Detección de múltiples metales pesados 4/5 - Análisis por Stripping
Este capítulo forma parte de la serie «Detección de múltiples metales pesados mediante voltametría de desposición». En este capítulo se explica la teoría sobre el método de análisis utilizado en el experimento correspondiente, es decir, el análisis por desposición.
El análisis del Stripping
Los metales pesados tienen un impacto en el medio ambiente incluso en cantidades traza; por lo tanto, se necesitan métodos para cuantificarlos en cantidades traza. Actualmente, el análisis por stripping es el método más sensible que no implica biomoléculas para la cuantificación. El análisis por stripping añade un paso de preconcentración al análisis. Imaginemos que el electrodo primero se viste y luego se desnuda.
Este método es especialmente adecuado para los metales pesados. En la etapa de preconcentración, el electrodo tiene un potencial suficientemente catódico para reducir todos los metales interesantes para este análisis. Los iones metálicos cercanos al electrodo se reducen al metal sólido y se depositan en el electrodo. De esta forma se pueden depositar conjuntamente varios metales.
Una condición es que el metal se adhiera bien al electrodo, de lo contrario el metal se desprenderá del electrodo y no habrá preconcentración en el electrodo. El mercurio forma aleaciones con la mayoría de los metales y, por lo tanto, es adecuado para el análisis por stripping, pero trabajar con mercurio implica peligros potenciales. El mercurio forma vapores venenosos y compuestos orgánicos tóxicos. La mayoría de los laboratorios intentan evitar el mercurio.
Para algunos metales, ciertos electrodos de otros metales tienen el mismo efecto, por ejemplo, los electrodos de oro forman aleaciones con el mercurio depositado, el plomo y otros metales. Los electrodos de bismuto también lo hacen. Sin embargo, el mercurio sigue siendo el patrón oro para el análisis por stripping y los nuevos métodos siempre se compararán con los electrodos de mercurio.
Los electrodos que se utilizarán durante este experimento, ItalSens IS-HM, son electrodos de grafito modificados con un polímero que contiene sales de mercurio. Se activarán antes de la medición y formarán una película de mercurio muy fina sobre el electrodo. De esta forma se minimiza la cantidad de mercurio utilizada en cada análisis.
Método por etapas
Los pasos básicos para un análisis de extracción son:
El electrodo se estabiliza, limpia o modifica de forma adecuada para la aplicación. Para el ItalSens IS-HM este paso eliminará los metales de la última medición.
Se aplica un potencial al electrodo que conduce a la reducción del analito. La solución suele agitarse durante este paso para aumentar el flujo de iones metálicos hacia el electrodo. Los tiempos de deposición de entre 30 y 300 s son habituales para la determinación de trazas metálicas.
La agitación se detiene y se aplica el potencial inicial de la etapa de stripping. Mientras que en la mayoría de los casos este paso permite que la corriente capacitiva decaiga antes de que comiencen las mediciones, durante un análisis de stripping este paso permite que la solución agitada se asiente. Un valor típico es de 30 s.
Se aplica una técnica voltamétrica para eliminar las especies depositadas. Los métodos más habituales son la voltametría de barrido lineal, la voltametría de pulso diferencial o la voltametría de onda cuadrada. El potencial se barrerá hacia valores más anódicos y, como consecuencia, los metales se oxidarán, se desorberán y se disolverán.
Los datos registrados se procesarán para calcular la cantidad de analito presente en la muestra.
Notas sobre el análisis de extracción
El análisis de desposición aquí descrito se conoce como voltametría de desposición anódica o análisis de desposición anódica. El potencial se barre hacia valores anódicos (potenciales más positivos o más oxidantes) y los analitos se oxidan. No es necesario que se trate de metales; también son posibles los tioles adsorbidos sobre oro u otras combinaciones. Otra variante es la voltametría de desprendimiento catódico. Las especies se depositan en la superficie debido a la oxidación y el barrido de potencial se realiza hacia potenciales más catódicos (más negativos). Un ejemplo de estos procesos son los haluros, que forman una sal insoluble con los iones de mercurio en un electrodo de mercurio. Un barrido catódico reduce el mercurio y libera de nuevo los haluros.
La preconcentración de la técnica de stripping y la sensibilidad de la SWV permiten una cuantificación de la concentración hasta 10-10 M y 10-11 M. Además, con este método se puede acceder a una gama más amplia de concentraciones gracias a la posibilidad de ajustar el tiempo de deposición.
El límite inferior de concentración de la voltametría de desadsorción se alcanza si durante la etapa de deposición no se han adsorbido suficientes especies como para generar una corriente significativa durante la desadsorción. El límite superior se alcanza si durante la deposición se forman varias capas de especies adsorbidas que no pueden eliminarse por completo mediante el desprendimiento. La formación de nuevos compuestos entre las especies adsorbidas también puede limitar el rango de concentración que ofrece una relación lineal con la corriente. Entre estos límites, una SWV debería ofrecer una relación lineal entre la corriente máxima y la concentración de la especie correspondiente.
Si un determinado tiempo de deposición conduce a una señal fuera del rango lineal, el tiempo de deposición puede reducirse para desplazar el rango lineal. Un rango lineal es importante para realizar un análisis de adición estándar. Si se desarrolla un nuevo método o si se establece un protocolo de análisis, se evalúan los límites de determinados tiempos de deposición y se elige un tiempo adecuado para las concentraciones esperadas (véase la figura 3.1).
Literatura
[1] S. Laschi, I. Palchetti, M. Mascini, Sensor Actuat B-Chem 114 (2006), p. 460 - 465