APLICACIÓN DEL PROCESADOR DE DATOS CROMATOGRÁFICOS PE NELSON 1022 A LA CAPTURA DE LA INFORMACIÓN ESPECTRAL

GENERADA POR EL ESPECTROFOTÓMETRO DE EMISIÓN / ABSORCIÓN ATÓMICA SHIMADZU AA-640-13

Lic. Alberto E. Villalobos ChavesLaboratorio Aduanero de Costa Rica, Sección de Investigación y Desarrollo

INTRODUCCIÓN

Como parte del desarrollo que se ha venido dando en el Laboratorio Aduanero de Costa Rica en la aplicación del espectrofotómetro de Emisión / Absorción Atómica Shimadzu AA 640-13 a la obtención de información espectral (1,2,3) se describió en un trabajo anterior la manera de capturar digitalmente dicha información utilizando un multímetro digital RadioShack Modelo 22-812 (4).

Si bien esto ha significado un avance importante en la capacidad del manejo de la información espectral, la relativamente baja razón de captura del multímetro, de solo una medición por segundo no permite aprovechar la verdadera capacidad del espectrofotómetro. Aun mas, esta baja razón de captura obliga a utilizar la velocidad de barrido menor del espectrofotómetro, de 6 nm/min, que es la cuarta parte de la velocidad de barrido utilizada en condiciones normales de medición.

Lo anterior significa un consumo de combustible cuatro veces mayor y la necesidad de utilizar mayor cantidad de muestra, sobre todo cuando se hacen espectros en todo el rango del aparato, esto es de 190 a 900 nm, barrido que duraría en completarse en estas condiciones aproximadamente 1.6 horas.

Es por todo lo anterior que se vio la necesidad de buscar otro dispositivo capaz de procesar la información generada por el espectrofotómetro a una razón de captura superior.

Afortunadamente se cuenta en el Laboratorio Aduanero con una unidad de análisis de datos que se ajusta a estos requerimientos y que se detallara mas adelante.

PROCEDIMIENTO

Como unidad de captura de datos se utilizó un analizador de datos cromatográficos

PE Nelson 1022 que presenta una simple interfase de tres contactos ( + , - , tierra ) que permite recibir de forma directa la señal analógica que produce el espectrofotómetro y que presenta una razón de captura de 40 mediciones por segundo.

Ahora bien, puesto que la unidad de captura utilizada está diseñada para recibir información cromatográfica, los picos de emisión medidos son interpretados como componentes eluidos de una columna por lo que el aparato les asigna un tiempo de retención, cuando en realidad lo que correspondería sería un valor de longitud de onda.

Debido a lo anterior y puesto que el procesador PE Nelson 1022 no cuenta con la capacidad de hacer cambios en la programación que permitan hacer la conversión de tiempo de retención a longitud de onda, se vio la necesidad de realizar dicho proceso sobre los datos crudos fuera de la unidad.

Para realizar esto se utilizó un software llamado Intel® ArrayVizualizer (5) que

permite leer archivos cromatográficos generados en formatos compatibles con la AIA

(Analytical Instrument Association) también conocidos como formatos "net.cdf" y que si

bien no son el tipo de archivos nativos del PE Nelson 1022, el software de dicho procesador

presenta opciones de conversión que permiten convertir sus archivos nativos de extensión

*.D01 a archivos de extensión *.N01 que sin son del tipo "net.cdf". El procedimiento para

realizar esta conversión se detalla en el Cuadro 1.

Cuadro 1: Orden de pasos a ejecutar en el software del PE Nelson 1022 para convertir

sus archivos nativos *.D01 a archivos *.N01 de tipo net.cdf

Copia del archivo a convertir a disquete Conversión del archivo

1. Menú Pantalla Principal

“Chromatograms”1. “Show Files:A”

2. “Directory” 2. “Enter”

3. Seleccionar Directorio donde se

encuentra el archivo (Atom07 por

ejemplo)

3. “Translate”

4. Seleccionar archivo *.D01 4. “1020 datafiles (.D) to AIA files (.N)”

5. “Options” 5. OK

6. “Copy” 6. Seleccionar archivos

7. “Copy to (directory): A:\Atom07\” 7. “Options”

8. “OK” 8. “Go”

De esta forma una vez convertidos los datos cromatográficos a formato *.N01

dichos archivos pueden se abiertos por Intel® ArrayVizualizer y los valores de intensidad

(ordinate_value) pueden ser accesados como se ve en la Figura 1.

Figura 1: Pantalla principal del software Intel® ArrayVizualizer que se observa al abrir archivos *.N01 tipo net.cdf y de la que se pueden obtener los valores de intensidad de la

mediciones cromatográficas (ordinate_values)

Dichos datos son ahora copiados y pegados en un documento en blanco de “Bloc de

Notas” mismos que tendrán la apariencia que se ve en el Cuadro 2.

De este formato inicial se debe eliminar toda la información textual dejando

únicamente los datos numéricos, tal y como se muestra en el Cuadro 3, guadándose

posteriormente este nuevo archivo con un nombre adecuado en formato de texto **.txt.

Cuadro 2: Ejemplo del formato que tienen los datos de intensidad (ordinate_values) copiados al accesar archivos *.N01 utilizando Intel® ArrayVizualizer

<?xml version="1.0"?><AvDataset Name="ordinate_values" Class="SDS"><AvSimpleType Type="Float"><AvFormat Type="FloatExp" Width="14" Precision="6" ShowFillString="True" FillString="_" FillValue="9.96921e+036"/></AvSimpleType><AvDataspace Rank="1"><Dim Extent="13320" DimName="point_number"/></AvDataspace><Data Encoding="Formatted"><Dim1> 4393.000000, 4394.000000, 4395.000000, 4395.000000, 4395.000000, 4395.000000, 4394.000000, 4392.000000, " " " " " 3300.000000, 3300.000000, 3300.000000, 3300.000000, 3299.000000</Dim1></Data><AvAttributes Name="Attributes"><AvAttribute Name="uniform_sampling_flag"><AvSimpleType Type="AString" Size="1"/>

Cuadro 3: Ejemplo del formato que tienen los datos de intensidad (ordinate_values) una vez eliminada la parte textual de la información

4393.000000, 4394.000000, 4395.000000, 4395.000000, 4395.000000, 4395.000000, 4394.000000, 4392.000000, " " " " " 3300.000000, 3300.000000, 3300.000000, 3300.000000, 3299.000000,

La transformación final de tiempo de retención o mas bien tiempo de captura, a longitud de onda en nanómetros se realizó utilizando el software cromatográfico llamado

Chromulan descrito en el trabajo mencionado anteriormente sobre captura de datos utilizando un multímetro digital (4,5). Debe aclararse que, como se ve en el Cuadro 3, el archivo que va a ser accesado por el programa Chromulan contiene únicamente valores de intensidad y no valores de tiempo de captura.

Por lo anterior el programa automáticamente asume una secuencia lineal creciente asignándole a cada valor de intensidad un tiempo por defecto empezando en cero y aumentando en valores unitarios de milésimas de minuto. Así pues, para poner los valores en la escala apropiada deben aplicarse las siguientes correcciones utilizando los comandos matemáticos del programa:

multiplicar X por ( Vb * Ch1 / Rc) * Ch2

adicionarle a X el valor Ch2*

hacer permanentes los cambios y salvar el archivo

en donde:

X es el valor de tiempo de captura asignado por defecto por el programa Chromulan

Vb = 0.40017 0.0002 nm/s es la velocidad de barrido utilizada

Rc = 40 es la razón de captura de datos

Ch1 = 1000 es la corrección que hay que hacer para compensar la escala por defecto que asume el programa Chromulan en el tiempo de captura

Ch2 = 60 corrección que se debe hacer para compensar la división entre 60 que realiza Chromulan para pasar los datos, normalmente capturados en escala de minutos, a una escala en segundos

= longitud de onda (nm) en la cual se da inicio al barrido

Una vez realizadas las anteriores operaciones, los datos serán mostrados por el software Chromulan en escala de nanómetros contra intensidad y se podrán manipular de múltiples formas permitiendo calcular áreas, hacer identificaciones, mostrar varios espectros a la vez y otras operaciones útiles desde el punto de vista de la identificación.

Es conveniente recordar que si bien los datos son graficados en una escala en nanómetros, los valores guardados en formato Chromulan tienen el valor de longitud de onda divididos por 60, por lo que si se quisiera utilizar estos datos para otro fin se debe hacer la corrección correspondiente.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

El efecto sobre el espectro capturado cuando se pasa de una medición por segundo, utilizando el multímetro digital, a 40 mediciones por segundo con la unidad PE Nelson 1022 es profundo, como se pone de manifiesto en la Figura 2, en la que se pueden apreciar incluso unas ligeras inflexiones del espectro, posiblemente picos no resueltos, mientras que la captura con el multímetro no tiene la capacidad en absoluto para registrar tales detalles.

Longitud de Onda (nm)

Figura 2: Comparación del espectro de emisión del hierro en la región entre 391.5 y 393.5 nm utilizando como instrumento de captura una unidad PE Nelson 1022 (rojo) medido a velocidad de barrido rápida y un multímetro digital RadioShack Modelo 22-812 medido a velocidad de

barrido lenta

Aún mas, la captura con el multímetro se debe realizar a la velocidad de barrido menor permitida por el espectrofotómetro que es de 0.1 nm/s, ya que al ser el ancho típico de muchos de los picos de emisión a medir de entre 0.5 a 0.6 nm, la velocidad mayor de barrido de 0.4 nm/s no permitiría obtener ni siquiera dos datos seguidos que delinearan la señal a medir.

Sin embargo en el caso del PE Nelson 1022 se capturan 40 datos cada 0.1 nm en velocidad lenta y 10 datos cada 0.4 nm en velocidad rápida, por lo que el utilizar la velocidad rápida es completamente funcional pues para un pico de ancho típico de entre 0.5 a 0.6 nm se realizarían de 13 a 15 mediciones.

Lo anterior permite que se puedan obtener espectros de calidad a la mayor velocidad posible, disminuyendo 4 veces el consumo de combustible y la cantidad de muestra requerida.

REFERENCIAS

1. Villalobos,A.;”Aplicación De Un Procesador De Datos Cromatográficos Para Obtener Espectros De Emisión De Llama Con Un Instrumento De Absorción Atómica”,Ingeniería y Ciencia Química, Vol.16, 1, p.41, (1996).

2. Villalobos,A.,Calzada,C.;”Aplicación Del Sistema De Barrido Espectral De Un Espectrofotómetro De Absorción Atómica, A La Identificación No Destructiva De Piedras Preciosas”, Ingeniería y Ciencia Química, Vol.17, 2, p.65, (1997).

3. Villalobos,A.;“Aplicación Del Sistema De Corrección De Fondo Por Lámpara De Deuterio De Un Espectrofotómetro De Absorción Atómica A La Obtención De Espectros Ultravioleta”,Ingeniería y Ciencia Química,Vol.20,1,p.33, (2002).

4. Villalobos,A.;“Utilización De Un Multímetro Digital Para La Captura De Información Espectral Generada Por Un Espectrofotómetro De Emisión / Absorción Atómica”, Ingeniería y Ciencia Química,Vol.22,1,p.29, (2006).

5. http://www.chromulan.org