UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA 
ESCUELA DE POSTGRADO 
MAESTRÍA EN QUÍMI CA DEL MEDIO AMBIENTE 
“DESARROLLO DE UN SISTEMA PORTÁTIL PARA LA 
DETERMINACIÓN DE Mn+2 EN MEDIO ACUOSO, USANDO 
NANOPARTÍCULAS DE PLATA FUNCIONALIZADAS CON 
TRIPOLIFOSFATO”
Tesis presentada por el bachiller: 
Ramirez Choquehuanca Juan Kenedy 
Para optar el grado académico de: 
Maestro en Química del Medio Ambiente 
Asesor: 
Villanueva Salas José Antonio, PhD 
AREQUIPA – PERÚ 
2016
Dedicatoria 
 
Esta tesis está dedicada a mis padres (Angel y Marlene) 
y hermanos (Jackeline, Yomara y Gael)  
 por su amor, apoyo y estímulo…  
 
Agradecimientos 
 
Agradezco a Dios, quien es mi fortaleza, guía y protector para mi desarrollo personal 
y profesional. 
Estoy enormemente agradecido a las personas e instituciones que mediante su apoyo 
y colaboración se realizó el presente trabajo: 
 
A la Universidad Católica de Santa María y los docentes del programa de 
maestría en Química del Medio Ambiente, por sus valiosos conocimientos 
compartidos. 
Al Consejo Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación Tecnológica 
(CONCYTEC) que mediante resolución N° 207-2013-CONCYTEC-P, la UCSM 
resultó seleccionada para obtener la subvención del programa de maestría antes 
mencionada. 
Al laboratorio del proyecto Mercurio – UCSM, lugar donde se realizó el 
presente trabajo. 
Al laboratorio del proyecto “Diseño, caracterización y evaluación de sistemas 
liposomales a base de macamidas, vectorizados hacia el sistema nervioso central 
para el tratamiento de la epilepsia” - UCSM, por hacer posible el uso del Zetasizer 
Nano ZS90 
Al laboratorio de Ensayo y Control de Calidad de la UCSM, por hacer posible 
el uso del ICP-OES. 
 
 
 
“Science is the belief in the ignorance of experts.”1 
Dr. Richard P. Feynman
                                                 
1 Richard P. Feynman. What Is Science. The Physics Teacher. 1969, 7, 313-320; DOI: 
10.1119/1.2351388 
ÍNDICE GENERAL 
 
RESUMEN.................................................................................................................... I 
ABSTRACT ............................................................................................................... III 
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... V 
HIPÓTESIS ................................................................................................................ VI 
OBJETIVOS ............................................................................................................. VII 
 
CAPÍTULO I 
 
I. MARCO CONCEPTUAL................................................................................ 1 
1. Técnicas y métodos analíticos para la determinación de manganeso. ............. 1 
1.1. Espectrometría de absorción UV-Vis ........................................................ 1 
2. Nanotecnología y nanomateriales .................................................................... 3 
2.1. Nanopartículas metálicas ........................................................................... 4 
3. Manganeso ....................................................................................................... 6 
3.1. Manganeso en el medio ambiente .............................................................. 6 
3.2. Manganeso en la industria ......................................................................... 7 
3.3. Manganeso en las plantas .......................................................................... 8 
3.4. Manganeso en el ser humano ..................................................................... 8 
 
CAPÍTULO II 
 
II. MATERIALES Y MÉTODOS ...................................................................... 11 
1. Reactivos y equipos........................................................................................ 11 
2. Metodología ................................................................................................... 11 
2.1. Diseño y construcción del Sistema Portátil para la determinación de Mn+2 
en medio acuoso.................................................................................................. 11 
2.2. Síntesis de las P3O10-AgNPs .................................................................... 12 
2.3. Caracterización de las P3O10-AgNPs sintetizadas ................................... 12 
2.4. Determinación de Mn+2 utilizando P3O10-AgNPs ................................... 13 
2.5. Desarrollo del método de determinación de Mn+2  .................................. 13 
2.6. Determinación de Mn+2 por Voltamperometría ....................................... 16 
2.7. Determinación de Mn+2 en agua potable ................................................. 16 
CAPÍTULO III 
 
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................... 17 
1. Diseño y construcción del Sistema Portátil para la determinación de Mn+2 en 
medio acuoso .......................................................................................................... 17 
1.1. Fuente de Luz........................................................................................... 17 
1.2. Detector .................................................................................................... 21 
1.3. Procesador de señal .................................................................................. 21 
1.4. Arreglo del sistema portátil desarrollado ................................................. 23 
2. Síntesis de P3O10-AgNPs ............................................................................... 23 
3. Caracterización de las P3O10-AgNPs sintetizadas .......................................... 24 
4. Determinación de Mn+2 utilizando P3O10-AgNPs .......................................... 26 
4.1. Optimización de las condiciones experimentales .................................... 26 
4.2. Desarrollo del método .............................................................................. 28 
4.3. Validación del método ............................................................................. 31 
5. Determinación de Mn+2 por Voltamperometría (VA) .................................... 36 
5.1. Linealidad ................................................................................................ 37 
5.2. Precisión................................................................................................... 37 
5.3. Exactitud .................................................................................................. 38 
5.4. LOD y LOQ ............................................................................................. 39 
6. Determinación de Mn+2 en agua potable ........................................................ 39 
CONCLUSIONES ..................................................................................................... 41 
SUGERENCIAS ........................................................................................................ 42 
BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................... 43 
ANEXOS ................................................................................................................... 51 
Espectro de luz emitido por el sistema portátil ...................................................... 52 
 
 
 
6 
 
RESUMEN 
 
 
En el presente trabajo se desarrolló un sistema portátil para la determinación de 
Mn+2 en medio acuoso, utilizando nanopartículas de plata funcionalizadas con 
tripolifosfato (P3O10-AgNPs).  
 
El sistema portátil corresponde a una técnica espectrofotométrica en la que la fuente 
de luz fue un diodo emisor de luz (LED) de 400nm de longitud de onda; el detector 
fue el dispositivo USB4000 de OceanOptic® que contiene un sensor de imagen 
denominado dispositivo de carga acoplada (CCD), modelo TCD1304AP con 
3648pixeles, cada pixel responde a la longitud de onda de luz que incide sobre ella y 
transfiere el espectro completo al software SpectraSuite instalado en una laptop. 
 
Por otro lado, el método de determinación de Mn+2 con P3O10-AgNPs (a un pH 
óptimo de 11 y tiempo de reacción de 45minutos), utilizando el sistema portátil; mostró 
una respuesta proporcional a la concentración, con una linealidad aceptable (R2 = 
0.9959) en el rango de 0.050mg*L-1 a 1.000mg*L-1, adecuada precisión y exactitud, 
con un límite de detección (LOD) de 0.042 mg*L-1, límite de cuantificación (LOQ) de 
0.072mg*L-1 y selectivo para Mn+2 en presencia de 20µM de K+1, Na+1, Ca+2, Mg+2, 
Zn+2, Pb+2, Cd+2, Hg+2, Cu+2, Fe+2, Fe+3, Al+3 y Cr+3.
I 
 
 
La determinación de Mn+2 en agua sin y con adición del metal, utilizando el sistema 
portátil y el espectrofotómetro UV-Vis, mostraron valores similares (p<0.05) para 
ambos instrumentos, por lo que se deduce que ambas respuestas son comparables y 
esto es respaldado por la similitud de los datos obtenidos en la validación del método 
(rango de linealidad, precisión, exactitud, LOD, LOQ y selectividad). Por lo tanto, el 
sistema portátil desarrollado en el presente trabajo es un instrumento que puede ser 
utilizado como una opción al espectrofotómetro UV-Vis, cuando la reacción requiera 
400nm de longitud de onda para su lectura. 
 
II 
 
ABSTRACT 
 
In the present study a portable system for the determination of Mn+2 in aqueous 
solution, using silver nanoparticles functionalized with tripolyphosphate (P3O10-
AgNPs) was developed. 
 
The portable system is a spectrophotometric technique in which a light emitting 
diode (LED) 400nm wavelength was used. Detector was the OceanOptic® USB4000 
device which contains an image sensor named Charge Coupled Device (CCD), 
TCD1304AP model, with 3648pixels, each pixel responds to the wavelength of light 
strikes it and the complete spectrum is brought to SpectraSuite software installed on a 
laptop. 
 
On the other hand, the method of determination of Mn+2 with P3O10-AgNPs 
(optimum pH of 11 and reaction time of 45min), using the portable system; showed a 
proportional concentration response with acceptable linearity (R2 = 0.9959) in the 
range of 0.050mg*L-1 to 1.000mg*L-1, adequate precision and accuracy, limit of 
detection (LOD) of 0.042 mg*L-1, limit of quantitation (LOQ) of 0.072mg*L-1 and 
selective for Mn+2 in the presence of 20µM of K+1, Na+1, Ca+2, Mg+2, Zn+2, Pb+2, Cd+2, 
Hg+2, Cu+2, Fe+2, Fe+3, Al+3 y Cr+3. 
 
III 
 
 
The determination of Mn+2 in water with and without addition of the metal, using 
the portable system and the UV-Vis spectrophotometer, showed similar values (p 
<0.05) for both instruments; so it concludes that both responses are comparable and 
this is checked by the similarity of the data obtained in the validation of the method 
(range of linearity, accuracy, precision, LOD, LOQ and selectivity). Therefore, the 
portable system developed in this work is an instrument that could be used as an 
alternative to UV-Vis spectrophotometer, when the reaction requires 400nm 
wavelength for reading. 
 
IV 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
El extenso uso de compuestos que contienen manganeso en la industria tales como: 
minería, metalurgia, soldadura, baterías, productos agroquímicos, aditivo de la 
gasolina, entre otros1–3, además de la presencia natural del metal  (suelo, sedimentos, 
ocas y agua subterránea)4–9; son fuentes considerables que pueden contaminar el medio 
ambiente y estar sobre los niveles recomendados por los organismos internacionales. 
Una excesiva exposición al metal podría dar lugar a acumulaciones tóxicas en el 
cerebro10–12 ocasionando un síndrome neurológico con implicancias cognoscitivas, 
psiquiátricas y movimientos anormales10,13–20. 
 
Por otro lado, uno de los factores críticos para llevar a cabo la caracterización de la 
contaminación, la remoción del contaminante y otras acciones que puedan ser tomadas 
para remediar el problema; es la determinación del contaminante de forma rápida, 
confiable y en el momento oportuno. Por lo que actualmente es de gran interés el 
desarrollo de instrumentos analíticos de utilización en campo que, además, entre las 
ventajas que presentan están la de reducir complicaciones del trasporte y 
almacenamiento de las muestras y permitir tomar decisiones rápidas en el lugar de 
muestreo. 
 
El desarrollo de un sistema portátil para la determinación de Mn+2 en medio acuoso, 
permitirá disponer de un instrumento analítico de campo para la detección y monitoreo 
del metal y así contribuir en la solución de problemas medioambientales. 
 
 
 
V 
 
HIPÓTESIS 
 
Dada la extensa neurotoxicidad del manganeso, la búsqueda de técnicas rápidas para 
la determinación del metal y antecedentes investigativos que muestran la interacción 
de nanopartículas metálicas con diversos iones; es posible desarrollar un sistema 
portátil para la determinación de Mn+2 en medio acuoso utilizando nanopartículas de 
plata funcionalizadas con tripolifosfato. 
  
VI 
 
OBJETIVOS 
 
 Diseñar y construir un sistema portátil para la determinación de Mn+2 en medio 
acuoso usando P3O10-AgNPs. 
 Validar el método de determinación de Mn+2 con P3O10-AgNPs, utilizando el 
sistema portátil desarrollado. 
 Comparar la respuesta del sistema portátil con la del espectrofotómetro UV-Vis. 
 Determinar si dicha respuesta es analíticamente aceptable para la determinación 
de Mn+2 en medio acuoso. 
 
VII 
 
CAPÍTULO I 
 
I. MARCO CONCEPTUAL 
 
1. Técnicas y métodos analíticos para la determinación de manganeso. 
Existen diversas técnicas analíticas que permiten la determinación de 
manganeso; entre los más utilizados y mencionados por estudios se tiene a la 
espectrometría de absorción UV-Vis60, espectrometría de absorción atómica 
(AAS)61, espectroscopia de emisión óptica con plasma acoplado inductivamente 
(ICP-OES)62, espectroscopia de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-
MS)63, fluorescencia de rayos X de reflexión total (TXRF)64, voltamperometría48,49, 
entre otros. 
La técnica planteada en el presente trabajo pertenece a la espectrometría de 
absorción UV-Vis, por lo que a continuación se profundizará el tema en cuanto a la 
instrumentación de la técnica. 
 
1.1. Espectrometría de absorción UV-Vis 
La espectrometría de absorción UV-Vis se refiere a la absorción de 
radiación luminosa entre el rango ultravioleta cercano e infrarrojo cercano 
(180-1100)nm65; desde las primeras aplicaciones de la técnica se utiliza en 
de6erminaciones colorimétricas66. 
Esta técnica analítica presenta múltiples aplicaciones en la cuantificación 
de diversos compuestos utilizando la ley de Lambert-Beer (Ec. 1), que 
relaciona la concentración de analito con la absorción de la radiación. 
A = a ∗ b ∗ c Ecuación (1) 
Donde “A” es la absorbancia, “a” es el coeficiente de absortividad molar 
(L*mol-1*cm-1), “b” es el espesor (en cm) de la solución atravesada y “c” es la 
concentración molar del analito. 
Además, la absorbancia se expresa de la siguiente forma: 
1 
 
I0 Ecuación (2) 
A = log ( ) 
I
Donde “I0” es la intensidad luminosa de la radiación incidente e “I” es la 
intensidad de la radiación transmitida. 
Un instrumento espectrométrico consta principalmente de una fuente de 
luz, monocromador y un detector67. 
 
1.1.1. Fuentes de luz 
Con el objetivo de abarcar un mayor espectro de radiación, se suele 
utilizar la combinación de lámparas; por ejemplo, como fuente del rango 
visible (lámpara de tungsteno-halógeno), y como fuente del rango 
ultravioleta (lámpara hidrógeno o deuterio). El uso de lámpara de xenón 
es más frecuente, debido a que cubren un espectro de 200nm a 800nm67. 
Por otro lado, diodos emisores de luz (LED), son fuentes de luz 
monocromática que emiten radiación de diferentes longitudes de onda 
(según su composición); Además, estos dispositivos presentan varias 
ventajas como: bajo costo, energía eficiente, larga vida, fácil control de 
emisión, entre otros; por lo que son potencialmente útiles como fuentes 
de luz instrumentos analíticos21–23. 
 
1.1.2. Detectores de luz 
Los detectores de luz son detectores de radiación electromagnética 
entre el rango del espectro ultravioleta e infrarrojo68 y se tienen diversos 
tipos que a continuación se mencionaran. 
 
1.1.2.1. Fotodiodos 
Son sensores semiconductores ópticos e involucran un proceso 
directo de conversión de energía óptica a señal eléctrica. 
Este tipo de detectores es uno de los más utilizados, 
especialmente para la construcción de arreglos lineales 
 
2 
 
1.1.2.2. Fototransistor 
El proceso que involucra es similar al anterior, con la adición 
de la naturaleza de un transistor (amplifica la corriente generada), 
por lo que estos dispositivos son más sensibles que el anterior. 
 
1.1.2.3. Fotoresistor 
Son dispositivos que cambian su resistencia en función de la 
luz incidente. Frecuentemente son sulfuro de cadmio (CdS) o 
selenuro de cadmio (CdSe). 
A diferencia de los demás, éstos dispositivos requieren una 
fuente de poder y la señal a leer es la resistencia eléctrica. 
 
1.1.2.4. Sensores de imagen 
A este grupo de detectores pertenece los dispositivos de carga 
acoplada (CCD), que convierte la luz en carga eléctrica y 
posteriormente es convertido en voltaje. 
El sensor CCD está compuesto por pixeles en línea y cada 
pixel puede detectar una determinada longitud de onda. 
 
2. Nanotecnología y nanomateriales 
La nanotecnología se refiere a la investigación y desarrollo de tecnología en la 
escala nanométrica. Las nanopartículas pueden ser de diferentes formas y 
composiciones químicas con una variación de tamaño hasta 100nm. El tamaño 
pequeño, la solubilidad mejorada y la multifuncionalidad de las nanopartículas son 
algunos de sus características69.  
El tamaño de las nanopartículas presenta una ventaja en el ámbito de la 
medicina, son capaces de entrar a las células, transitar  a través de vasos sanguíneos, 
atravesar la barrera hematoencefálica y llegar a sitios donde los compuestos 
convencionales no logran llegar69. Además la nanociencia ha estado creciendo en 
los últimos tiempos en el ámbito de la optoelectrónica, sensores y catálisis70–72. 
 
 
3 
 
2.1. Nanopartículas metálicas 
Se denomina nanopartículas metálicas a la agregación de átomos metálicos 
en el orden de tamaño nanométrico (1-100) nm. 
En los últimos años se está estudiando este tipo de nanopartículas con 
diversos fines tales como: monitoreo24–26,34,35,46,73–76 y remediación 
medioambiental71,77,78, medicina69,79,80, entre otros. 
  
2.1.1. Nanopartículas de plata 
Las AgNPs se conocen como unos de los nanomateriales más 
importantes debido a sus propiedades químicas y físicas únicas81. Uno de 
los usos más extensamente estudiado es por su propiedad antibacteriano. 
El método usual de síntesis de nanoparticulas de metales es la 
reducción35. En los últimos años se estudian alternativas de síntesis de 
nanopartículas utilizando sistemas biológicos tales como: hongos, 
levaduras, baterías, extracto de plantas y frutas35,70,82. 
 
2.1.1.1. Síntesis de Nanopartículas de plata 
Existen diversos métodos para sintetizar AgNPs, entre los más 
utilizados se encuentra la síntesis química, electroquímica y 
biosíntesis; además se tiene a la síntesis con radiación gama, 
fotoquímico, ablación laser83, entre otros. 
 
2.1.1.1.1. Síntesis química 
Es el método de obtención más empleado, en el que se 
utiliza reactivos como el borohidruro de sodio (NaBH4)
24,25, 
citrato de sodio39,45, polivinilpirrolidona (PVP)30 y otros. 
 
2.1.1.1.2. Síntesis electroquímica 
En este método se emplea la corriente eléctrica para la 
síntesis de nanopartículas de plata a partir de placas o alambres 
de plata37,38,84,85. 
 
4 
 
2.1.1.1.3. Biosíntesis 
La biosíntesis de AgNPs es referida al método de obtención 
de las nanopartículas en el que se aprovecha la composición de 
diversos sistemas biológicos como por ejemplo los compuestos 
fenólicos en el caso de materiales vegetales, es decir, no se 
utilizan reactivos químicos para el proceso de reducción. 
Numerosos estudios mencionan que los compuestos tales 
como: carboxilos, aminas, aldehídos-cetonas, polifenoles, ácido 
ascórbico o polisacáridos son de alguna manera responsables de 
la formación y estabilización de las nanopartículas82. Las 
concentraciones de los agentes responsables de la formación de 
nanopartículas y el pH pueden influir en la velocidad de 
formación, forma y tamaño de las nanopartículas; además, la 
radiación ultravioleta y visible es un parámetro clave que influye 
en la velocidad de reacción86. 
 
2.1.2. Caracterización de Nanopartículas metálicas 
Existen diversas técnicas para caracterizar las nanopartículas 
metálicas, y todos dependen de lo que se desea determinar. Por ejemplo, 
el uso de difracción de rayos X (XRD), para la composición; 
espectroscopia IR, para detectar grupos funcionales o enlaces que se 
forman durante la síntesis; microscopía de transmisión electrónica 
(TEM) y microscopía electrónica de barrido (SEM), para observar el 
tamaño y la forma de las nanopartículas; micro-electroforesis por efecto 
doppler con láser, para medir el potencial zeta que indica la estabilidad 
de las nanopartículas; la espectrofotometría UV-Vis, para evaluar el 
comportamiento óptico, cabe mencionar que ésta técnica incluso podría 
utilizarse para predecir el tamaño y forma29,33. Además, la dispersión 
dinámica de luz (DLS) es utilizada para determinar el tamaño87. 
 
 
 
5 
 
3. Manganeso 
El Manganeso (Mn) es un metal de transición con un número atómico 25, peso 
molecular de 54.94g/mol, punto de fusión de 1244°C, punto de ebullición de 
1962°C, es miembro del grupo VII-B de la tabla periódica de los elementos. Puede 
asumir hasta 11 estados de oxidación (desde -3 hasta +7)2,3,11; siendo los principales 
: +2, +3, +4 y +788; de los cuales, compuestos de manganeso con +2 son más 
estables3. 
 
3.1. Manganeso en el medio ambiente 
El Mn es uno de los elementos más abundante89,90 y constituye alrededor 
del 0.1% de la corteza terrestre1,52. Normalmente está presente en niveles bajos 
en suelo, aire, agua y los alimentos89.  
Está presente en la naturaleza en formas orgánica e inorgánica59 y se 
encuentra en más de 100 minerales52, entre los más comunes se tiene a: 
pirolusita [MnO2], pirocroita [Mn(OH)2], psilomelane [BaMnMn8O16(OH)4], 
manganita [Mn2O3*H2O], rodocrosita [MnCO3], hausmanita [Mn3O4], 
rodonita [MnSiO3] y braunita [3Mn2O3*MnSiO ]1,2,91–94
3 . 
El Mn puede liberarse hacia el medio ambiente a través de la erosión del 
suelo, dando lugar a una concentración promedio de 0.02µg/m3 de aire3; por 
otro lado, la Organización Mundial de la Salud (WHO) en su publicación “Air 
Quality Guidelines for Europe”, recomienda una concentración de 0.15µg/m3 
de Mn en aire95. Sin embargo, diversos estudios demuestran que la industria 
relacionada con este metal (principalmente minería18 y combustión de 
gasolina96–98), provoca un incremento considerable en el aire18,97–99, en formas 
de óxidos96,97, fosfatos y sulfatos55,100 que se encuentran en el material 
particulado con diámetro menor a 2.5µm (PM 99–101
2.5) . 
En el recurso hídrico se encuentran cantidades muy variables de Mn y 
depende del tipo de agua102. La U.S. EPA establece 0.05mg/L de Mn como 
estándar de calidad de agua potable103 y en el Perú el límite máximo permisible 
de calidad de agua para consumo humano es de 0.4mg/L104. Por otro lado, las 
principales formas de Mn en el ambiente acuático son Mn+2 y Mn+4 y la 
interconversión de estas dos formas se produce por un proceso de óxido-
6 
 
reducción105–107. Las aguas subterráneas son los que normalmente tienen 
elevadas concentraciones de este metal4,5 debido a que compuestos de 
manganeso (especialmente óxidos), son considerados como uno de los más 
importantes scavengers para metales traza en suelos, sedimentos y rocas7 y que 
por un proceso de lixiviación podrían llegar a los acuíferos108,109. 
Adicionalmente, y un problema serio, es que estos óxidos de Mn pueden oxidar 
iones adsorbidos incrementando su toxicidad (ejemplo: Cr+3 a Cr+6)110.  
Actualmente el Mn, a pesar de ser un elemento esencial para todo ser 
vivo111–114, es un contaminante medioambiental de gran interés que requiere 
pronta solución, debido a la evidente toxicidad demostrada por estudios en 
seres humanos13,16,18,19,57,58,115,116, animales117–119 y plantas120–122. 
 
3.2. Manganeso en la industria 
El Mn es el cuarto metal más utilizado seguido del hierro, aluminio y 
cobre2. Compuestos inorgánicos de Mn son ampliamente utilizados en las 
industrias del aluminio, seguido por el acero y las baterías94,123; también son 
empleados en varillas de soldadura, vidrio, cerámica, fuegos artificiales, entre 
otros1–3. Mientras que los compuestos orgánicos de Mn son utilizados como 
fungicida (etilen-bis-ditiocarbamato manganeso, Mn-EBDC), agente de 
contraste en tomografía de resonancia magnética (difosfato dipiridoxil 
manganeso, Mn-DPDP), aditivo de la gasolina (metil ciclopentadienil 
tricarbonilo manganeso, MMT), entre otros.1,54,124–126 
En los sistemas de potabilización del agua, la presencia de Mn podría ser 
considerado como un problema de gran interés debido a las características 
desfavorables que provoca (coloración del agua, suciedad, manchas en los 
accesorios de tuberías y deposición de Mn en las superficies internas de las 
tuberías)109,127. 
Por recomendación de la Administración de Seguridad y Salud 
Ocupacional (OSHA), la concentración de Mn en un ambiente de trabajo no 
debe superar 5mg/m3 en un promedio de 8 horas de trabajo128. 
 
 
7 
 
3.3. Manganeso en las plantas 
Al igual que en otros seres vivos, el Mn es esencial para las plantas debido 
a que está involucrado en varias reacciones enzimáticas tales como: activación 
de enzimas involucradas en el metabolismo de ácidos orgánicos, fósforo y 
nitrógeno; activación de la reducción de nitrito por hidroxilamina a amonio1. 
Uno de los roles más importantes que tiene el Mn en las plantas, es que está 
involucrado en la fotosíntesis, específicamente en la fase lumínica, donde 
Mn4CaO5 forma parte del fotosistema II1,3 y responsable de la reacción 
fotolítica del agua. 
Adriano D., 20011 muestra estudios relacionados con la deficiencia de Mn 
en plantas, siendo más común en granos de cereales, frijoles, maíz, soya y otros 
cultivos de hortalizas. Esta deficiencia se produce de forma característica para 
cada vegetal, es así que se tiene: el punto gris en la avena, enfermedad amarilla 
en espinacas, manchas amarillas en remolacha, etc. Las condiciones del suelo 
que favorecen esta afección son: suelos calcáreos, aluviales, derivados de 
pantanos, con alto contenido de material orgánico. 
Por otro lado, la toxicidad del Mn en plantas también es reportado y se 
podría dar en suelos ácidos, y con un sistema de drenaje deficiente1. Uno de los 
efectos tóxicos por la acumulación excesiva de este metal en hojas es la 
reducción de la velocidad fotosintética122. Los síntomas comunes de la 
toxicidad por Mn son manchas marrones en hojas, peciolos y tallos120,121. 
 
3.4. Manganeso en el ser humano 
Es un elemento esencial para todo organismo vivo111–114, está involucrado 
en la formación de tejido y hueso59; en el metabolismo de proteínas, lípidos y 
carbohidratos11,16 y constituye muchas enzimas tales como: piruvato 
carboxilasa, ciertas superóxido dismutasas, glutamina sintetasa, fosfatasa 
alcalina, arginasa, glicosiltransferasa, entre otras16,19,51–53. 
La deficiencia de Mn en el ser humano son observadas en raras 
ocasiones19, se caracteriza por síntomas de pérdida de peso, alteraciones en el 
crecimiento, pobre formación de huesos y otros defectos esqueléticos, reduce 
8 
 
la fertilidad, se altera el metabolismo, problemas en la coagulación e 
incrementa la susceptibilidad a convulsiones epilépticas10,16,114. 
Sin embargo, la mayoría de patologías asociadas con el Mn resultan de la 
excesiva exposición al mismo, causando daño neurológico debido a su 
acumulación en el sistema nervioso central10–12,15,16,19,20,51.  
 
3.4.1. Toxicidad 
La inhalación de los vapores de Mn, como los de otros metales, 
puede causar la denominada “fiebre de humos metálicos'' en algunas 
personas, que se caracteriza por neumonitis aguda, traqueobronquitis y 
edema pulmonar111,129. Una intoxicación oral produce gastroenteritis 
aguda hemorrágica, edema de glotis, infección respiratoria agua, perdida 
de electrolitos y perforación de vísceras52. 
La toxicidad crónica por Mn fueron reportados principalmente en 
trabajadores dedicados a los minerales de Mn y soldadura18,19,130; incluso 
se pueden observar efectos neurotóxicos del Mn a concentraciones bajas 
(12.9µg/m3) en aire19. 
El inicio de los síntomas pueden tardar en aparecer de 1 a 2 años17; 
estos síntomas pueden dividirse en dos fases: La fase temprana, llamada 
también “locura mangánica”, caracterizada por un comportamiento 
violento y compulsivo, alucinaciones, trastornos de sueño y de 
alimentación; y la segunda, llamada “fase establecida”, caracterizada por 
síntomas motores, parecidos a los síntomas de la enfermedad de 
Parkinson (por lo que una intoxicación por manganeso se le denomina 
también parkinsonismo), tales como bradiquinecia, rigidez, inestabilidad 
postural, trastornos del habla, problemas de marcha que pueden ser 
seguidos por la distonía axial y de extremidades11,17–19. 
Estudios señalan varios factores de riesgo para la neurotoxicidad del 
Mn que incluyen deficiencia de hierro y enfermedades hepáticas16. 
Por otro lado, se reportan casos de sobreexposición al Mn por medio 
del agua potable y aire, en lo que se convierte en un problema serio de 
salud que afecta principalmente el desarrollo neuronal y cognitivo de 
9 
 
niños13,14,16,20,54,57; más aún si se estima que 600 millones de niños en el 
mundo son anémicos, de los cuales al menos el 50% es atribuido a la 
deficiencia de hierro131. 
 
3.4.1.1. Tratamiento 
En un inicio y para contrarrestar los síntomas motores se 
utiliza L-dopa sin embargo, el resultado favorable es parcial15. 
En el trascurso de los años desde que se dio a conocer la 
toxicidad por manganeso, diversos estudios en animales de 
experimentación la eficacia del tratamiento con agentes quelantes 
tales como: DTPA (ácido dietilentriamino pentacético), EDTA 
(ácido etilendiamino tetracético), NTA (ácido nitrilotriacético), 
CDTA (ácido ciclohexilendinitrilo tetracético), HEDTA (ácido N-
hidroxietil-etilendiamino tetracético) y ácido ascórbico132,133. 
determinaron que los compuestos mencionados reducen los niveles 
de manganeso en tejidos y aumentan la excreción de dicho metal. 
Adicionalmente estudios mencionan el uso del PAS (ácido p-amino 
salicílico), como una opción para el tratamiento3,134. 
Estudios clínicos también demuestran la efectividad del PAS 
para eliminar los síntomas de la intoxicación por manganeso, tal es 
el caso de Jiang Y. et al., 2006135; quienes trataron un caso de 
envenenamiento crónico severo por Mn y administraron PAS 6g/día, 
a través de una infusión intravenosa, por 4 días y 3 días de descanso, 
durante 15 semanas de tratamiento, obteniendo buenos resultados y 
sugieren que el PAS es un medicamento efectico para el tratamiento 
de este tipo de casos. 
  
10 
 
CAPÍTULO II 
 
II. MATERIALES Y MÉTODOS 
 
1. Reactivos y equipos 
Nitrato de plata (AgNO3), Hidróxido de sodio (NaOH), ácido nítrico (HNO3), 
soluciones patrón de manganeso y zinc de calidad ICP y ácido acético (CH3COOH) 
de la marca Merck®; borohidruro de sodio (NaBH4), tripolifosfato de sodio 
(Na5P3O10) y tetraborato de sodio (Na2B4O7∙10H2O) de la marca Sigma-Aldrich®; 
ácido clorhídrico de la marca J. T. Baker®; el agua a utilizar será grado ultrapura 
(18.2MΩ∙cm) obtenido con el sistema Simplicity®UV de Merck. Los equipos que 
se utilizarán en el presente proyecto son: pHmetro 827 pH lab de Metrohm®, 
agitador magnético Intelli-Stirrer MSH-300i de Biosan, balanza analítica CPA225D 
de Sartorius®, espectrofotómetro UV-Vis Cary 60 de Agilent Technologies, 
Zetasizer Nano ZS90 de Malvern Instruments, voltamperómetro 797-VA 
Computrace de Metrohm®, espectrómetro de emisión óptica con plasma acoplado 
inductivamente (ICP-OES) Optima8000 de PerkinElmer. 
 
 
2. Metodología 
2.1. Diseño y construcción del Sistema Portátil para la determinación de 
Mn+2 en medio acuoso 
Considerando que, como resultado de la reacción entre las nanopartículas 
de plata revestidas con tripolifosfato y el manganeso, se produce un cambio de 
coloración; por lo tanto, el método analítico que se podría utilizar es el 
espectrofotométrico. 
Por otro lado, si se desea desarrollar un sistema de determinación portátil 
para su utilización en campo, es evidente las desventajas de un 
espectrofotómetro UV-Vis convencional (precio, requiere una fuente de 
alimentación eléctrica estable, un espacio considerable, etc.), por lo que se 
requiere un equipo especial que cumpla las funciones de un espectrofotómetro. 
11 
 
Aprovechando que se dispone de un detector de luz de 340nm a 1040nm 
de longitud de onda (USB4000 de OceanOptic®), se realiza una aproximación 
al diseño de un espectrofotómetro portátil tal como se muestra en la Fig. 1; se 
observa una fuente de luz (A), dirigida hacia una celda (B) conteniendo el 
resultado de la reacción de Mn+2 con las nanopartículas de plata, la luz 
transmitida será recibida por el detector USB4000 (C) y los datos transferidos 
por medio de un cable USB (D) hacia una laptop (E). 
   
( E )
( B ) ( C )
( D )
( A )
USB4000
 
Fig. 1 Diseño del sistema portátil 
 
2.2. Síntesis de las P3O10-AgNPs 
Las P3O10-AgNPs se sintetizará por reducción de Ag+1 (AgNO3) con 
NaBH4 en presencia de Na5P3O10. De acuerdo al procedimiento reportado por 
Gao Y. Et al.24 con ligeras modificaciones. En un balón de vidrio se agrega 
100mL de Na5P3O10 4mM, luego se adiciona 1mL de AgNO3 20mM y con 
agitación constante y vigorosa, se añade gota a gota 1mL de NaBH4 0.1M 
(recién preparado). Mantener la reacción durante 30 minutos. 
 
2.3. Caracterización de las P3O10-AgNPs sintetizadas 
Considerando las investigaciones relacionadas con la síntesis de 
nanopartículas metálicas, se medirá el espectro de absorción utilizando el 
espectrofotómetro UV-Vis Cary 60 de Agilent Technologies. El tamaño y el 
potencial Zeta de las nanopartículas se determinarán utilizando el Zetasizer 
Nano ZS90 de Malvern Instruments. 
 
 
 
12 
 
2.4. Determinación de Mn+2 utilizando P3O10-AgNPs 
 
2.4.1. Optimización del método de determinación de Mn+2 utilizando 
P3O10-AgNPs 
 
2.4.1.1. Tiempo de reacción 
Se evaluará la absorbancia P3O10-AgNPs en presencia de Mn+2 
(0.75mg*L-1) en un periodo de 90 minutos a 400nm de longitud de 
onda, utilizando el espectrofotómetro UV-Vis Cary60. 
 
2.4.1.2. Efecto del pH 
En fiolas volumétricas se agregará 1mL de P3O10-AgNPs y 
diferentes cantidades de soluciones de HCl 0.1M (0.02mL y 
0.04mL) y NaOH 0.1M (0.02mL – 0.2mL), luego se adicionará 
solución de Mn+2 y agua a volumen de fiola y se dejará reaccionar 
durante el tiempo óptimo de reacción. Finalmente se tomará lectura 
del pH y se hallará la absorbancia a 400nm utilizando el 
espectrofotómetro UV-Vis Cary60. Cada fiola presentará un blanco 
(reacción en ausencia de Mn+2) y todo el proceso se realizará por 
triplicado. 
 
2.5. Desarrollo del método de determinación de Mn+2 utilizando P3O10-
AgNPs 
Una vez determinado las condiciones óptimas de reacción, se procederá a 
desarrollar el método de determinación de Mn+2, utilizando diferentes 
concentraciones de este metal. Las lecturas de absorbancias se realizarán 
utilizando el espectrofotómetro UV-Vis Cary60; y además se utilizará el 
sistema portátil planteado en el presente trabajo. 
 
 
 
13 
 
2.5.1. Validación del método de determinación de Mn+2 utilizando 
P3O10-AgNPs 
La validación del procedimiento analítico planteado en el presente 
proyecto se realizará utilizando el espectrofotómetro y el sistema portátil 
a desarrollarse, y se considerará los siguientes parámetros evaluación 
extraídos de la USP37138. 
 
2.5.1.1. Linealidad y Rango 
La linealidad es la capacidad de obtener resultados 
proporcionales, ya sea directamente o por medio de una 
transformación matemática definida, a la concentración del analito 
en un intervalo dado. Este parámetro sirve para obtener un modelo 
que describa con precisión la relación concentración-respuesta. 
El rango es el intervalo entre las concentraciones inferior y 
superior (incluyendo estos), en el que se puede determinar el analito 
con un nivel adecuado de precisión, exactitud y linealidad. 
Para evaluar la linealidad y el rango de trabajo del método 
planteado en el presente proyecto se preparará de acuerdo a la 
reacción colorimétrica de Mn+2 con P3O10-AgNPs (visto en el punto 
1.1.5.1.) conteniendo manganeso entre diferentes concentraciones de 
Mn+2. Se construirá una curva concentración vs respuesta y se 
determinará el coeficiente de correlación (R2). 
 
2.5.1.2. Precisión  
La precisión es el grado de concordancia entre los resultados 
de las pruebas individuales cuando se realiza una serie de 
repeticiones en una muestra homogénea. 
Este parámetro se medirá determinando la desviación estándar 
relativa o coeficiente de variación (C.V.) de tres repeticiones 
considerando: 
 
14 
 
a) Repetibilidad: Se refiere a la utilización del método durante un 
periodo corto, por el mismo analista, con el mismo equipo. 
 
b) Precisión intermedia: Expresa la variación dentro de un 
laboratorio, tales como diferentes días, diferentes analistas o 
equipos distintos. En el presente proyecto se evaluará este 
parámetro considerando tres días de la semana. 
 
2.5.1.3. Exactitud 
Es la proximidad entre los resultados obtenidos utilizando el 
método y el valor verdadero. 
Este parámetro se determinará comparando los resultados del 
método planteado con los resultados obtenidos utilizando el método 
voltamperométrico. 
Se calculará como el porcentaje de recuperación de una 
cantidad valorada con respecto a una cantidad conocida de solución 
de Mn+2 añadida a una muestra de agua potable. 
 
2.5.1.4. Límite de Detección (LOD) y Límite de Cuantificación 
(LOQ) 
El LOD es la cantidad mínima de analito que puede detectarse 
en la muestra, aunque no necesariamente cumple con la precisión y 
exactitud. Mientras que el LOQ es la mínima cantidad de analito en 
una muestra que se puede determinar con adecuada precisión y 
exactitud. 
Para determinar estos parámetros se utilizarán las ecuaciones 
3 y 4. La pendiente (b) y el intercepto con el eje “y” (Ybl) son de la 
ecuación obtenida en la curva del parámetro de linealidad. El 
intercepto con el eje “y” (Sbl) se halla a partir de una recta 
considerando la concentración de Mn+2 en el eje de las abscisas y las 
desviaciones estándar, de su respectiva respuesta, como eje de las 
15 
 
ordenadas. “n” corresponde al número de puntos considerados para 
construir las rectas mencionadas. 
 
𝑌𝑏𝑙 + 3𝑆𝑏𝑙 1 Ecuación (3) 
LOD = ×  
𝑏 √𝑛
𝑌𝑏𝑙 + 10𝑆𝑏𝑙 1 Ecuación (4) 
LOQ = ×  
𝑏 √𝑛
2.5.1.5. Selectividad 
Es la capacidad del método para medir inequívocamente el 
analito en presencia de componentes que se pueden esperar estar 
presentes en la muestra. 
Este parámetro se evaluará determinando la concentración de 
Mn+2 en presencia de diversos iones como: Pb+2, Cd+2, Ca+2, Mg+2, 
Zn+2, Cu+2, Hg+2, Fe+2, Fe+3, Al+3, Cr+3, Cr+6, K+, Na+1, Cl-, NO3- y 
SO4-2. 
 
2.6. Determinación de Mn+2 por Voltamperometría 
Con el propósito de comparar la determinación de Mn+2 en medio acuoso, 
utilizando el sistema portátil planteado en el presente trabajo, con un método 
estándar y de laboratorio; se desarrolló y validó un método voltamperométrico. 
 
2.7. Determinación de Mn+2 en agua potable  
Con el propósito de evaluar la aplicabilidad del sistema portátil a 
desarrollarse; para ello se determinará Mn+2 en agua potable utilizando el 
método de adición de estándar. Para verificar los resultados, la determinación 
se realizará empleando el sistema portátil, el espectrofotómetro UV-Vis, 
voltamperómetro e ICP-OES.  
Además, se podrá comparar la respuesta brindada por el sistema portátil y 
el espectrofotómetro con el análisis estadístico que corresponda según los 
datos.  
16 
 
CAPÍTULO III 
 
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 
 
1. Diseño y construcción del Sistema Portátil para la determinación de 
Mn+2 en medio acuoso 
El sistema portátil que se desarrolló utiliza un método espectrofotométrico y 
básicamente consta de una fuente de luz, detector y procesador de señal. Cabe 
señalar que en el presente trabajo se diseñó y construyó la fuente de luz y 
posteriormente se acopló al detector disponible en el laboratorio (USB4000) y el 
procesador de señal fue una computadora portátil utilizando el software 
SpectraSuite. La luz fue transmitida hacia la muestra y luego hacia el detector a 
través de un cable de fibra óptica. 
 
1.1. Fuente de Luz 
Existen dispositivos que, entre sus diversas ventajas, emiten luz 
monocromática; son los llamados diodos emisores de luz (LED) y dependiendo 
de su composición, emiten luz de diferentes longitudes de onda21–23. Debido a 
que la determinación de Mn+2 utilizando nanopartículas de plata requiere una 
luz con longitud de onda cercano a 400nm24–26, el sistema portátil desarrollado 
en el presente trabajo se construyó utilizando un LED que emite luz de esta 
longitud de onda; por lo que fue necesario diseñar y elaborar un circuito 
electrónico para su funcionamiento. 
 
1.1.1. Diseño del circuito electrónico 
El circuito de la fuente de luz se diseñó utilizando el software 
EAGLE 7.5.0 Professional. Los componentes que conforman el circuito 
mostrado en Fig. 2 son: dos terminales de conectores, pines, (JP1 y JP2), 
donde se conectaron los terminales del LED y la fuente de poder, 
respectivamente; un potenciómetro de ajuste, Trimpot, de 20KΩ (TP1) 
que sirve para regular la intensidad de corriente que va hacia los 
17 
 
terminales del LED; y una resistencia de 1 KΩ (R1) para evitar que la 
intensidad de corriente exceda la capacidad del LED. 
 
 
Fig. 2 Diseño del circuito electrónico de la fuente de luz. 
 
1.1.2. Construcción del circuito electrónico  
Para la elaboración de la placa de circuito impreso (PCB) primero se 
diseñó éste circuito, utilizando el mismo software mencionado en el 
punto anterior y se obtuvo el esquema que se muestra en la Fig. 3. 
 
 
Fig. 3 Diseño del circuito impreso de la fuente de luz. 
 
Posteriormente, y de acuerdo al procedimiento reportado por 
Branson J., et al.27, el circuito se imprimió utilizando una impresora láser, 
con una configuración de efecto “espejo” en un papel termotransferible 
o recubierto (papel cuché). Éste circuito impreso se coloca sobre una 
placa de cobre limpia (48mm x 15mm) y la imagen fue transferida por 
calor utilizando una plancha eléctrica común de uso doméstico. 
Una vez obtenido la placa de cobre con la imagen del circuito 
impreso, ésta se colocó en un recipiente conteniendo una solución de 
cloruro férrico (FeCl3) 40% p/v, se mantuvo la reacción 
aproximadamente 10 minutos con leve agitación. Esta reacción que se 
produce en dos pasos, tal como se muestra en las ecuaciones de reacción 
1 y 2; permite oxidar y disolver el cobre que no fue cubierto por la imagen 
18 
 
del circuito impreso; por otro lado, el cobre cubierto por esta imagen es 
protegido, de la reacción de oxidación, debido a la composición del tóner 
(óxidos de hierro y polímeros). 
 
Ec. de reacción 1 
FeCl3 Cu FeCl2 CuCl  
 
Ec. de reacción 2 
FeCl3 CuCl FeCl2 CuCl2  
 
Al finalizar la reacción anterior, se quitó el tóner adherido en la placa 
de cobre utilizando acetona. Seguidamente se realizaron las 
perforaciones necesarias, de acuerdo al diseño del circuito y finalmente 
se soldaron los componentes respectivos quedando la placa electrónica 
tal como se muestra en la Fig. 4. 
 
 
Fig. 4 Placa electrónica con los componentes. 
 
1.1.3. Ensamblaje de la placa electrónica 
La placa electrónica construida en el punto anterior se ensambló, tal 
como se muestra en la Fig. 5, presenta un recubrimiento de plástico rígido 
previamente acondicionado, para brindarle seguridad y estética; 
adicionalmente, el sistema de fuente de luz presenta un interruptor de 
corriente (A) para el encendido/apagado del LED y se utilizó como fuente 
de alimentación la laptop que provee 5V transmitido a través de un cable 
USB (B), por lo que no es necesario ningún dispositivo adicional 
(baterías) para esta función.  
19 
 
 
Fig. 5 Sistema de fuente de luz. 
 
1.1.4. Ensamblaje del sistema de fuente de luz 
Como se observa en la Fig. 6, el LED se fijó dentro de una estructura 
de poliamida, previamente acondicionada y se recubrió con cinta aislante 
de color negro, para evitar el paso de la luz natural.  
 
Fig. 6 fijación del LED en poliamida. 
 
Posteriormente, como se observa en la Fig. 7, se acopló a la porta 
celda (lugar donde se coloca la celda conteniendo la reacción final de 
P3O10-AgNPs con Mn+2) 
 
Fig. 7 Sistema de fuente de luz acoplado a la porta celda. 
 
 
20 
 
1.2. Detector 
El dispositivo USB4000 de OceanOptic® que se observa en la Fig. 8; 
consta de un conector SMA 905 (A), donde se conecta la fibra óptica e ingresa 
la luz; estos rayos de luz se dirigen hacia un espejo colimador (B), de donde se 
reflejan con una trayectoria homogénea o paralela hacia una rejilla de 
difracción (C), de aquí la luz se dirige hacia un espejo de enfoque (D), que 
centra el espectro en el detector (E). 
 
 
Fig. 8 Esquema del dispositivo USB4000. 
 
El detector es un sensor de imagen denominado dispositivo de carga 
acoplada (CCD), corresponde al modelo TCD1304AP con 3648pixeles; cada 
pixel responde a la longitud de onda de luz que incide sobre ella y transfiere el 
espectro completo al software. 
 
1.3. Procesador de señal 
La interconexión del dispositivo portátil desarrollado con la laptop es a 
través de sus puertos USB. La señal recibida desde el detector fue procesada y 
mostrada, en representaciones gráficas y numéricas, mediante el software 
SpectraSuite; este programa requiere sistema operativo Windows 7 o 
inferiores. 
El programa presenta una barra de herramientas mostrada en la Fig. 9, en 
el que se puede observar herramientas de adquisición de datos tales como: 
Tiempo de integración (análogo a la velocidad del obturador de una cámara), 
Exploraciones para promediar (número de adquisiciones espectrales discretas 
que el dispositivo acumula antes de que se observe en el software) y Boxcar 
21 
 
width (promedio de valores de un grupo de elementos detectores adyacentes); 
estos dos últimos sirven para eliminar el ruido en la señal. 
 
 
Fig. 9 Barra de herramientas del software SpectraSuite. 
 
Los parámetros que se utilizaron en el presente trabajo son: 50ms de 
tiempo de integración, 20 exploraciones para promediar y 8 de boxcar width; 
estos valores fueron establecidos considerando la intensidad de luz emitido por 
el LED y la señal observada en el espectro. Como se observa en el anexo 1, es 
pobre la resolución de la imagen capturada del espectro de luz emitido 
(longitud de onda vs. intensidad); por lo que en adelante, los espectros 
mostrados (referidos al sistema portátil), se construirán utilizando el software 
OriginPro 9.0 tal como se muestra en la Fig. 10. 
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0
340 360 380 400 420 440 460 480
Longitud de onda (nm)
 
Fig. 10 Espectro de luz emitido por el LED. 
 
Por otro lado, como se observa en la Fig. 10, la señal que muestra el 
software SpectraSuite se refiere a la intensidad de luz dado en cuentas, y 
adicionalmente este software puede brindar la integración del espectro. En el 
22 
 
Intensidad (Cuentas)
presente trabajo se utilizó la integración de las señales en el rango de 370.17nm 
a 460.14nm, mediante el método del trapecio. 
 
1.4. Arreglo del sistema portátil desarrollado 
La Fig. 11 muestra el arreglo final del sistema portátil desarrollado en el 
que se observa la fuente de luz de 400nm (A), alimentado por medio de un 
cable USB (B), que incide en la celda conteniendo la reacción final de P3O10-
AgNPs con Mn+2 (C); la luz que se transmite es llevada hacia el detector (E) a 
través de un cable de fibra óptica (D) y finalmente la señal que brinda el 
detector es conducido a la laptop (G) mediante un cable USB (F). 
 
( G ) 
( E ) 
( D ) 
( F ) 
( A ) 
( C ) 
( B ) 
 
Fig. 11 Arreglo del sistema portátil desarrollado. 
 
 
2. Síntesis de P3O10-AgNPs 
La síntesis de P3O10-AgNPs se realizó por el método de reducción química de 
Ag+1 (AgNO3) con (NaBH4 en presencia de Na5P3O10, de acuerdo al procedimiento 
reportado por Gao Y. Et al.24 con ligeras modificaciones. Como se observa en la 
Fig. 12; en un balón de vidrio se agregó 100mL de Na5P3O10 4mM, luego se 
adicionó 1mL de AgNO3 20mM, seguidamente, con agitación constante y vigorosa, 
se añadió gota a gota 1mL de NaBH4 0.1M (recién preparado), se mantuvo la 
reacción durante 30 minutos y posteriormente se almacenó la dispersión en un 
envase de color ámbar a temperatura ambiente. 
23 
 
 
Fig. 12 Arreglo experimental para la síntesis de P3O10-AgNPs. 
 
3. Caracterización de las P3O10-AgNPs sintetizadas 
Muchos autores refieren que una de las principales características de las 
nanopartículas de plata, es su comportamiento óptico28 y la espectrofotometría UV-
Vis puede ser utilizado para caracterizarlas29. En el presente estudio, tal como se 
muestra en la Fig. 13, las P3O10-AgNPs sintetizadas en el laboratorio presentan una 
máxima absorbancia (λmáx.) a una longitud de onda de 401.98nm; y comparando con 
investigaciones sobre la detección de Mn+2 utilizando AgNPs; por ejemplo, Chen 
L. et al.25, quienes revistieron las nanopartículas con pirofosfato (P -4
2O7 ), señalan 
una λmáx=403nm y Gao Y. et al.24, que sintetizaron P3O10-AgNPs, reportaron una 
λmáx=390nm; además, ambas investigaciones señalan que obtuvieron dispersiones 
de color amarillo, que también se evidenció, como se observa en la misma figura. 
 
 
Fig. 13 Espectro de absorción de P3O10-AgNPs. 
24 
 
Las propiedades de las nanopartículas metálicas son determinados, 
principalmente, por su forma, tamaño y composición30,31. Diversos estudios que 
utilizaron el mismo método de síntesis empleado en el presente trabajo, reportaron 
obtener AgNPs esféricas24,25,32; Por otro lado, investigaciones señalan que la 
máxima absorbancia depende del tamaño de las nanopartículas32 que incluso, 
utilizando su espectro de absorción UV-Vis, se podría predecir el tamaño y 
forma29,33 y, a mayor diámetro de las AgNPs, mayor es la longitud de onda de 
máxima absorbancia; por ejemplo, tamaños de hasta 20nm de diámetro presentan 
una λmáx. muy próximo a 400nm31,32, esto es respaldado por diversas investigaciones 
que reportan longitudes de onda y tamaños cercanos a estos24–26,34–39.  
En el presente trabajo, el tamaño de las P3O10-AgNPs se determinó utilizando 
el método de dispersión dinámica de luz (DLS). La Fig. 14 muestra la distribución 
del tamaño teniendo un diámetro de 8.86nm ± 2.4nm; éste resultado corresponde al 
promedio de la determinación por triplicado de tres procesos de síntesis, y debido 
a que las P3O10-AgNPs sintetizadas no son completamente mono-dispersas (más de 
una población de tamaño de nanopartículas), se promedió los tamaños que 
representaron más del 95% del volumen; además, observando todos los gráficos de 
distribución de tamaño, se deduce que la población de tamaño de las nanopartículas 
sintetizadas está en un rango de 5nm a 20nm. Además, este resultado es 
prácticamente similar a los 10nm de diámetro que determinaron Gao Y. et al.24 
(investigación tomada como referencia para la síntesis de P3O10-AgNPs), utilizando 
TEM.  
 
 
Fig. 14 Distribución del tamaño por volumen. 
 
Por otro lado, la Fig. 15 muestra la distribución del potencial zeta de las P3O10-
AgNPs, con un promedio de -41.8mV ± 2.51mV; valor que para muchos autores 
25 
 
significa buena estabilidad del sistema disperso35,40–44. Es decir, las fuerzas de 
repulsión que existe entre las nanopartículas sintetizadas es lo suficiente como para 
mantenerse en suspensión y evitar la agregación de las mismas. 
 
 
Fig. 15 Distribución del potencial zeta. 
 
 
4. Determinación de Mn+2 utilizando P3O10-AgNPs 
 
4.1. Optimización de las condiciones experimentales 
Para obtener un método adecuado de determinación de Mn+2, se optimizó 
algunas condiciones experimentales tales como el tiempo de reacción y el pH 
en el que debe estar dicha reacción. 
 
4.1.1. Tiempo de reacción 
Gao Y. et al.24 utilizaron P3O10-AgNPs para detectar Mn+2 y señalan 
que el tiempo de incubación de la reacción son varios minutos; otros 
autores que utilizaron AgNPs para la detección de Mn+2 indican un 
tiempo de reacción de 20 a 40 minutos25,45; de forma similar estudios que, 
en general, utilizan nanopartículas metálicas para la detección de 
diversos iones metálicos, señalan un determinado tiempo óptimo de 
reacción35,46. La Fig. 16 muestra el promedio de tres mediciones de 
absorbancia en un espacio de 90 minutos, el tiempo cero corresponde a 
la reacción en ausencia de Mn+2, y el resto de tiempo, en presencia de 
0.75 mg*L-1 del metal. Como se observa, la absorbancia disminuye y 
tiende a un equilibrio con forme pasa el tiempo; por lo que, en la reacción 
del método planteado en el presente trabajo, es de suma importancia 
26 
 
determinar el tiempo o rango de tiempo de reposo antes de tomar la 
lectura de intensidad de luz o absorbancia.  
Para determinar este tiempo, se realizó un análisis de varianza y un 
test de diferencia mínima significativa (LSD) con un nivel de confianza 
de 95% utilizando el software Statgraphics Centurion XVI.I y se 
evidenció la diferencia significativa de los primeros con los últimos 
tiempos; además, se pudo observar que las absorbancias de los tiempos 
comprendidos entre los minutos 45.0 y 90.0 son estadísticamente 
similares, lo mismo sucede con las absorbancias del rango de tiempo 
entre 37 y 75 minutos. Por lo que en el presente trabajo se eligió como 
tiempo óptimo de reacción, 45minutos. 
 
0.7
0.6
0.5
0 20 40 60 80
tiempo (min)
 
Fig. 16 Absorbancia de la reacción de P3O10-AgNPs con Mn+2 
(0.75mg*L-1) durante 90minutos. 
 
4.1.2. Efecto del pH 
Se evaluó el efecto del pH en un rango de 7 a 12. La Fig. 17 muestra 
el promedio de las absorbancias relativas (A0-A) en cada pH ± SEM 
(error estándar del promedio). A0 y A son la absorbancia de la dispersión 
de P3O10-AgNPs a 400nm en ausencia (blanco) o presencia (muestra) de 
0.75mg*L-1 de Mn+2, respectivamente. Debido a que se utilizaron 
soluciones de NaOH o HCl para modificar el pH, éste valor (mostrado en 
la gráfica) corresponde al promedio de las tres repeticiones, tanto de 
blancos como de muestras. Se realizó un análisis de varianza y un test de 
27 
 
Absorbancia
LSD, con un nivel de confianza del 95% y se encontró similitud entre el 
pH=11.63±0.16 y el pH=11.75±0.13; siendo todos los demás pH, 
diferentes.  
Por otro lado, realizando el mismo análisis estadístico, con un nivel 
de confianza de 95%; se encontró que las absorbancias relativas para los 
pH correspondientes a 10.79±0.23; 11.20±0.12 y 11.38±0.25 son 
estadísticamente similares. Además, Gao Y. et al.24 realizaron sus 
experimentos a un pH = 10.8; encontrándose este valor dentro del rango 
hallado en el presente estudio, y entonces se decidió utilizar 0.06mL ó 
0.10mL de solución NaOH 0.1M cuando el volumen final de reacción es 
2mL o 5mL, respectivamente; siendo estas cantidades de NaOH 
necesarias para obtener un pH aproximado a 11. 
 
0.4500
0.4000
0.3500
0.3000
0.2500
0.2000
0.1500
0.1000
0.0500
0.0000
7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00
pH  
Fig. 17 Absorbancias relativas de la reacción de Mn+2 con P3O10-
AgNPs en diferentes pH. 
 
4.2. Desarrollo del método  
Bajo las condiciones experimentales óptimas antes mencionadas, se dejó 
reaccionar 1mL de P3O10-AgNPs, 0.05mL de NaOH 0.1M y diferentes 
concentraciones de Mn+2 (en el caso de muestra de agua potable, como se verá 
posteriormente, se utilizó 0.9mL de ésta), se completó con agua ultrapura a un 
volumen final de 2mL y finalmente se dejó reaccionar durante 45minutos. 
28 
 
A0 - A
La Fig. 18 muestra el cambio de color de la reacción de P3O10-AgNPs con 
Mn+2 (0.05 – 1.5) mg*L-1; además, se observa que el mencionado cambio es 
evidente desde 0.25mg*L-1 de Mn+2. 
 
 
 
Fig. 18 Reacción colorimétrica de P3O10-AgNPs con diferentes concentraciones 
de Mn+2 (de izquierda a derecha: 0 mg*L-1 a 1.50 mg*L-1). 
 
Posteriormente se determinó el espectro de absorción de la mencionada 
reacción y se observa en la Fig. 19 que el incremento de la concentración del 
metal, disminuye la absorbancia a 400nm; es decir, a esta longitud de onda la 
relación de la concentración de Mn+2 y la absorbancia, es inversa. 
 
[Mn+2]0 = 0 
[Mn+2]1 = 0.05mg*L-1 
[Mn+2] -1
2 = 0.25mg*L  
[Mn+2]  = 0.50mg*L-1
3  
[Mn+2]4 = 0.75mg*L-1 
[Mn+2]5 = 1.00mg*L-1 
[Mn+2]6 = 1.25mg*L-1 
[Mn+2]  = 1.50mg*L-1
7  
 
 
Fig. 19 Espectro de absorción UV-Vis de P3O10-AgNPs conteniendo 
diferentes concentraciones de Mn+2 (0.05 – 1.5)mg*L-1. 
 
Además, la Fig. 20 muestra el espectro de luz de las P3O10-AgNPs en 
presencia de diferentes concentraciones de Mn+2 utilizando el sistema portátil 
desarrollado en el presente trabajo; y se observa que incrementando la 
concentración de Mn+2, aumenta la señal (cuentas); observando las Fig. 19 y 
Fig. 20, se evidencia la relación opuesta de ambos, esto se debe a que la señal 
29 
 
que brinda el sistema portátil corresponde a la intensidad de luz que llega al 
detector y ésta es inversa a la absorbancia que muestra el espectrofotómetro 
UV-Vis.  
Debido a que el blanco ([Mn+2]0 = 0mg*L-1), también presenta un pico de 
intensidad de luz, la señal para cada concentración de Mn+2 será la diferencia 
del área determinado y el área del blanco. 
 
30000
[Mn+2]  = 1.50mg*L-1
25000 7  
[Mn+2]6 = 1.25mg*L-1 
[Mn+2]5 = 1.00mg*L-1 
20000
[Mn+2]4 = 0.75mg*L-1 
[Mn+2]3 = 0.50mg*L-1 
15000
[Mn+2]2 = 0.25mg*L-1 
[Mn+2]1 = 0.05mg*L-1 
10000
[Mn+2]0 = 0 
5000
0
350 375 400 425 450 475 500
longitud de onda (nm)  
Fig. 20 Espectro de luz de P3O10-AgNPs conteniendo diferentes 
concentraciones de Mn+2 (0.05 – 1.5)mg*L-1. 
 
Por otro lado, la Fig. 21 muestra el promedio de la absorbancia relativa de  
P3O10-AgNPs conteniendo diferentes concentraciones de Mn+2 (0.050 – 
1.500)mg*L-1 a 400nm de longitud de onda, utilizando el espectrofotómetro 
UV-Vis; se observa que, concentraciones de Mn+2 mayores a 1.0mg*L-1 
presentan absorbancias relativas cercanas entre sí, por lo que se deduce el límite 
de la reacción de Mn+2 y P3O10-AgNPs, en cuanto a la concentración del metal.  
0.5000
0.4000
0.3000
0.2000
0.1000
0.0000
0.000 0.250 0.500 0.750 1.000 1.250 1.500
Mn+2 (mg*L-1)  
Fig. 21 Absorbancia relativa de P3O10-AgNPs en presencia  
de Mn+2 (0.050 – 1.500) mg*L-1 a 400nm. 
30 
 
Intensidad (Cuentas)
A0 - A
La Fig. 22 muestra la diferencia de las áreas de los espectros de luz 
producidos por P3O
+2
10-AgNPs conteniendo diferentes concentraciones de Mn  
(0.050 – 1.500)mg*L-1; Donde “I” e “I0” son las áreas del espectro de luz en 
presencia y ausencia de Mn+2, respectivamente. De modo similar que la figura 
anterior, muestra el mismo comportamiento de la reacción mencionada 
utilizando el sistema portátil desarrollado en el presente trabajo. 
350000
300000
250000
200000
150000
100000
50000
0
0.000 0.250 0.500 0.750 1.000 1.250 1.500
Mn+2 (mg*L-1)  
Fig. 22 Diferencia de áreas de espectro de luz de P3O10-AgNPs 
en presencia de Mn+2 (0.050 – 1.500) mg*L-1. 
 
4.3. Validación del método  
Se realizó la validación de la determinación de Mn+2 con P3O10-AgNPs, 
utilizando tanto el espectrofotómetro como el sistema portátil desarrollado en 
el presente trabajo. Se evaluó la linealidad, rango, precisión, exactitud, LOD, 
LOQ y selectividad. 
 
4.3.1. Linealidad y Rango 
La Fig. 23 y Fig. 24 muestran los coeficientes de linealidad (R2) para 
los resultados obtenidos utilizando el espectrofotómetro UV–Vis (Visto 
en la Tabla 3) y los obtenidos utilizando el sistema portátil (Visto en la 
Tabla 4); R2 = 0.9955 y R2 = 0.9959, respectivamente. Se deduce que la 
de terminación de Mn+2 con P3O10-AgNPs utilizando ambos 
instrumentos analíticos, es lineal en el rango de 0.050mg*L-1 a 
1.000mg*L-1.  
 
31 
 
I - I0
0.5000
y = 0.4394x + 0.0206
0.4000 R² = 0.9955
0.3000
0.2000
0.1000
0.0000
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200
Mn+2 (mg*L-1)
 
Fig. 23 Absorbancia relativa de P3O10-AgNPs en presencia  
de Mn+2 (0.050 – 1.000) mg*L-1 a 400nm.  
 
350000
y = 279,850.9871x + 17,982.9435
300000 R² = 0.9959
250000
200000
150000
100000
50000
0
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200
Mn+2 (mg*L-1)  
Fig. 24 Diferencia de áreas de espectro de luz de P3O10-AgNPs en  
presencia de Mn+2 (0.050 – 1.500) mg*L-1. 
 
 
4.3.2. Precisión  
4.3.2.1. Repetibilidad 
Las Tabla 1 y Tabla 2 muestran los resultados obtenidos para 
evaluar la repetibilidad del método de determinación de Mn+2 con 
P3O10-AgNPs utilizando el espectrofotómetro UV-Vis y sistema 
portátil, respectivamente. Los valores porcentuales de coeficiente de 
variación (C. V., %) recomendados por la AOAC47 dependen de la 
concentración del analito; por ejemplo, para 1ppm se acepta hasta 
11%, para 100ppb hasta 15%, etc. Observando los valores de C. V. 
en ambas tablas, se deduce que el método de determinación de Mn+2 
32 
 
A0 - A
I - I0
con P3O10-AgNPs utilizando los dos instrumentos analíticos 
cumplen con el parámetro de repetibilidad. 
 
Tabla 1 Datos experimentales para evaluar la repetibilidad de la determinación 
 de Mn+2 con P3O10-AgNPs, por espectrofotometría UV-Vis. 
Concentración A0 – A 
+2 -1 Promedio D.S. C.V. (%) 
Mn  (mg*L ) I II III 
0.05 0.7435 0.7902 0.8135 0.7824 0.0356 4.56 
0.25 0.7136 0.7587 0.7777 0.7500 0.0329 4.39 
0.50 0.6230 0.6502 0.6761 0.6498 0.0266 4.09 
0.75 0.4937 0.5163 0.5698 0.5266 0.0391 7.42 
1.00 0.3783 0.4404 0.4248 0.4145 0.0323 7.79 
 
Tabla 2 Datos experimentales para evaluar la repetibilidad de la  
determinación de Mn+2 con P3O10-AgNPs, por el sistema portátil. 
Concentración I – I0  C.V. 
+2 -1 Promedio D.S. 
Mn  (mg*L ) I II III (%) 
0.050 27632.20 25149.52 25887.15 26222.96 1274.95 4.86 
0.250 82976.42 85314.58 80594.70 82961.90 2359.97 2.84 
0.500 173654.45 155314.54 140609.72 156526.24 16555.65 10.58 
0.750 239654.21 214592.08 237452.25 230566.18 13877.72 6.02 
1.000 301787.29 277896.91 302529.85 294071.35 14012.40 4.76 
 
4.3.2.2. Precisión intermedia 
Las Tabla 3 y Tabla 4 muestran los resultados de la 
determinación de Mn+2 con P3O10-AgNPs utilizando el 
espectrofotómetro UV-Vis y sistema portátil, respectivamente; en 
tres diferentes días. Observando los coeficientes de variación, todos 
se encuentran incluso por debajo de los recomendados para 
repetibilidad, por lo que se deduce que el método presenta una 
adecuada precisión intermedia. 
 
Tabla 3 Datos experimentales para evaluar la precisión intermedia  
de la determinación de Mn+2 con P3O10-AgNPs, por espectrofotometría UV-Vis. 
Concentración A0 – A 
+2 -1 Promedio D.S. C.V. (%) 
Mn  (mg*L ) I II III 
0.05 0.030 0.032 0.027 0.0299 0.0027 9.10 
0.25 0.155 0.133 0.121 0.1363 0.0174 12.76 
0.50 0.277 0.256 0.234 0.2557 0.0215 8.41 
0.75 0.369 0.368 0.313 0.3501 0.0321 9.17 
1.00 0.407 0.482 0.466 0.4515 0.0395 8.75 
33 
 
Tabla 4 Datos experimentales para evaluar la precisión intermedia 
de la determinación de Mn+2 con P3O10-AgNPs, por el sistema portátil. 
Concentración I – I0  
+2 -1 Promedio D.S. C.V. (%) 
Mn  (mg*L ) I II III 
0.050 26222.96 23363.14 23013.43 24199.84 1760.77 7.28 
0.250 82961.90 96870.63 96501.00 92111.18 7925.66 8.60 
0.500 156526.24 167741.74 168627.15 164298.38 6745.41 4.11 
0.750 230566.18 240368.28 225492.48 232142.31 7562.11 3.26 
1.000 294071.35 302122.55 276155.17 290783.02 13292.33 4.57 
 
 
4.3.3. Exactitud 
La exactitud del método se evaluó incrementando la concentración 
de una muestra de agua en 0.50mg*L-1. La Tabla 5 muestra los valores 
obtenidos del análisis. Se observa que la concentración de Mn+2 en la 
muestra de agua no es detectable; sin embargo, si fue posible la 
determinación de Mn+2 en las muestras que se adicionó el metal. Se 
obtuvo 100.21% de recuperación del metal adicionado, cuando se utilizó 
el espectrofotómetro y 107.55% de recuperación cuando se utilizó el 
sistema portátil; estando estos valores dentro de los límites 
recomendados por la AOAC47.  
 
Tabla 5 Recuperación de Mn+2 adicionado a una muestra de agua. 
Espectrofotómetro UV-
 Sistema portátil 
Vis 
Mn+2 en Muestra + Mn+2 en Muestra + 
 Muestra 0.50 mg*L-1 Muestra 0.50 mg*L-1 
(mg*L-1) Mn+2 (mg*L-1) Mn+2 
 0.000 0.504 0.000 0.500 
 0.000 0.448 0.000 0.520 
 0.000 0.505 0.000 0.522 
Promedio 0.000 0.486 0.000 0.514 
DS 0.0002 0.033 0.0006 0.012 
Recuperación 
 97.11  102.72 
(%) 
 
 
 
 
34 
 
4.3.4. Límite de Detección (LOD) y Límite de Cuantificación (LOQ) 
La Tabla 6 muestra los límites de determinación y cuantificación, 
valores determinados utilizando las ecuaciones correspondientes a ambos 
parámetros. 
Tabla 6 Resumen de LOD y LOQ de la determinación  
de Mn+2 con P3O10-AgNPs. 
Espectrofotometría 
 Sistema portátil 
UV-Vis 
LOD (mg*L-1
) 0.033 0.042 
-1
LOQ (mg*L ) 0.062 0.072 
 
4.3.5. Selectividad 
Las Fig. 25 y Fig. 26 muestran los resultados obtenidos utilizando el 
espectrofotómetro UV-Vis y sistema portátil, respectivamente. 
Realizando un análisis de varianza con un nivel de confianza de 95% y 
posteriormente un análisis de LSD, se encontró que la señal de la reacción 
de las P3O10-AgNPs con todos los iones, excepto Mn+2, son 
estadísticamente similares a la señal del blanco; esto sucede utilizando 
ambos instrumentos. Por lo que se deduce que el Mn+2 podría ser 
determinado selectivamente (utilizando tanto el espectrofotómetro UV-
Vis como el sistema portátil), en la presencia de 20µM de K+1, Na+1, Ca+2, 
Mg+2, Zn+2, Pb+2, Cd+2, Hg+2, Cu+2, Fe+2, Fe+3, Al+3 y Cr+3; además, a esta 
lista se podría agregar iones Cl-1, NO -1
3  y SO -2
4  provenientes de las sales 
utilizadas.  
1.0000
0.9000
0.8000
0.7000
0.6000
0.5000
0.4000
0.3000
0.2000
Iones matálicos  
Fig. 25 Absorbancia de P3O10-AgNPs en presencia de diferentes 
iones metálicos. “Mn+2 + M” significa la mezcla de todos los iones, 
incluido el Mn+2 (la concentración de todos los iones es 20µM) 
35 
 
Absorbancia
Blanco
K+1
Na+1
Ca+2
Mg+2
Zn+2
Pb+2
Cd+2
Hg+2
Cu+2
Fe+2
Fe+3
Al+3
Cr+3
Mn+2
Mn+2…
 
700000
600000
500000
400000
300000
200000
100000
0
Iones matálicos  
Fig. 26 Área del espectro de luz de P3O10-AgNPs en presencia de 
diferentes iones metálicos. “Mn+2 + M” significa la mezcla de todos 
los iones, incluido el Mn+2 (la concentración de todos los iones es 
20µM). 
 
 
5. Determinación de Mn+2 por Voltamperometría (VA) 
La Tabla 7 muestra los parámetros utilizados para la determinación del metal, 
estos valores se establecieron considerando pruebas preliminares  e investigaciones 
relacionados a este método48–50. 
 
Tabla 7 Parámetros voltamperométricos para la  
determinación de Mn+2. 
Parámetro Valor 
Potencial de deposición -1.7 V 
Tiempo de deposición 45 s 
Tiempo de equilibrio 5 s 
Tiempo de purga 300 s 
Potencial de pico -1.44 V 
Amplitud de pulso -0.0749V 
Potencial de inicio -1.55V 
Potencial final 1.34V 
Paso de voltaje 3.97mV 
Tiempo de paso de voltaje 0.5s 
 
36 
 
Área
La validación de este método se realizó evaluando características de 
desempeño analítico tales como: linealidad, precisión, exactitud, LOD y LOQ. 
 
5.1. Linealidad 
La Tabla 9 muestra los datos utilizados para evaluar este parámetro. Como 
se observa en la Fig. 27, se graficó el promedio de señal que produce diferentes 
concentraciones de Mn+2 y se deduce que la determinación de Mn+2 por 
voltamperometría posee un comportamiento lineal (R2=0.9996), en el rango de 
concentraciones de 8.251µg*L-1 a 55.031µg*L-1. 
 
35.00
30.00 y = 0.5811x + 0.1151
25.00 R² = 0.9996
20.00
15.00
10.00
5.00
0.00
0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000
Concentración Mn+2 (ppb)  
Fig. 27 Intensidad de corriente de diferentes concentraciones  
de Mn+2 (8.251 – 55.031) µg*L-1 por voltamperometría 
 
 
5.2.  Precisión 
 
5.2.1. Repetibilidad 
Para la repetibilidad del método de determinación de Mn+2 por 
voltamperometría se evaluó el CV% según metodología, tal como se 
observa en la Tabla 8 éstos valores son inferiores al 15% que recomienda 
la AOAC47 para muestras de 100µg*L-1; por lo que este método presenta 
una adecuada repetibilidad. 
 
 
 
37 
 
Intensidad  (nA)
Tabla 8 Datos experimentales para evaluar la repetibilidad de la 
determinación de Mn+2 por voltamperometría 
concentración Señal (nA) 
Promedio DS CV% 
(µg*L-1) I II III 
8.251 5.06 5.26 5.00 5.11 0.14 2.67% 
16.367 9.81 10.45 9.67 9.97 0.42 4.17% 
24.351 14.45 15.26 13.93 14.55 0.67 4.59% 
32.206 19.18 19.96 18.43 19.19 0.77 3.99% 
39.936 23.92 24.47 22.85 23.75 0.82 3.47% 
47.544 27.64 28.24 25.89 27.25 1.22 4.47% 
55.031 32.30 32.87 29.89 31.69 1.58 4.99% 
 
 
5.2.2. Precisión intermedia 
De forma similar al caso anterior, los datos observados en la Tabla 
9 presentan valores inferiores de CV%, por lo que el presente método 
también es adecuado en cuanto a la precesión intermedia. 
 
Tabla 9 Datos experimentales para evaluar la precisión intermedia 
 de la determinación de Mn+2 por voltamperometría  
concentración Señal (nA) Promedio 
-1 DS CV% 
(µg*L ) I II III (nA) 
4.975 5.11 4.71 4.93 4.92 0.20 4.01% 
9.901 9.97 9.29 9.82 9.70 0.36 3.68% 
14.778 14.55 13.27 14.52 14.11 0.73 5.18% 
19.608 19.19 18.35 18.94 18.82 0.43 2.29% 
24.390 24.20 22.81 23.82 23.61 0.71 3.03% 
29.126 27.94 26.58 27.73 27.42 0.73 2.66% 
33.816 32.58 31.55 32.52 32.22 0.58 1.79% 
 
 
5.3. Exactitud 
La exactitud del método se evaluó incrementando la concentración de una 
muestra de agua en 50µg*L-1. La Tabla 10 muestra los valores obtenidos del 
análisis y se obtuvo 106.97% de recuperación del metal adicionado, estando 
este valor dentro de los límites recomendados por la AOAC47.  
 
 
38 
 
Tabla 10 Recuperación de Mn+2 adicionado a una muestra de agua 
Mn+2 en Muestra Muestra + 50 µg*L-1 
(µg*L-1
  ) Mn+2  
 3.024 55.125 
 5.121 57.172 
 2.155 58.456 
Promedio 3.433 56.918 
DS 1.5248 1.6800 
Recuperación (%)  106.97 
 
 
5.4. LOD y LOQ 
Utilizando la metodología descrita para la determinación de Mn+2 por 
voltamperometría y reemplazando los datos experimentales en las ecuaciones 
correspondientes, se deduce que el LOD es 0.579µg*L-1 y el LOQ es 
1.755µg*L-1. 
 
 
6. Determinación de Mn+2 en agua potable 
Para evaluar la aplicación del sistema portátil desarrollado en el presente 
trabajo, se determinó Mn+2 en agua potable y en la misma muestra contaminada con 
diferentes concentraciones del metal (0.050; 0.250 y 0.500) mg*L-1. La Tabla 11 
muestra los resultados obtenidos utilizando el sistema portátil, espectrofotómetro 
UV-Vis, voltamperómetro e ICP-OES; como se observa, la concentración de Mn+2 
en la muestra es indetectable por el método utilizando los dos primeros 
instrumentos, esto se debe a que la muestra analizada presenta 0.001mg*L-1 de 
Mn+2 (resultado dado por el ICP-OES y aproximado por el voltamperómetro).  
Por otro lado, las muestras que fueron contaminadas con Mn+2 en 
concentraciones antes mencionada, presentan resultados muy cercanos entre sí. los 
valores del SEM que corresponden a los resultados obtenidos por los instrumentos 
utilizados para la reacción con P3O10-AgNPs, son relativamente altos debido 
probablemente a la dilución que se realiza para dicha reacción. 
 
 
 
39 
 
Tabla 11 Determinación de Mn+2 en agua potable, utilizando diferentes métodos 
Mn+2 Mn+2 (mg*L-1) ± SEM 
agregado Sistema Espectrofotómetro 
Voltamperometría ICP-OES 
(mg*L-1) portátil UV-Vis 
0 <0.042 <0.033 0.002±0.002 0.001±0.000 
0.050 0.068±0.075 0.055±0.097 0.051±0.006 0.048±0.001 
0.250 0.245±0.049 0.283±099 0.249±0.009 0.242±0.006 
0.500 0.514±0.030 0.502±0.01 0.501±0.033 0.505±0.012 
 
Finalmente, con el propósito de comparar los resultados obtenidos utilizando 
el sistema portátil y el espectrofotómetro UV-Vis, se realizó el análisis estadístico 
“t” para muestras con varianzas homogéneas, con un nivel de confianza de 95%; y 
se determinó que los promedios mostrados en la Tabla 11 correspondientes a ambos 
instrumentos, son similares en las tres concentraciones de Mn+2. Por lo que se 
concluye que la respuesta del sistema portátil desarrollado en el presente trabajo, es 
comparable con la respuesta del espectrofotómetro UV-Vis. 
  
40 
 
 
CONCLUSIONES 
 
1. Es factible el desarrollo de un sistema portátil basado en una técnica 
espectrofotométrica, que usando nanopartículas de plata funcionalizadas con 
tripolifosfato, responda a la presencia de Mn+2 en medio acuoso. 
2. El método de determinación de Mn+2 con P3O10-AgNPs, utilizando el sistema 
portátil, mostró una respuesta proporcional a la concentración, con una 
linealidad en el rango de 0.050mg*L-1 a 1.000mg*L-1, adecuada precisión y 
exactitud, selectivo para Mn+2, con un LOD de 0.042mg*L-1 y LOQ de 
0.072mg*L-1. 
3. La respuesta que produce 0.050; 0.250 y 500mg*L-1 de Mn+2; utilizando el 
sistema portátil desarrollado en el presente trabajo, es similar a la respuesta 
obtenida por el espectrofotómetro UV-Vis. 
4. El sistema portátil desarrollado en el presente trabajo es un instrumento que 
puede ser utilizado como una opción al espectrofotómetro UV-Vis, cuando la 
reacción requiera 400nm de longitud de onda para su lectura. 
  
41 
 
 
SUGERENCIAS 
 
 Ensayar la aplicación del sistema portátil desarrollado en el monitoreo 
medioambiental de Mn+2. 
 Realizar ensayos de determinación de otros contaminantes medioambientes, 
modificando la fuente de luz del sistema portátil desarrollado (LEDs de 
diferentes longitudes de onda). 
  
42 
 
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50 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXOS  
51 
 
 
ANEXO 1 
 
Espectro de luz emitido por el sistema portátil 
 
 
 
52