Chapter 4 Measuring Frontier Efficiency
4.4 Stochastic parametric frontier approaches
4.4.2 Estimating parameters and predicting efficiency
Especie.
Número de Lote.
Persona responsable que envió la muestra.
Fecha de recolección.
Fecha y lugar de llegada de la muestra.
Pruebas de laboratorio a realizar.
Para el estudio utilizamos en total 4 piezas de pescado, dos de merluza austral y dos de pescadilla.
La merluza 1 y la pescadilla 1 eran de menor tamaño que la merluza 2 y la pescadilla, respectivamente.
41 1.2 . Procesamiento dé muestras de las piezas de pescado
Procedimiento:
- 1.2.1) Atemperado de las piezas.
- 1.2.2) Toma de muestra.
- 1.2.3) Pesado de la muestra.
- 1.2.4) Secado.
- 1.2.5) Calcinado.
- 1.2.6) Tratamiento de las cenizas.
Tabla 5: Materiales, Reactivos y equipos utilizados durante la etapa 1 y 2.
Materiales Reactivos Equipos
Crisol de Sílice de 48x42 Ácido Nítrico (HNO3 ) Balanza analítica
Cuchillo de Acero Inoxidable Ácido Sulfúrico (H2SO4) Multiprocesadora Tabla de Plástico Permanganato de potasio(KMnO4) Mufla
Tubo de Ensayo de Vidrio Persulfato de potasio(K2S2O8) Estufa
Pinzas Agua Destilada Termómetro de horno
Espátulas Manto de calentamiento
Vidrio de Reloj Baño Termostatizado Pizeta de Polietileno Recipiente con hielo Matraces de 50 mL Papel de Filtro Pipetas de 10 mL Embudo de Precipitación Vaso de Precipitado 150 mL Soporte Universal Rollo de Papel
42 Tratamiento general de las muestras:
Debido a que muchas de las piezas de pescado también fueron utilizadas en el área de microbiología, se utilizó la técnica aséptica para el manejo del producto que llegó al laboratorio, utilizando los operarios guantes de látex descartable y ropa de trabajo adecuada, como guardapolvo y delantal.
Antes de manipular o analizar las muestras, se limpiaron las áreas de trabajo y áreas circundantes con desinfectantes comerciales utilizados en el laboratorio. En todos los casos se usaron reactivos ultra puros, para evitar y/o minimizar cualquier tipo de contaminación e interferencias en las determinaciones. Todas las soluciones fueron preparadas con agua destilada, calidad de laboratorio.
Se analizaron una muestra de cada una, sin repeticiones en el siguiente orden:
Tabla 6: Piezas de pescado enumeradas para su uso.
Especie Inicio de su procesamiento
Merluza 1 05/06/2017 Merluza 2 12/06/2017 Pescadilla 1 19/06/2017 Pescadilla 2 03/07/2017
43 1.2.1)
Atemperado las piezas
Las piezas fueron atemperadas sobre la mesada, a temperatura ambiente, en el empaque original y en el contenedor en el que se las recibió en el laboratorio, para que se descongelen en el caso de que viniesen congeladas o se atemperen en caso que estuvieran refrigeradas (Fig. 29).
Figura 29: Piezas de pescado descongelándose. Fuente: Yemek, 2017.
Una vez atemperadas, se realizó un lavado con agua corriente fría bajo la canilla, con el fin de retirar las escamas sueltas, restos de hielo, de plástico, de arena y de cualquier otro elemento que altere el resultado del estudio.
1.2.2) Toma de la muestra
Se colocó el pescado sobre una tabla de polipropileno blanca, en decúbito lateral derecho (Fig. 30).
Para la extracción de las muestras se utilizó un cuchillo de acero inoxidable y una pinza.
Figura 30: Corte y extracción de la muestra de la pieza de pescado. Fuente: Marinewaters, 2017.
44 Se aplicó el protocolo para la extracción de las muestras, utilizando
músculos del lomo y del abdomen. Las muestras que se fueron recolectando, se las fue acopiando sobre un recipiente contenedor, en este caso un vidrio de reloj, hasta obtener un peso que se aproximó a 10g de muestra.
Una vez obtenidos los 10 g, la muestra fue triturada en partes cada vez más pequeñas, hasta obtener un producto homogéneo de consistencia grumosa, mediante de múltiples cortes con el cuchillo y/o con una multiprocesadora eléctrica (Fig. 31).
Figura 31: Trituración de la muestra obtenida. Fuente: Deposiphotos, 2017.
1.2.3)
Pesado de la muestra
Se utilizó una balanza analítica, con una sensibilidad de precisión 0,00001g donde se taró el crisol de sílice (Fig. 32).
Figura 32: Crisol de sílice (izq.) y balanza analítica Entris (der.). Fuente: Equipamiento científico; Alibaba, 2017.
45 Se pasó la muestra del vidrio de reloj al crisol por medio de una
espátula y se efectuó la lectura de pesada.
Se anotó el peso exacto con las 5 cifras.
Pesos registrados:
Tabla 7: Pesos de las diferentes muestras obtenidas.
1.2.4)
Secado
El crisol de sílice fue colocado en una estufa y calentado a una temperatura de 100 ºC durante 8 horas (Fig. 33).
Figura 33: Estufa de laboratorio y crisol extraído del mismo. Fuente: Medicalexpo, 2017.
1.2.5)
Calcinado
Luego se colocó el crisol, todavía caliente, en una mufla y se inició el calcinado a 150 °C manteniendo la temperatura hasta que no se percibió la salida de humo (Fig. 34).
Figura 34: Mufla. Fuente: Samothermal, 2017.
46 Posteriormente, se fue elevando gradualmente la temperatura de
150 ºC a 450 ºC, para evitar que la muestra se incinere, con un incremento de 25 ºC/h, proceso que duro 12 horas.
Luego se apagó la mufla y se dejó enfriar.
El resultado de este proceso fueron cenizas de color gris, blancas o de color ámbar.
1.2.6)
Tratamiento de las
cenizas
Para las muestras destinadas a cuantificar arsénico, cadmio y plomo:
Se transfirieron las cenizas de las muestras a un vaso de precipitado de 150 mL.
Se tomó con una pipeta y pro pipeta 1 mL de ácido nítrico.
Se lavaron las paredes del crisol con 0,5 mL de ácido nítrico, para extraer el resto de las cenizas que no se desprendieron del mismo al transferirlo al vaso de precipitado. Se colocó el resultado del lavado del crisol dentro del vaso de precipitado junto con los 0,5 mL que todavía contenía la pipeta.
En un soporte universal se colocó y se ajustó un embudo de polipropileno con un papel de filtro en su interior y debajo de este un matraz de 50 mL (Fig. 35).
Figura 35: Representación del proceso de filtrado. Fuente: Docencia udea, 2017.
47 Se dejó caer lentamente el contenido del vaso de precipitado
dentro del embudo, para que comience el filtrado de manera pasiva, con el fin de retirar la presencia de partículas o de materia insoluble.
Se fue agregando agua destilada al embudo por medio de una pizeta hasta enrasar en los 50 mL. del matraz (Fig. 38)
Para las muestras destinadas a cuantificar Mercurio:
Se pesó en un tubo de ensayo de vidrio, 1g de muestra de las cenizas, a las que se le agregó 4mL de ácido sulfúrico y luego 1mL de de ácido nítrico.
Se colocó el tubo sin taponar, por los gases que se generan, en el equipo de baño termostatizado 58 ºC durante 60 minutos (Fig. 36).
Figura 36: Equipo de baño termostatizado. Fuente: Cvpba, 2017.
Pasado este tiempo, se lo retiró del baño termostatizado y se lo colocó en un recipiente con hielo, para enfriarlo durante unos 20 minutos (Fig. 37). Se lo retiró del recipiente con hielo y se secaron las paredes del tubo con papel absorbente, para retirar los restos de agua y hielo.
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Figura 37: Recipiente con hielo para refrigeración. Fuente: Anavictoriamendez, 2017.
Dentro del tubo de vidrio se agregó 15 mL de permanganato de potasio y 8 mL de persulfato de potasio. Se dejó en reposo toda la noche.
Luego se filtró en un embudo con papel de filtro y se llevó a volumen dentro de un matraz de 50 mL (Fig. 35).
Los resultados de las muestras (Fig. 38) destinadas a analizar As, Cd y Hg (izquierda) y el resultado de las muestras destinadas a analizar Pb (derecha).
Figura 38: Matraces de 50 ml con la muestra en solución. Fuente: Hirschmann- laborgeraete, 2017.
49 5.3) Realización de las diluciones de reactivos:
METODOLOGÍA:
La metodología que se siguió para la determinación cuantitativa de arsénico, cadmio, mercurio y plomo por espectrofotometría de absorción atómica, con el equipo Shimadzu AA 7000 está basada en los siguientes métodos:
Tabla 8: Metodologías según el metal correspondiente. Fuente: *EPA-AOAC Official Methods, 2017.
Elemento Método Estandarizado Internacional
As EPA Method 7060ª arsenic by GFAA. Official Name: Arsenic (Atomic Absorption, Furnace Technique)
Cd AOAC Official Method 999, 11 Lead, Cadmium, Copper, Iron, and Zinc in Foods, 19th Edition EPA Method 7000B (2012) and Flame atomic absorption spectrophotometry.
Hg EPA Method 7470A Mercury by Manual Cold-Vapor Technique. Official Name: Mercury in Liquid Waste (Manual Cold-Vapor Technique)
Pb EPA Method 7470A Mercury by Manual Cold-Vapor Technique. Official Name: Mercury in Liquid Waste (Manual Cold-Vapor Technique)
* AOAC (Sigla en inglés que significa “Association of Analytical Communities” y que en español significa “Asociación Científica Dedicada a la Excelencia Analítica”) y de la EPA (Siglas en inglés para definir a la “Environmental Protection Agency”, y que en español significa “Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos de América”).
Al realizar la parte experimental, en primer término se corrieron los estándares para iniciar la curva de calibración y a continuación de esto, se analizaron las muestras de carne de pescado.
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Previo al análisis propiamente dicho de cada uno de los metales pesados con espectrofotometría, es necesaria la calibración del equipo, mediante una curva de calibración. Cada curva que se obtuvo, graficando los valores de absorbancia obtenidos de cada metal, en función de sus concentraciones en los estándares, que son preparados en paralelo, mientras se realizan los procedimientos de digestión y posterior dilución de dos muestras.
Procedimiento General:
La práctica realizada consiste en la determinación de una concentración desconocida de un metal pesado en una muestra problema. Para ello se realizaran los siguientes procedimientos:
3.1) Realización de diluciones. 3.2) Calibración del equipo.
Tabla 9: Materiales, Reactivos y equipos utilizados durante la etapa 3.
Materiales Reactivos Equipos
Matraces de 25 mL Trióxido de arsénico (As2O3) Balanza analítica
Pipetas de 10 mL Acido 2-aminobenzoico (C7H7NO2)
Embudos Acetato de mercurio (C4H6O4Hg)
Espátula metálica Nitrato de plomo Pb(NO3)2
Ácido nítrico HNO3 0.45 M
51 5.3.1) Procedimiento Inicial:
Realización de diluciones de los estándares
Se realizaron una serie de muestras patrones a partir de reactivos ultra puros de diferentes concentraciones para realizar un análisis de linealidad, para definir el rango óptimo de concentración de la curva de calibración (Fig. 39).
Figura 39: Matraz con el blanco (izq.) y los 5 matraces con las diferentes diluciones (der). Fuente: Hirschmann-laborgeraete, 2017.
As:
Reactivo grado analítico: trióxido de arsénico As2O3 (porcentaje de pureza 99,0%). Se disolvió 1,6-1,7 g de As2O3 en un volumen de HNO3 0,45 M contenido en un
matraz volumétrico de 1 Litro y se llevó a volumen con la solución de HNO3 0,45
M.
Matraz 1: Agua destilada 0,5mL (Blanco).
Matraz 2: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 0,5 mL.
Matraz 3: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 1,0 mL.
Matraz 4: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 2,5 mL.
Matraz 5: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 5,0 mL.
52 Cd:
Reactivo grado analítico: ácido 2-aminobenzoico C7H7NO2 (porcentaje de pureza 99,0%). Se disolvió 1,6-1,7 g de C7H7NO2 en un volumen de HNO3 0,45 M
contenido en un matraz volumétrico de 1 litro y se llevó a volumen con la solución de HNO3 0,45 M.
Matraz 1: Agua destilada 0,5mL (Blanco).
Matraz 2: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 0,5 mL.
Matraz 3: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 1,0 mL.
Matraz 4: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 2,5 mL.
Matraz 5: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 5,0 mL.
Matraz 6: Muestra 0,5mL.
Hg:
Reactivo grado analítico: acetato de mercurio C4H6O4Hg (porcentaje de pureza 99,0%). Se disolvió 1,6-1,7 g de C4H6O4Hg en un volumen de HNO3 0,45 M
contenido en un matraz volumétrico de 1 litro y se llevó a volumen con la solución de HNO3 0,45 M.
Matraz 1: Agua destilada 0,5mL (Blanco).
Matraz 2: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 0,5 mL.
Matraz 3: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 1,0 mL.
Matraz 4: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 2,5 mL.
Matraz 5: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 5,0 mL.
53 Pb:
Reactivo grado analítico: nitrato de plomo Pb (NO3)2 (porcentaje de pureza 99,0%). Se disolvió 1,6-1,7 g de Pb (NO3)2 en un volumen de HNO3 0,45 M contenido en
un matraz volumétrico de 1 litro y se llevó a volumen con la solución de HNO3
0,45 M.
Matraz 1: Agua destilada 0,5mL (Blanco).
Matraz 2: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 0,5 mL.
Matraz 3: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 1,0 mL.
Matraz 4: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 2,5 mL.
Matraz 5: Reactivo diluido en HNO3 2mL + agua destilada 5,0 mL.
Matraz 6: Muestra 0,5mL.
5.3.2) Calibración:
El equipo debe calibrarse para el metal a determinar, usando el blanco de calibración y los estándares de calibración de los matraces 1, 2, 3, 4 y 5 preparados en el punto 3.1.
A partir de este punto, todos los procesos realizados con el espectrofotómetro de absorción atómica Shimadzu AA 7000 fueron realizados por el técnico Agustín Costa, a cargo del mismo en el Laboratorio de Análisis Clínico Fares Taie.
Equipo y accesorios:
- Espectrofotómetro de absorción atómica Shimadzu AA 7000.
- Capilar de Inyección.
- Quemador horno de grafito para arsénico.
- Quemador de llama para cadmio.
- Quemador de vapor frio con formación de hidruros para mercurio.
54 Procedimiento:
- 3.2.1) Introducir la celda con el blanco.
- 3.2.2) Ajustar el instrumento a 0 con el blanco. - 3.2.3) Encender la fuente atomizadora.
- 3.2.4) Introducir puntos de la curva. - 3.2.5) Realizar el Quemado del estándar. - 3.2.6) Leer los resultados.
- 3.2.7) Elaborar la curva de calibración.
Se Introdujeron los estándares de los metales pesados para la calibración y se registraron al menos tres réplicas de la absorbancia de cada uno. El espectrofotómetro tiene anexada una computadora y en su pantalla pueden verse todos los cálculos, registros que se generan durante el análisis.
Con las diluciones estándares, se establecieron los puntos por donde pasará la curva (Fernández Monterrubio, 2014).
Grafico 1: Curva de calibración. Fuente: Quimicaviva, 2017.
Y= es la absorbancia, expresada en unidades de absorbancia. X= es la concentración de interés, expresada en microgramos g-1. a= pendiente de la recta de regresión (tg a).
b= ordenada al origen.
El valor que se encuentre en medio de la curva de calibración del metal buscado corresponde al valor en ppm del mismo en la muestra.
55 5.4) Espectrofotometría de Absorción Atómica:
En este punto, todos los procesos realizados con el espectrofotómetro de absorción atómica Shimadzu AA 7000 también fueron realizados por el técnico Agustín Costas, a cargo del mismo en el Laboratorio de Análisis Clínico Fares Taie.
Equipo y accesorios:
- Espectrofotómetro de absorción atómica Shimadzu AA 7000.
- Lámpara de cátodo hueco de arsénico.
- Lámpara de cátodo hueco de cadmio.
- Lámpara de cátodo hueco de mercurio.
- Lámpara de cátodo hueco de plomo.
- Capilar de inyección.
- Quemador horno de grafito para arsénico.
- Quemador de llama para cadmio.
- Quemador de vapor frio con formación de hidruros para mercurio.
- Quemador de vapor frio con formación de hidruros para plomo.
Procedimiento:
- 4.1) Seleccionar Absorbancia en el Software.
Ajustar la longitud de onda mediante el mando adecuado. (Dicha información viene dentro del registro del software).
- 4.2) Introducir la muestra diluida del matraz 6 (del punto 3.1).
- 4.3) Atomizar las muestras.
- 4.4) Determinar de las concentraciones (Resultados).
- La solución que era la muestra en fase liquida (1), se aspiró automáticamente y tomó contacto con la fuente atomizadora (3), donde se nebulizó y atomizó.
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- Un haz de luz, de una longitud de onda específica, de acuerdo con el metal que se va a analizar, procedente de una lámpara de cátodo hueco (2), se dirigió a través a la fuente atomizadora (Fig. 40).
- El átomo, que se encontraba en estado “fundamental", absorbió la energía de la luz y entro al estado “excitado”.
- El haz de luz, se dirigió a un monocromador (4) que tuvo como finalidad, aislar todas las señales, que causan interferencias (Fig. 40) .
- Del monocromador, el estímulo luminoso se dirigió a un foto detector (5) y un transductor amplificador (6), que la convirtió en una señal eléctrica que posteriormente fue registrada en un software (Fig. 40).
- El transductor amplificador, envió la señal recibida, hacia un sistema de lectura electrónico (7), que pasó esta señal a valores numéricos en el software que se encontraba en una computadora (Fig. 40) (Fernández Monterrubio, 2014).
Figura 40: Etapas de la atomización dentro del equipo de espectrofotometría
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
57 6) RESULTADOS:
Para fines prácticos se observaran a continuación cada uno de los metales por separado dentro de un muestreo realizado en cada una de las piezas de pescado y se analizaran los niveles de concentración de los mismos según punto vista estadístico de cada especie, donde:
1. Media Aritmética (X):
También llamada media aritmética se la define como el valor característico de la serie de datos resultado de la suma de todas las observaciones dividido por el número total de datos.
2. Desviación estándar (DS):
Es una medida de dispersión de los datos alrededor de su media aritmética o mediana, que consiste en averiguar en cuanto difiere o varía en cada observación puntualmente, del promedio general de las observaciones o del conjunto. Cuanta más pequeña sea la desviación estándar mayor será la concentración de datos alrededor de la media. A través de ésta, se podrá determinar qué tanto se desvía cada dato. Su utilidad se debe a que ella, junto con el promedio, ayuda a determinar los límites dentro de los cuales se encuentran las observaciones que se estudian.
3. Coeficiente de variación (C.V.):
El coeficiente de variación es la relación entre la desviación típica de una muestra y su media aritmética, donde su utilidad radica en que podemos determinar qué tanta variabilidad existe entre dos muestras.
Los resultados de la concentración de los metales pesados obtenidos en ppm de las muestras analizadas de acuerdo a la técnica requerida para cada metal, se reportan a continuación:
58 Arsénico:
De las muestras obtenidas de las piezas de merluza austral y pescadilla, que fueron sometidas a altas temperaturas hasta su calcinación, pasando por mineralizaciones químicas con ácido nítrico y luego diluidas en agua destilada, para poder ser inyectadas en el quemador con la técnica de horno de grafito, se obtuvieron los valores promedio en merluza de 0,0255 ppm y en pescadilla de 0,0205 ppm.
Tabla 9: Valores de los resultados obtenidos por medio de la espectrometría de absorción atómica de cada pieza y el promedio final de los mismos.
Resultados X (Media) Ds C.V.
ARSENICO MERLUZA 1 0,019 ppm
MERLUZA 2 0,022 ppm PESCADILLA 1 0,023 ppm PESCADILLA 2 0,028 ppm
Grafico 2: Comparación de los valores de As estipulados en Argentina y en la Unión Europea, con