

Biología

Permite que los médicos forenses examinen el lugar de los hechos, el cadáver, el instrumento del delito y los indicios: sangre, semen, cabellos, fibras, etc., recurriendo a la Traumatología, Histiología, Anatomía, Patología, Serología y otras disciplinas.

Ciencias Aplicadas en la Investigación Criminalística

Físico Química

Interviene auxiliando a la Criminalística por medio de Planimetría de la Optica, Fotografía, Análisis Espectral, Polarografía, Rayos X, Ultravioleta e Infrarrojos, Cromatografía, entre otras.

Esta nueva disciplina representa uno de los más recientes capítulos de la ciencia mediante el Análisis por Activación de Neutrones, nuevo y prometedor método para identificar la evidencia física

Física NuclearFenómenos radioactivos

Radiación beta

Radiación gamma

Detectar la presencia de nitratos y nitritos en la mano de una persona que disparó un arma de fuego, debido a los gases y productos procedentes de la deflagración de la polvora.

Objeto

Prueba de la Parafina Dr.Gonzalo Iturrioz Font

Técnicas

Los productos de combustión de un disparo contienen nitritos y nitratos y en el comportamiento caracteristíco de los grónulos procedentes de dicha deflagración, con la solución sulfúrica de difenilamina, reactivo genérico de los nitrados.

Fundamento

Técnicas

- Parafina semilíquida

- Solución de difenilamina sulfúrica

- Guantes

- Bolsas para separar

- Cinta adhesiva y marcadores

Se hace un guante de parafina en la mano de quien disparó el arma de fuego. Los nitritos y nitratos quedan adheridos en la parafina; la cual al ponerse en contacto con la solución de difenilamina, desarrolla un color rojo; sin embargo, estos compuestos químicos se encuentran en el tabaco, en fertilizantes y en muchas otras sustancias

Material y Equipo

Método

1. Los nitratos forman parte de la materia prima de todas las pólvoras

2. Todas las pólvoras dejan residuos en la mano de quien dispara un arma

3. Las partículas de la pólvora, se desintengran lentamente dando origen a una cauda, que muestra una característica reacción colorida

Fundamentos a favor de la Prueba de la Parafina

1. Los reactivos químicos que se utilizan, reaccionan también con sustancias que sin ser nitradas son inminentemente oxidantes, por lo que los reactivos no son específicos de los compuestos nitrados provenientes de la pólvora

2. Resultados con Falsas Positivas

3. Resultados con Falsas Negativas

Los Opositores a esta prueba afirman

La prueba de la Parafina no es confiable, en tal virtud, no debe aplicarse, argumento avalado en el Primer Seminario sobre Aspectos Científicos del Trabajo Policiaco (Interpol, 1964), por lo que no tiene valor como evidencia de identificación en las Cortes Judiciales

Conclusión

TécnicasPrueba de la Parafina

Dr.Gonzalo Iturrioz Font

Técnicas

Prueba del Rodizonato de Sodio Harrison – Gilroy

Tiene como finalidad identificar el Ba o Pb que pudieran haber maculado la mano de quien disparó, siendo posible la identificación por la coloración que resulta de la reacción química entre las sustancias de referencia y los elementos señalados (Pb del proyectil y Ba del fulminante)

Objeto

Esta prueba se fundamenta en la detección de residuos inorgánicos de Pb y Ba, mediante una reacción química con desarrollo de color en donde la sal de Rodizonato de Sodio reacciona en medio ácido con el Pb y Ba, produciendo la formación de Rodizonato de Pb y/o Ba. Complejo insoluble de color rojo escarlata y rosa marrón respectivamente, que observados al microscopio aparecen como puntos de dichos colores

Fundamento

Técnicas

Prueba del Rodizonato de Sodio Harrison – Gilroy

•Fragmentos de tela blanca de algodón de 2 cm. x 2 cm.

•Goteros

•Laminillas Portaobjetos

•Acido Nítrico al 2%

•Solución acuosa reciente de Rodizonato de Sodio al 0.2%, protegiéndola de la luz

•Acido Tartárico

•Agua Desionizada

•Microscopio estereoscópico

Material y Equipo

Prueba del Rodizonato de Sodio Método

Humedecer la tela con dos gotas de ácido

nítrico al 2%

Limpiar con diferentes fragmentos de tela, la región dorsal y palmar de

la mano (2/5 partes)

Colocar los fragmentos de tela en laminillas

portaobjetos

En cada fragmento de tela, se ponen dos gotas de

solución buffer y se

agita

Se analizan al final, macro y microscópicamente los fragmentos de tela

Si se observa coloración rosa marrón la prueba es positiva para Ba

Si se observa coloración rojo escarlata la prueba es positiva para Pb

Si hay una mezcla de esas coloraciones la prueba es positiva para ambos elementos

Si no hay ninguna de esas coloraciones la prueba es negativa

+++-

Poner dos gotas de solución de Rodizonato de Sodio en cada una de las partes tratadas

químicamente con anterioridad

Interpretación de Resultados

Prueba del Rodizonato de Sodio Conclusión

Este método se sigue utilizando hasta la fecha, pero tiene la desventaja de que está en función de la cantidad de residuos depositados sobre las manos de la persona, por lo que no se puede precisar si una persona disparó o no un arma de fuego, además de que su baja sensibilidad dará falsas negativas.

Técnicas

Análisis por Activación de Neutrones Ruch – Col

Determinar la concentración de Sb y Ba por la formación de radioisótopos resultantes de un bombardeo con Neutrones

Objeto

Está basado en la producción de radioisótopos o reacciones nucleares resultantes de un bombardeo de neutrones, seguido de la detección y medición de los diferentes radioisótopos formados.

Fundamento

Técnicas


•Convertir la muestra problema en material radioactivo (radioisótopos), a fin de que emitan radiaciones gamma.

•La muestra radiactiva se expone a un crista de centelleo, el cual convierte los rayos gamma que lo atraviesan en destellos luminosos, que son transformados por tubos fotomultiplicadores en pulsaciones eléctricas con voltaje proporcional a la energía de los rayos gamma emitidos.

•Estos impulsos son separados en grupos de diferente energía por el aparato electrónico llamado analizador diferencial de canales.

•El resultado es observado en forma de gráfica en la pantalla de un osciloscopio, la que proporciona información relativa a la clase y cantidad de elementos radioactivos existentes en la muestra analizada.

Método

Técnicas


El inconveniente de esta técnica es que solo identifica a dos componentes no combustibles de la mezcla de detonación (Sb y Ba), como residuos detectables de la mayoría de los cartuchos; por esta razón este método se emplea en combinación con absorción atómica para la detección de Pb, además de que el análisis por activación de neutrones consume demasiado tiempo y es muy costosa.

Conclusión

Técnicas

Análisis por Espectrofotometría de Absorción Atómica sin Flama

Identifica Ba, Pb y Sb en zonas maculadas producidas por el disparo de un arma de fuego, basándose en la absorción de luz a diferentes longitudes de onda, las cuales son características para estos elementos en sus diferentes estados atómicos

Objeto

Método rápido, de fácil operación y cuya sensibilidad es comparable con la del Análisis por Activación de Neutrones

El análisis cuantitativo por absorción atómica con horno de grafito, se basa en la medida de la radiación electromagnética absorbida por átomos a cuantificar

Fundamento

•Hisopos de algodón

•Tubos de ensaye desechables de 12 mm. x 75 mm.

•Cinta adhesiva

•Tanque de argón alta pureza

•Micropipetas de 10 ul.

•Espectrofotómetro de absorción atómica con horno de grafito

Material

•Agua desionizada

•Acido nítrico 1N

•Solución estándar de Pb

•Solución estándar de Ba

•Solución estándar de Sb

Reactivos


Limpiar zona de maculación con

hisopo humedecido con ácido nítrico 1M

Colocar cada hisopo en los tubos de ensaye previamente

marcados con nombre, número de averiguación previa, número de llamado, fecha de los hechos

y mano a que corresponde la muestra

Extraer los elementos metálicos de los hisopos

adicionando 2ml. de ácido nítrico 1M

Se inyectarán 10 ul de soluciones estándar de Ba, Pb y Sb

Agitar durante 15 – 20 minutos y filtrar

El hisopo se desecha y el líquido sobrenadamente se

utiliza para el estudio

Tratar las muestras estandar y los blancos de

la misma forma que se indica en el cuadro

anterior

Tomar las lecturas Sb a 217.9 nm Pb a 283.3 nm Ba a 553.6 nm

Tomar una alícuota de 10 ul. e inyectarlos sobre la banda de

tantalio

Método



El método de absorción atómica con horno de grafito es ideal para el análisis de pequeñas concentraciones de residuos, además de que se requiere pocos microlitros de muestra, para determinar y cuantificar un análisis, por lo que es un método sensible, lineal, reproducible y repetible

Conclusión

Cuando los elementos se encuentran entre los siguientes límites:

Límite mínimo Límite máximo

Bario.......................0.3 ppm 3.35 ppm

Antimonio...............0.2 ppm 3.86 ppm

Plomo....................0.7 ppm 4.34 ppm

Cuando los elementos no alcancen el límite mínimo

Se determina cuando la concentración de partículas metálicas analizadas sobrepasa el límite máximo, lo cual indica que existe contaminación por causas ajenas al disparo

Se obtiene cuando las muestras de las manos del presunto responsable sean tomadas ocho horas después de haber sucedido los hechos

+

+-

-Falsa

Falsa

Interpretación de Resultados


Historia

La Absorción atómica por horno de grafito tiene gran reputación

en análisis de rutina por su capacidad de cuantificación de

metales a nivel traza en una gran variedad de muestras

La Absorción Atómica es una técnica analítica que implica la absorción de energía luminosa por átomos en estado basal

La Absorción Atómica es una técnica analítica que implica la absorción de energía luminosa por átomos en estado basal

Espectrofotometría de Absorción Atómica por Horno de Grafito

Absorción Atómica Flama VS Horno

•Ofrece ventajas para analizar elementos en muestras convencionales

•En análisis más finos, requiere apoyo de sistemas alternos como el horno de grafito y el generador de vapor e hidruros

Flama

•La vaporización de elementos se realiza por atomización generando una densa población de átomos en estado basal (2 – 4 seg.) en contraste con la baja densidad de átomos y corto tiempo de flama

•Es 100 veces más sensible que el sistema de flama

Horno

•68 elementos

•Sencillo

•Rápido

•Conveniente

•Económico

•Niveles % a ppm

•Interferencias

•Eficiencia de atomización

•Volumen de muestra

Ventajas Desventajas•Niveles de ppb

•Muestras complejas

•Manejo de muestras

•Volumen de muestras

•Eficiencia de atomización

•Pocas interferencias

•40 Elementos

•Precisión

•Costoso

Ventajas Desventajas

El sistema tiene un tubo de grafito colocado axialmente al camino óptico de la lámpara

En el centro del tubo de grafito se producen átomos libres en estado basal

El sistema es enfriado con una corriente de agua fría que pasa por sus paredes internas

Principales características que debe cumplir un Sistema Atomizador

Sistema de Atomización

La muestra se introduce en el orificio y se deposita sobre la pared interna del tubo

El tubo es calentado por la resistencia con bajos voltajes y protegida de oxidación por la acción del oxígeno del aire con un gas inerte ( N2 o Ar) durante el proceso

Sistema de Atomización

•Analiza individualmente un volumen fijo de muestras

•La función de este sistema es generar una población de átomos libres en estado basal de manera que la energía luminosa del haz, pueda ser absorbida y medida

•La generación de átomos libres está relacionada con el grafito y el analito

•La disminución de átomos asume un decremento de óxidos del metal por el carbón

•La baja temperatura para la formación de átomos sugiere el siguiente proceso:

Formación de Atomos Libres

Proceso de Atomización

Secado

Calcinado o Mineralizado

Atomizado

MxOy(sol) + yC(sol) xM(gas) + yCO(gas)

Proceso de Atomización por Horno de Grafito

El desarrollo de un programa de atomización consiste en la selección adecuada de la temperatura y el tiempo de calentamiento, debiendo considerar otros parámetros como el tipo, tiempo y flujo de gas, para evitar la pérdida del analito

La respuesta analítica puede ser clasificada en:

Para una adecuada selección es necesario:•Analito

•Tipo de Matriz

•Volumen de Muestra

•Intervalo de Inyección

•Uso y concentración del Modificador

•Temperaturas, intervalos de calentamiento y tiempo del secado, calcinado y atomizado

•Flujo de gas durante el secado, calcinado y atomizado

•Limpieza del tubo

•Tiempos de enfriamiento

Atomización de Pared

Atomización en Plataforma

Es relevante todo conocimiento previo sobre propiedades fisico-químicas, componentes, viscosidad y punto de ebullición del analito

Desarrollo de Programas de Atomización Programas de

Atomización

La muestra es depositada sobre la pared interna del tubo de grafito y calentada por contacto directo al mismo

Etapas secado calcinado atomizado

Selección cuidadosa de temperatura y tiempo de calentamiento

Atomización en Pared

1 85 5.0 3.0 Normal No

2 95 40.0 3.0 Normal No

3 129 10.0 3.0 Normal No

4 1 000 5.0 3.0 Normal No

5 1 000 1.0 3.0 Normal No

6 1 000 2.0 3.0 Normal No

7 2600 2.3 0 Normal Si

8 2600 2.0 0 Normal Si

Programa de At omización - Parámetros del Horno, Programa para Ba

Paso Temperatura Tiempo Flujo de Gas Tipo de Gas Lectura No. (1oC) (sec.) (L/min.)

Mantenimiento

Secado

Flujo de Gas

Calcinado a Mineralizado

Atomizado

En un análisis con plataforma pirolítica, existe una diferencia de temperatura de 100o a 200oC entre ésta y el tubo

Deben asignarse las temperaturas mayores en el programa de atomización y modificar los tiempos de atomización

La señal en la mayoría de los elementos muestra una ligera pérdida de sensibilidad

Un programa de atomización en plataforma se desarrolla bajo los mismos principios que en pared, considerando los aspectos antes mencionados

Atomización en Plataforma

Secado, Calcinado y Atomizado Limpieza y Enfriamiento Optimización de la Señal

Mantenimiento

•Argón como gas inerte

•Verificar visual y auditivamente que la muestra es secada adecuadamente (sin ebullición)

•En caso de ser necesario, asignar temperaturas máximas permitidas de calcinación cuidando evitar pérdidas del analito

•Incrementar la temperatura de atomizado en intervalos de 100oC y para matrices extremadamente difíciles, usar intervalos de 50oC

•Utilizar rampas de calentamiento

•Usar inyecciones múltiples previas de atomización

•Incrementar el volumen de muestra inyectada

•Utilizar modificadores químico de matriz

La señal puede ser mejorada mediante la cuidadosa selección del programa de atomizaciónPuede utilizarse:

Interferencias

Tipos de interferencia

Supresión y/o compensación de interferencias

Correctores de interferencias

Modificadores químicos

Paladio como modificador

(h)

(i)

(c)(b)

(a)

(e)(d) (f) (g)(j)

a) Fuente de Radiación

b) Modulador

c) Celda de muestra

d) Monocromador

e) Detector

f) Electrónica

g) Registrador

h) Haz de referencia

i) Haz de muestra

j) Recombinador de haz

Componentes Básicos de un Espectrofotómetro de Absorción Atómica

Componentes / Espectrofotómetro

Las características de interés en las mediciones por absorción atómica son:

Monto de luz Longitud de onda resonante que es absorbida

Conforme el número de átomos se incremente en el paso de la luz, la cantidad absorbida, se incrementará predeciblemente

Se puede efectuar una determinación cuantitativa del analito presente, midiendo la cantidad de luz absorbida

La absorbencia es el término más conveniente para caracterizar la absorción de luz en la espectrofotometría de absorción, pues esta cantidad guarda una relación lineal con la concentración

A = abc

A= absorbencia

a= coeficiente de absortividad

b= longitud de la celda

c= concentración de especies absorbentes

Ley de Beer

Toma de muestra

Limpiar la zona de maculación de la mano derecha e izquierda

(región palmar y dorsal) con el hisopo humedecido previamente

con acido nitrico 1M

Colocar cada uno de los dos hisopos en los tubos de ensaye que han sido marcados con los

siguientes datos: Nombre, No. de averiguación previa, fecha y mano a la que corresponde la muestra

Extraer los elementos metálicos contenidos en los hisopos

adicionando 2ml de acido nítrico 1M

Se agita durante 15 ó 20 min. y se filtra. Se desecha el hisopo y

el líquido sobrenadante se utiliza para el estudio

Se utilizan muestras control o blanco en las determinaciones y

se someten a la misma preparación y procedimientos analíticos que las muestras

problema

Se preparan soluciones estándares de cada uno de los

elementos que se van a analizar

El Antimonio y el Plomo se determinanan comparándolos con

estándares preparados en las concentracones apropiadas

Se agregan 1.5 mg. de Cloruro de Sodio a cada muestra para que el Bario se absorba y se determine

posteriormente

Las pruebas se realizan en un espectrofotómetro de

absorción atómica con horno de grafito con sus respectivos

programas para los tres elementos

Procedimiento Analítico en un hecho de arma de fuego por Espectrofotometría de Absorción Atómica

en Horno de Grafito

1. Preparar solución estandar de 1000 mg / L de plomo, disolviendo 1.598 gr. de nitrato de plomo ( Pb ( NO3)2 ) y diluir en un litro de ácido nítrico al 1% (v/v)

2. Condiciones estándar de operación

3. -Se emplea una lámpara de descarga sin electrodos y una fuente de poder

- Generalmente la radiación emitida por lámparas de descarga sin electrodos son más intensas y más sensitivas que la lámpara de cátodo hueco

Longitud de onda (Nanómetros = nm ) 283.3

Abertura espectral nm 0.7

Ruido relativo 0.43

Condiciones estandar de operación y método para la determinación de plomo en Horno de

Grafito

operación y método /

plomo

1. Preparar solución estándar de 1000 mg / L de antimonio disolviendo 2.743 gr. de Tartrato de Antimonio y Potasio hemihidratado. K ( SbO ) C4H 406.1/2 H2O y diluirla en un litro de agua desionizada

2. Añadir fósforo a la concentración del ácido de las muestras y de los estándares

3. Condiciones estándar de operación

4. Tanto lámparas de descarga como de cátodo hueco son disponibles para el antimonio



Ruido relativo 1.0

Condiciones estandar de operación y método para la determinación de Antimonio en Hornro

de Grafito

1. Preparar la solución estándar de 1000 mg / L de Bario

2. Disolver 1.437 gr. de Carbonato de Bario ( BaCO3 ) y diluir en un litro de Acido Clorhídrico al 1 % ( v / v)

3. Interferencias

4. Condiciones estandar de operación:

La ionización puede ser controlada por la adición de una sal alcalina ( 0.1% o más de Potasio como Cloruro ) Para las muestras y estándares



Ruido relativo 1.0

Se utiliza lámpara de cátodo hueco

Condiciones estandar de operación y método para la determinación de Bario en Horno de

Grafito

Conclusiones

Consideramos que la técnica de espectrofotometría de absorción atómica es la más importante en comparación con la de análisis de activación de neutrones y de otras técnicas de origen químico

La espectrofotometría de absorción atómica es un método simple, confiable y puede realizar el análisis atómico en poco tiempo además el costo es razonable para los laboratorios

El análisis de activación de neutrones es un método muy confiable, sin embargo, es tardado y el costo de la instrumentación es prohibitivo para la mayoría de las agencias de gobierno

Conclusiones

Con la técnica de rodizonato de sodio se pueden determinar elementos de bario y plomo. Sigue siendo utilizada en varios países, con mejores resultados que los obtenidos con la prueba de la parafina.

Los falsos positivos y negativos son bajos, siendo escasas las probabilidades de maculación ajenas al disparo y el grado de confiabilidad de la prueba es media.

La prueba de la parafina que identifica derivados nitrados, en la actualidad resulta obsoleta debido a sus comprobados falsos positivos y falsos negativos.

Conclusiones

Recomendaciones

En el laboratorio es recomendable aplicar el método científico con todos sus pasos sistematizados

La espectrofotometría de absorción atómica es recomendable más que otras técnicas para detectar trazas de elementos en el análisis de disparo por arma de fuego, ya que este método resulta ser más confiable y además es adecuado para los análisis de rutinas en manos de analistas poca experiencia

En la mayoría de los casos se puede realizar un análisis espectral atómico en pocos minutos.

Universidad Autónoma de ChihuahuaFacultad de Ciencias Químicas

Químico Bacteriólogo ParasitólogoGloria María Dorado Alvarez

Químico IndustrialJanet Virginia Madrid González

Producción

Para Obtención de Título:

bocetoase so r í a c r e a t i va

w w w . b o c e t o . n e t

Bibliografía

•Bander, Gary T. 1994, Métodos Instrumentales de Análisis en Química Clínica, Editorial ACRIBIA S.A., España

•Christian, Gary D. 1993, Química Analítica, Editorial Limusa, México, D.F.

•Curso de Absorción Atómica, GBC Instrumentación, México, D.F.

•Moreno González, L. Rafael, 1998, Compendio de Criminalística, Editorial Porrúa, México

•Moreno González, L. Rafael 1982, Manual de Introducción a la Criminalística, Editorial Porrúa, México

•Simoni, C. 1980, Medicina Legal Judicial, Editorial JIMS, Barcelona.

•Skoog Douglas A, Leary, 1994, Análiisis Instrumental, Mc Graw Hill, España

•Tello Flores, F. Javier, Medicina Forense, Editorial Colección Textos Jurídicos Universitarios

Primer atomizador por tubo de carbón desarrollado en Australia; otros por horno de grafito eran creados en europa y América

1970

Combinación de las virtudes del primer modelo con los de Europa y América, presentando problemas de reproducibilidad con elementos formadores de carburos refractarios

1971

Nuevos sistemas eliminaron muchos de los problemas de reproductibilidad

1972

Espectrofotometría de Absorción Atómica por Horno de Grafito Antecedentes Históricos

El tubo de grafito es calentado por resistividad longitudinal. Además se usan las plataformas pirolíticas y modificadores de matriz

1981

Nuevas mejoras con la introducción de modelos automatizados y se desarrolla el sistema de corrección de interferencias de fondo por efecto Zeeman sobre el atomizador por tubo de grafito

1986

Los siguientes sistemas mantenían la simplicidad en el manejo de modelos anteriores con mayor control del calentamiento, enfriamiento y monitoreo de temperatura

1976

Espectrofotometría de Absorción Atómica por Horno de Grafito Antecedentes Históricos

•El atomizador debe ser tubular

•El tubo debe ser de grafito pirolítico o tener cubierta pirolítica

•Debe ser capaz de soportar intervalos amplios de calentamiento

•El atomizador debe ser suficientemente largo para retener los átomos

•El atomizador debe tener un mínimo de área en su sección transversal

Principales características que debe cumplir un sistema atomizador

Tubos de Grafito

Plataformas Pirolíticas

Cubiertas pirolíticas

Espectrofotometría de Absorción Atómica por Horno de Grafito

Particionados

Son diseñados para retener muestras de baja tensión superficial en la parte central



De Meseta

Se utilizan para análisis que requieren el uso de plataformas pirolíticas

De Partición Cortada

Son empleados en análisis con o sin plataforma pirolítica

Clilindro de carbón grafito de 2 cm. de largo x 0.5 cm. de diámetro interno con orificio central através del cual se deposita la muestra

Tipo

sTubos de

Grafito

Pieza de grafito pirolítico sólido con una depresión central diseñada para contener un volumen máximo de 40 pd de muestra


Al ser instaladas las plataformas están en contacto en cuatro puntos con el tubo de

grafito

La plataforma debe ser insertada dentro del tubo y la muestra depositada sobre

la depresión de ésta en lugar de la pared del tubo


Densa y dura capa de carbón pirolítico formada sobre el grafito sustrato, cuyo grosor es de 30x10 –4 cm.

Cubiertas Pirolíticas

Proporcionar una eficiente reducción del efecto por interferencias químicas en fase de vapor

La cubierta es relativamente impermeable a los gases calentados

Químicamente carece de reactividad

Ventajas

Esta etapa debe proporcionar la completa desolvatación de la muestra

Atomización en Pared Secado

La temperatura de secado debe ser justamente 1o ó 2oC por debajo del punto de ebullición del disolvente, evitando la pérdida de muestra por ebullición violenta

En una mezcla de disolventes se seleccionan diferentes temperaturas gradualmente, iniciando con el menor punto de ebullición

El tiempo total de secado es de 2 a 3 seg. por ul de muestra depositada

El máximo flujo (3.0 L/min.) de gas durante el secado

Flujo de Gas


Atomizado

El flujo de gas pasa através y alrededor del tubo de grafito, ayudando a eliminar del atomizador, los productos resultantes de la muestra en cada etapa


Atomizado

Los gases generalmente utilizados son N2, Ar, ó Ar : H2 (95:5%)

El uso del argón en la etapa de atomización produce mejor respuesta que con N2 para todos los elementos

Es indispensable el uso de argón a temperaturas por arriba de 2500oC

Atomización en Pared Flujo de Gas

En la etapa de calcinado, deben ser removidos los componentes orgánicos y sales resultantes sin pérdida del analito

Atomizado

La temperatura puede ser entre 200 a 1200oC sin eliminación de analito

El tiempo de calcinado es entre 10 y 30 seg. para matrices moderadas

Muestras simples requieren de temperaturas bajas y tiempos cortos

Muestras con matrices complejas requerirán de una cuidadosa selección

de ambos parámetros

El flujo máximo de gas durante el calcinado provee de una eliminación eficiente de los

residuos resultantes de la misma

Paro de Gas

Detener el flujo de gas entre el calcinado y atomizado es vital,

pues el analito puede ser arrastrado en el último paso del

calcinado

Atomización en Pared Calcinado o MineralizadoAtom. Pared/Calcinado

Involucra un calentamiento rápido desde el calcinado hasta la temperatura de atomización, presentando variación en la temperatura de atomización, de elemento a elemento, además de poder cambiar con un mismo elemento en diferente matriz.

Atomización en Pared Atomizado

La temperatura óptima de atomización es de 1600 a 2700oC

El tiempo de atomización asignado es de 2 a 3 seg.

Se suprime el flujo de gas durante la atomización

Se asigna un paso de 50 a 100oC y arriba de la temperatura de atomización durante 2 seg. (opcional)

Al final de una atomización en pared es recomendable un paso de limpieza del tubo

Atom. Pared/Atomizado

Atomización en Plataforma Secado, Calcinado y Atomizado

La temperatura apropiada debe ser asignada entre 100 a 200oC arriba de la recomendada en pared

En todos los casos el tiempo de calentamiento será el mismo o ligeramente modificado

En una atomización en plataforma es indispensable una etapa de enfriamiento para asegurar que la plataforma se encuentre siempre a la misma temperatura

Se fija un paso de enfriamiento de 40oC durante 12-14 seg. a la misma temperatura

Se fija un paso extra de 5-10 seg. a la misma temperatura

Limpieza y Enfriamiento

Optimización de la señalLa señal siempre será representada mediante un pico, siendo su forma y tamaño muy variables

Atomización Mantenimiento

Este servicio permite mantener el instrumento siempre dentro de especificaciones analíticas del

proveedor y óptimas condiciones de funcionamiento

Debe llevarse a cabo mediante contrato con el proveedor, el cual deberá contar con un laboratorio de servicio

Mantenimiento Interno

Comprende la revisión continua o programada de los componentes del sistema atomizador responsables directos de proporcionar la máxima sensibilidad analítica

Mantenimiento Provisto

Tipos

•Se inspecciona la superficie de los electrodos, ésta no debe presentar daños

o depósito de sales, pues conduciría a resultados imprecisos.

•Es suficiente un paño de algodón, impregnado con una solución metanol /

agua (10%)

•Si hay señales que indiquen un contacto inadecuado entre los electrodos y tubo de

grafito, será necesario reemplazarlos

Electrodos•Los tubos nuevos deben acondicionarse antes de la primera inyección, calentándolos 2 ó 3 veces a 3000oC con el máximo flujo de gas

•La vida útil de los tubos depende de la temperatura y el tiempo de calentamiento durante el programa de atomización

•El tiempo de vida de un tubo es de 500 – 1000 atomizaciones o calentamientos a 2600oC en muestras acuosas utilizando gas Ar

Tubos de Grafito


Deben ser verificadas periódicamente para asegurar el

adecuado paso de haz de luz através del tubo de grafito

Ventanas de cuarzo

Se requiere una solución de enjuague que contenga 0.005% de tritón x-100 ó HNO3 al 0.01% en muestras acuosas para evitar errores por contaminación con el capilar del automuestrador

Automuestreador


Atomización en Plataforma Interferencias

Interferencias físicas

Tipos de Interferencias en el Horno de Grafito

Físicas

Químicas

No específicas

Incandescencia

En horno de grafito los efectos por viscosidad y tensión superficial pueden afectar la reproducibilidad de los resultados, debido a su efecto sobre el volumen de muestra inyectado y grado de dispersión dentro del tubo.

La baja tensión superficial de una solución tiende a dispersarse a lo largo del tubo y la vaporización del analito a partir de diferentes puntos dentro del tubo afecta las lecturas como resultado de:

El tiempo de residencia de los átomos

Existe un gradiente de temperatura

Atom. Plataforma/ Interferencias


Interferencias Químicas

Se deben a la acción de especies propias de la matriz, éstas preferentemente deben eliminarse durante la calcinación mediante la adecuada selección de parámetros

Las interferencias químicas son catalogadas por:

Interferencias en fase de vapor

Interferencias en fase condensada


Interferencias en fase de vapor

Ocurren cuando la nube atómica es alterada como resultado de interacciones de los componentes de la matriz con el analito

Este tipo de interferencias pueden ser suprimidas o minimizadas con el uso de plataformas pirolíticas

Está presente cuando un compuesto volátil del analito es perdido durante la etapa de secado o calcinado antes de alcanzar la temperatura de atomización

El uso de modificadores químicos de matriz son la mejor alternativa para eliminar interferencias químicas en fase de vapor y en fase condensada cuando el programa de atomización o las plataformas no son suficientes para suprimirlas

Interferencias en fase condensada


Interferencias en fase de absorción no

especifica o de fondo

Es una señal falsa provocada por absorción molecular de sales, las cuales son vaporizadas durante la atomización o por dispersión del haz provocado por partículas

Las interferencias de fondo son más pronunciadas en la región UV que en la visible (< 250nm); para ser corregidas se usan sistemas correctores tales como:

Deuterio (Lámpara de Deuterio)

Zeeman (Campo Magnético)

Se debe a la intensa señal de luz emitida por el tubo de grafito a altas temperaturas (>1000oC)

Para minimizar las interferncias por incandescencia, el atomizador debe ser alineado y ajustado a la altura del horno para obtener la máxima señal de la lámpara de cátodo hueco y deben utilizarse ranuras con altura reducida

Incandescencia

Supresión y/o compensación de interferencias




Adición de estándares Elimina diferencias físico-químicas entre estándares y muestras, mediante un proceso que consiste en la toma de varias alicuotas de una muestra representativa y adiciona a éstas, diferentes cantidades de estándar de concentración conocida

Corrige interferencias no específicas o de fondo que ocurren cuando el haz de luz se absorbe o dispersa por especies moleculares o partículas sólidas en la zona de lectura

La corrección es simple, con la ayuda de una fuente de radiación de tipo continuo, la cual usualmente es una lámpara de Deuterio, que presenta un espectro de emisión intenso desde 190 hasta 425 nm.

En un instrumento de AA, la señal de la lámpara de cátodo hueco (HCL) y de Deuterio (D2) son moduladas y el detector está capacitado para diferenciar estas pulsación vía electrónica por diferenciar esta pulsación vía electrónica por modulación sincrónica

Corrector de fondo o Lámpara de Deuterio

Atomización en Plataforma InterferenciasSupresión y/o Compensación de interferencias




Al igual que el de Deuterio, tiene por objeto, sustraer la señal de absorbencia de fondo, de la absorbancia total para obtener únicamente la absorción atómica

El sistema de Zeeman consiste en aplicar un campo magnético sobre el horno, ya sea en forma longitudinal o trasversal al haz de luz

Corrector de fondo de Zeeman

Atomización en Plataforma InterferenciasSupresión y/o Compensación de interferencias

Atomización en Plataforma InterferenciasDeuterio vs Zeeman

Zeeman•Mayor exactitud en corrección de identificación de interferencias estructurales

•Corrige algunas interferencias espectrales

•Corrección a cualquier longitud de onda

•Beneficios de doble haz con óptica de haz sencillo

•Uso de solo una lámpara

•Reducción de sensibilidad

•Curvaturas severas en gráficas de calibración

•Costoso

•Puede no corregir algunas interferencias estructurales

•Requiere del uso de una lámpara de Deuterio

•No corrige interferencias a longitudes de onda altas (visibles)

•Puede no corregir interferencias espectrales

Des

vent

ajas

•No hay pérdida de sensibilidad o rango de trabajo

•Aplicable a horno flama y generador

•Efectivo para casi todas las situaciones de corrección

•Relativamente fácil y económico

Deuterio

Vent

ajas



Atomización en Plataforma InterferenciasModificadores Químicos

Los efectos deseables con el uso de modificadores químicos son:

1. Desplazar la temperatura de atomización

2. Permitir temperaturas de calcinación mayores

3. Mejorar la sensibilidad analítica

Su finalidad es alterar la volatidad del analito o componentes de la matriz

Algunos modificadores son empleados para remover a temperaturas bajas los componentes de la matriz, de tal forma que la señal del analito no se vea afectada por su influencia


Atomización en Plataforma InterferenciasPaladio como Modificador

Formas más comunes de reducir Pd en análisis por horno de grafito:

1. Preinyección

2. Solución reductora de acido cítrico (2%)

3. Mezcla de gases Ar-H2 (95.5%)

El Paladio (Pd) ha proporcionado una mejor estabilidad para la mayoría de los elementos analizados por horno de grafito

Un aspecto extremadamente importante del Pd es que debe ser previamente reducido a su forma metálica para obtener los beneficios deseados

Atom. Plataforma/Paladio como Modificador

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