Determinación de germanio en muestras de exudado de Aloe vera (L.) Burm . f. (zábila), mediante la espectrometría de absorción atómica con atomización electrotérmica

Oswaldo R Saavedra A¹, Carlos E Randon¹

Laboratorio de Espectroscopía Molecular, Facultad de Ciencias, Universidad de Los Andes, La Hechicera, Mérida 5101-A. Venezuela. saavedra@ula.ve ; oswaldo_phd@hotmail.com ; crondon@ula.ve

RESUMEN

Esta investigación trata sobre la determinación de germanio en exudado de hojas de zábila, mediante la técnica ana lítica espectrometría de absorción atómica con atomización electrotérmica (ETAAS). El exudado de las hojas de zábila es el líquido amarillo y de sabor amargo que emana de las hojas de la planta cortadas en la base. Es también conocido como zumo o látex. Ha sido utilizado en el tratamiento de diversas afecciones tales como: tratamiento de heridas, infecciones bucales, irritaciones de la piel, otras. El germanio es un oligoelemento que ha sido utilizado como inmunoestimulante y en pacientes con neoplasia. La concentración del germanio presente en el exudado de Aloe vera (L.) Burm.f. fue de 7.42 ± 2.33 μg/g. La metodología empleada fue validada por estudio de recuperación, ubicándose en un valor promedio de 97.43 ± 2.22%. La desviación estándar relativa fue de 2.88%, lo que es un indicativo de la precisión. El método utilizado para la determinación del elemento en cuestión es exacto, preciso y libre de interferencias.

Palabras clave: Germanio, ETAAS, Aloe vera, zábila, Aloe vera (L.) Burm. f.

Determination of germanium in leaves exudate samples of Aloe vera (L.) Burm. f. (zábila), by electrothermal atomic absorption spectrometry

ABSTRACT

The objective of this work was to determine the concentration of germanium in Aloe vera (zábila) from leaves exudated, using the electrothermal atomic absorption spectrometry analytical technic (ETAAS). The exudated is a yellow and bitter liquid, used in wounds healing, skin irritations, mouth infections, etc. The germanium is a trace element used as immunestimulant in patients with tumour. A concentration of 7.42 ± 2.33 μg/g was found. The method for the determination of germanium was validated by recovery studies, a value of 97.43 ± 2.22% was obtained for germanium, and the relative standar deviation (RSD%) was 2.88%. The method was exact, precise and free from interferences.

Key words: Germanium, ETAAS, Aloe vera, zábila, Aloe vera (L.) Burm. f.

Recibido: 15 de junio de 2010  Corregido: 08 de noviembre de 2010

INTRODUCCIÓN

El efecto terapéutico del germanio ha ocasionado al gu nas intoxicaciones por autoprescripción; lo que se ha he cho relevante en los enfermos de SIDA (Síndrome de in munodefiencia adquirida) quienes, en busca de recuperar la salud, emplean este elemento como “inmunoestimulante”. También lo utililizan pacientes con neoplasias (1). La intoxicación crónica se caracteriza por nefropatía y, de no interrumpir la absorción del tóxico, cursa a la insuficiencia renal. Otros signos de toxicidad menos característicos son miopatía, hepatopatía, neuropatías, parálisis de los nervios craneales, alteraciones medulares y disfunciones del sistema nervioso autónomo (1). El germanio forma hidruros —germanometano o germano (GeH4), germanoetano (Ge2H6) y germanopropano (Ge3H8) análogos a los formados por el carbono en la serie alcanos. Sus compuestos más importantes son el óxido germánico (GeO2) y los haluros. El germanio se separa de otros metales por destilación de su tetracloruro. La formación de hidruros que forma el germanio, se evidencia en el método empleado en su determinación mediante generación de hidruro, utilizando la técnica de inyección en flujo y detección a través de la espectrometría atómica flourescente con coprecipitación en línea (2). El único compuesto importante en toxicología es el tetracloruro de germanio (GeCl4), que se forma tanto en la extracción para separarlo del cloruro de zinc (znCl2), como en la síntesis de compuestos organogermanios. El GeCl4 es un líquido volátil muy irritante, su impacto tóxico se produce sólo localmente (1). El germanio se utiliza en la fabricación de semiconductores y materiales ópticos en forma de lentes y ventanas, debido a que es transparente a la radiación infrarroja (3). La concentración de germanio en Aloe arborescens Miller se ha reportado en 70.82 μg/g (4). También se ha en contrado en tabletas de Aloe vera en una concentración de 20.83 μg/g (5). El objetivo que se pretende lograr con esta investigación es determinar la concentración de Ge en muestras de exudado de hojas de zábila, mediante la espectrometría de absorción atómica con atomización electrotérmica.

Esta técnica analítica seleccionada para la determinación de germanio en exudado de Aloe vera se justifica dado que permite determinar el analito a nivel de concentración de traza (6). Por su parte, el exudado de las hojas de zábila es el líquido amarillo y de sabor amargo que emana de las hojas cortadas en la base, el cual se permite que escurra y se recolecta en un recipiente. El exudado también es conocido como zumo o latex (7).

MATERIALES Y MÉTODOS

Materiales y equipos Equipo de absorción atómica con atomización electrotérmica, marca Perkin Elmer, modelo AAnlyst 600. Liofilizador, marca LyovaC GT 2. Leybold-Heraus. Balanza electrónica, marca ER-180ª. AND. Lámpara de descarga sin electrodo de Ge. Tubo de grafito con plataforma de L’vov. Material de vidrio de uso común en el laboratorio, la vado antes de su uso con agua y detergente, enjuagado con ácido nítrico al 5% v/v y con agua desionizada. Reactivos Los reactivos utilizados son todos grado analítico (tabla 1). El agua empleada para preparar las soluciones es desmineralizada y desionizada (Milipore) con conductividad de 18 Ω-cm-1. Condiciones instrumentales para la determinación de Ge por ETAAS La determinación de germanio en muestras de exudado de zábila mediante ETAAS, se realizó a través del programa de horno de grafito cuyas condiciones instrumentales se muestra en la tabla siguiente.

Las temperaturas empleadas corresponden a valores proporcionados por el programa que contiene el espectrofotómetro de absorción atómica utilizado (Perkin Elmer AAnalyst 600). La determinación de germanio se realizó mediante curva de calibración sencilla conteniendo 0.2% de HNO3. La cuantificación del analito se basa en el área de pico (absorbancia integrada). Así mismo las condiciones de operación incluyen un tiempo de integración de 5.0 s, volumen de muestra inyectada: 20 μL, masa de modificador: 0.003 mg de Mg(NO3)2 y 0.005 mg de Pd. La masa característica es de 25 pg. Algunos otros parámetros instrumentales de interés se muestran en la tabla 3.

Muestreo y procesamiento Muestreo Las muestras de Aloe vera (L.) Burm. f. se recolectaron en la ciudad de Santa Ana de Coro, municipio Miranda del estado Falcón. Se obtuvo muestra de exudado de hojas inferiores, intermedias y superiores de las plantas, con la finalidad de conocer la concentración de germanio. Las muestras la conformaron el exudado obtenido de 12 plantas de Aloe vera. Procesamiento de las muestras Las muestras de exudado se sometieron a liofilización y posterior digestión, de acuerdo con esquema reportado en anterior publicación (8; 9), para su análisis por espectrometría de absorción atómica con atomización electrotérmica para la determinación de germanio. En la tabla 4 se presentan los principales parámetros reportados.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Validación de la metodología Estudio de interferencias El estudio de interferencias por parte de la matriz, en la determinación de germanio en exudado de zábila, se realizó mediante las curvas de adición de estándar y de calibración sencilla con patrones acuosos. Para ello, se obtuvo, en primer lugar, el perfil de atomización del germanio en ausencia y en presencia del modificador de matriz. Perfiles de atomización del germanio Se obtuvieron perfiles de atomización para germanio en patrones acuosos con y sin modificador químico. Los resultados obtenidos se presentan a continuación.

Se observa en las figuras 1, 2 y 3, que el perfil de atomización del germanio con modificador químico permite obtener una señal analítica definida y simétrica; mientras que el perfil de atomización sin modificador químico no muestra la señal del analito, sólo muestra la señal de fondo. Se observa en estas figuras, que bajo las mismas condiciones de temperaturas de pirólisis y atomización, la absorción de fondo es apreciable en todos los casos. Los perfiles se perciben con buena simetría, resaltando los perfiles de 100 y 75 ppb de germanio con modificador químico por su mejor definición. Los tiempos de aparición de la señal analítica son similares para todos los casos en ausencia o presencia de modificador químico. La sensibilidad y la absorbancia fueron mayores en los casos en que se empleo modificador químico con relación a los casos en que no se utilizó modificador químico; por lo tanto, el efecto del modificador químico se observó en un aumento de la sensibilidad y la reproducibilidad. Estos resultados indican que la determinación de germanio por ETAAS debe realizarse utilizando modificador químico, ya que la sensibilidad es mayor. De manera que, tanto en la curva de calibración sencilla como en la de adición de estándar, se empleo modificador químico; que en éste caso se trató de nitrato de magnesio [Mg(NO3)2] y Pd.

Adición de estándar del germanio

A continuación se presenta la curva de calibración sencilla y la curva de adición estándar del germanio.

Para determinar si hay o no diferencias estadísticamente significativas entre las pendientes de la curva de calibración acuosa (mCCA) y la de adición estándar (mCAE) del germanio, se procedió a realizar un análisis estadístico empleando el estadígrafo t-Student (10).

Al comparar estadísticamente los valores de las pendientes de la curva de calibración acuosa con la curva de adición estándar obtenidos para el elemento germanio, se observa que no existen diferencias significativas entre las pendientes, ya que la t –Student calculada es menor que la t- Student crítica, con 4 grados de libertad y a un nivel de confianza del 95%; lo que pone en evidencia que no existe interferencia causada por la matriz en la de terminación de germanio por ETAAS. En consecuencia, es posible utilizar curva de calibración con patrones acuosos para determinación de germanio en muestra de zumo de zábila. Los resultados obtenidos para el germanio con respecto a la no existencia de interferencia de matriz, guardan concordancia con los reportados en investigaciones similares (11; 12), en las que se señala no haberse encontrado diferencias estadísticamente significativas entre la pendiente de la curva de calibración obtenida con patrones acuosos y la curva de adición estándar, reportándose no haberse encontrado efecto de matriz. Estudio de recuperación Se realizó estudio de recuperación al germanio, con la finalidad de detectar alguna posible pérdida o contaminación de este analito con la metodología empleada. Los resultados encontrados se ubicaron entre 96.15% y 100.00%, con un valor promedio de 97.43 ± 2.22% de recuperación, lo cual pone en evidencia la exactitud de la metodología empleada en la determinación del germanio por ETAAS. Estos resultados guardan concordancia con los reportados en investigaciones empíricas, en las cuales el estudio de recuperación fue de 92 a 106% (13) y de 96 a 103% (14). Características analíticas del método Las características analíticas encontradas para la de terminación de Ge por ETAAS, se presentan en tabla a continuación. En ellas se puede observar la ecuación de la curva de calibración ajustada, el coeficiente de determinación (R2), la pendiente (m), el límite de detección (LOD), el límite de cuantificación (LOQ), el límite superior (LOL), el intervalo lineal (LOQ-LOL), la desviación estándar relativa (RSD) y la masa característica (mo).

En relación a algunas características analíticas del método empleado para la determinación de germanio en la presente investigación, se encontraron similitudes y discrepancias con respectos a valores reportados en investigaciones empíricas en las que se determinó germanio en distintas matrices. Así, se reporta una masa característica de 29 pg (14), valor cercano al encontrado en esta investigación que fue de 24 pg, valor muy próximo al señalado en las condiciones instrumentales del equipo utilizado que es de 25 pg; sin embargo, se ha reportado una masa característica de 53 pg (5), valor que difiere notablemente del valor obtenido en la investigación realizada. Asimismo, se han encontrado valores de 12 y 16 pg (13). La precisión informada en otras investigaciones fue de 2.1% (5; 13), mientras que la obtenida fue de 2.88%, situándose ambas, en todo caso, por debajo del 5%, que es el valor máximo de aceptación para la precisión; no obstante, se he reportado un valor de precisión ligeramente superior, esto es 5.6% (14).

Análisis de muestras de exudado de zábila

Seguidamente, se presentan y discuten los resultados obtenidos de la determinación de germanio en exudado de zábila en las 12 muestras analizadas en esta investigación. En la tabla 7 se observa que la concentración de germanio en exudado de Aloe vera oscila entre 4.07 y 13.63 ug/g. El promedio se ubica en 7.42 ± 3.50 ug/g, y la desviación estándar relativa (RSD) fue de 3.85, siendo ésta menor del 5%, indicando que las medidas realizadas se encuentran dentro del rango de precisión aceptada.

Por otra parte, la concentración de germanio en Aloe arborenscens Miller, una especie de Aloe, se ha reportado en 70.82 μg/g (4); un valor significativamente mayor que el encontrado en la presente investigación para el Aloe vera (L.) Burm. f. Con respecto al contenido de germanio en tabletas de Aloe vera, se ha informado de una concentración de 20.83 μg/g (5); siendo este valor de concentración mayor que el señalado para el Aloe vera, pero más próximo al determinado en el Aloe arboresnces Miller. Con relación a la concentración de germanio encontrados en plantas distintas a la especie de Aloes, se reporta ajo 2.79 μg/g, papas 1.85 μg/g, soya 9.39 μg/g, zanahoria 0.60 μg/g (5). Se observa que el Aloe vera contiene una concentración mayor de germanio que el ajo, papas y zanahoria; pero posiblemente menor que la soya. Para té negro y té verde las concentraciones de germanio fueron 0.083 ± 0.001 μg/g y 0.085 ± 0.002 μg/g (14), siendo estas concentraciones menores a las encontradas para el mismo elemento en el Aloe vera. La media poblacional y los intervalos de confianza para la concentración de germanio en exudado de Aloe vera es de 7.42 ± 2.33 μg/g. Este resultado reportado en este estudio aporta nuevos datos sobre el contenido de germanio en el exudado de zábila, que potencialmente pueden complementar la información existente y servir de base para los casos en los cuales solo existe información de carácter cualitativo. Asimismo, contribuye a establecer los niveles regulares de este elemento en esta planta de amplio uso en la medicina popular, que, hasta ahora, no se han encontrado reportes de concentración de germanio en el Aloe vera (L.) Burm. f.

CONCLUSIONES

El estudio de interferencia para el germanio, realizado mediante la curva de calibración sencilla y la curva de calibración con adición de estándar, no presenta evidencias de efecto de matriz, ya que no se encontró diferencia estadísticamente significativa entre las pendientes de ambas curvas al nivel de confianza del 95%. El estudio de recuperación para este elemento fue satisfactorio, ubicándose en un valor promedio de 97.43 ± 2.22%. La desviación estándar relativa fue de 2.88%, lo que es un indicativo de la precisión. Por lo tanto, el método utilizado para la determinación del elemento en cuestión es exacto, preciso y libre de interferencias. La concentración del germanio presente en el exudado de Aloe vera (L.) Burm. f. fue de 7.42 ± 2.33 μg/g. Este valor es menor que el reportado para el Aloe arborences Miller y se encuentra en cantidades similares en otras especies de plantas como la soya, pero contiene una concentración mayor de germanio que el ajo, papas y zanahoria. Finalmente, la concentración de germanio presente en el exudado de zábila explica, en cierto grado, el impacto que esta planta tiene sobre la salud, debido a su naturaleza estimulante del sistema inmunológico, justificando su empleo como coadyuvante terapéutico en enfermos del Síndrome de Inmunodeficiencia adquirida y en pacientes que sufren neoplasias.

REFERENCIAS

(1) Ladrón de Guevara J, Moya V. Toxicología médica. Clínica y Laboral. Madrid: McGraw-Hill; 1995.         [ Links ]

(2) Jianbo Shi, zhiyong Tang, Chunhua Tan, Quan Chi, zexiang Jin. Determination of trace amounts of germanium by flow injection hydride generation atomic florescences spectrome try with on-line coprecipitation . Talanta. 2002.; 56: 711-716.        [ Links ]

(3) Welz B, Sperling M. Atomic absortion spectrometry. 3ra. ed. Weinheim, Alemania: Wiley-VCH; 1999.         [ Links ]

(4) Wang x, Yang D, zhang A. Nutrient composition and nutritional value of Aloe Arborenscens Miller. American Chemical Society; 2001.         [ Links ]

(5) McMahon M, Regana F, Hughes H. The determination of total germanium in real food samples incluiding Chinese herbal remedies using graphite furnace atomic absorption spctroscopy. Food Chemistry. 2006; 97 :411-417.         [ Links ]

(6) Skoog DA y Holler FJ y Nieman TA. Principos de análisis instrumental. Madrid, España : McGraw-Hill; 2001.         [ Links ]

(7) Tyler VE et al. Farmacognosia. 2a edición. Buenos Aires, Argentina: Ateneo; 1979         [ Links ]

(8) Saavedra O, Rondón CE. Distribución de metales en el acíbar de hojas de zábila (Aloe vera (L). Burm. f. Avan ces en Química. 2008; 3 (2): 49-58.         [ Links ]

(9) Saavedra O, Rondón CE. Determinación de microelementos en acíbar de hojas de zábila (Aloe vera (L). Burm. f. Re - vista del Instituto Nacional de Higiene “Rafael Rangel”. 2009; 40 (1): 13-20.         [ Links ]

(10) Miller JC, Miller JN. Statistics for analytical chemistry. 3ra ed. Londres, Inglaterra: Ellis Horwood PTR Prentice Hall; 1993         [ Links ]

(11) Jiménez R. et al. Procedimiento analítico para la determinación de metales en tejido de peces (Micropo go nias furneri) por espectroscopia atómica. Nueva Revista Cubana de Química; 2000. xII (1 ):32-41.         [ Links ]

(12) Cañas I. Estudio sistemático de los métodos de digestión de tejido biológico para la determinación de elementos biogenésicos por espectroscopia de absorción atómica. Trabajo Especial de Grado. Universidad de los Andes; 2003.         [ Links ]

(13) Yang L, zhang De-giant. Direct determination of germanium in botanical samples by graphite furnace atomic sorption spectrometry with palladium-zirconium as chemical modifier. Talant; 2002. 56: 1123-1129.         [ Links ]

(14) zhang De-giant, zhe-ming Ni, Hanwen Sun. Direct determination of parts-per-billion levels of germanium in botanical and coal fly ash by graphite furnace atomic absortion spectrometry. Analytical Chemistr. 1997; 358: 641-645.        [ Links ]