DETERMINACIÓN DE MACRO
Y MICRONUTRIENTES CATIÓNICOS
EN TEJIDOS VEGETALES DE BANANO, PALMA
Y ROSAS, POR ESPECTROSCOPÍA DE EMISIÓN
POR ACOPLAMIENTO DE PLASMA
INDUCTIVO Y DETECCIÓN ÓPTICA (ICP-OES)
DETERMINATION OF MACRO AND MICRO CATIONIC NUTRIENTS
IN BANANA, PALM AND ROSES PLANT TISSUES, USING INDUC-
TIVELY COUPLED PLASMA OPTICAL EMISSION SPECTROMETRY
(ICP-OES)
Luis Cacuango P.
1
, Soraya Alvarado O.
2
& Yolanda Jibaja A.
1
Palabras clave: nutrientes, tejidos vegetales, espectroscopia, ICP-OES, AA.
Keywords: nutrients, plant tissues, spectroscopy, ICP-OES, AA.
RESUMEN
Se determinó la concentración de macro y micronutrientes catiónicos: K, Ca,
Mg, Zn, Cu. Fe y Mn, en muestras de tejido vegetal de banano, palma y rosas,
por espectroscopia de emisión por acoplamiento de plasma inductivo y detec-
33
1 Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Escuela
de Ciencias Químicas, Quito Ecuador (lhcacuango@gmail.com; yjibaja@puce.edu.ec).
2 Instituto Nacional Autónomo de Investigaciones Agropecuarias (INIAP), Departamento de Manejo
de Suelos y Aguas (DMSA), Quito Ecuador (spalv_2000@yahoo.com).
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ción óptica (ICP-OES). La parte experimental se desarrolló en los laboratorios
del Departamento de Manejo de Suelos y Aguas (DMSA) de la Estación Expe-
rimental Santa Catalina del INIAP, los cuales utilizan la técnica de Absorción
Atómica para el análisis de elementos en muestras foliares; dicha técnica pre-
senta limitaciones en cuanto a límites de detección, efectos de matriz, rango
lineal y número de elementos que pueden ser analizados en forma simultánea.
En cambio, la espectroscopia de emisión con plasma acoplado inductivamente,
es una técnica que está a la vanguardia como herramienta analítica para la de-
terminación multielemental en tejidos foliares. Por esta razón se optimizó la
técnica de ICP-OES, para el análisis de macro y micronutrientes catiónicos en
muestras de tejido vegetal, ya que con el uso de este equipo se incrementará
la capacidad operativa del laboratorio. Los análisis se realizaron con muestras
de tejido vegetal de banano, palma y rosas, que se utilizan como material de
referencia para los análisis de rutina de muestras vegetales que se realizan en
los laboratorios del DMSA; se utilizó como Material de Referencia Certificado
(MRC) el Standard Reference Material 1515, Apple Leaves. Las muestras y el
material certificado se sometieron a digestión húmeda para luego cuantificar
los analitos en estudio por medio de las técnicas de AA e ICP-OES. Se realizó
un estudio comparativo de las variables: exactitud, precisión, linealidad, límites
de detección y cuantificación en el cual se determinó que existen diferencias
significativas entre las técnicas empleadas. El análisis estadístico demostró que
existen diferencias altamente significativas en el contenido de macro y micro-
nutrientes en los tejidos analizados, como sucede en el caso del magnesio en
tejido foliar de palma, cuyos porcentajes fueron de 0,36 y 0,52%, obtenidos
mediante AA e ICP respectivamente y dentro del grupo de los micronutrientes,
el contenido de hierro en tejido foliar de palma con valores de 182,48 y 122,33
mg/L. Sin embargo, en el caso de las muestras de tejido foliar de banano, palma
y rosas, los valores obtenidos mediante AA e ICP, en el análisis de potasio, de-
mostraron que estadísticamente la diferencia es significativa.
ABSTRACT
This study is focus on determine the concentration of macro and micro cationic
nutrients: K, Ca, Mg, Zn, Cu, Fe and Mn in plant tissue samples banana, palm,
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roses, by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES).
The experimental part of this research was developed in the laboratories of the
Department of Soil and Water Management (DMSA) in the Santa Catalina Ex-
perimental Station of INIAP, which use atomic absorption technique for the
analysis of elements in leaf samples; this technique has limitations in terms of
limits of detection, matrix effects, linear range, and number of elements that
can be analyzed simultaneously. However, emission spectroscopy with induc-
tively coupled plasma is a technique that is at the forefront as an analytical tool
for multielement determination in leaf tissues. For this reason the technique
ICP-OES is optimized, for analysis of macro and micro cationic nutrients in
samples of plant tissue, since the use of this equipment will increase the oper-
ational capacity of the laboratory. Analyses were carried out on samples of plant
tissue of banana, palm and roses, which are used as reference material in rou-
tine analysis of plant samples carried out in DMSA laboratories; Apple Leaves
1515 was used as a Certified Reference Material. Samples and standard refer-
ence material subjected to wet digestion and then quantify the analytes under
study through the techniques of AA and ICP-OES. A comparative study was per-
formed of the variables: accuracy, precision, linearity, limits of detection and
quantification, in which it was determined there are significant differences be-
tween the techniques used. Statistical analysis showed that there were highly
significant differences in the content of macro and micronutrients in the tissues
analyzed. In the case of magnesium in palm leaf tissue, the percentages were
0.36 and 0.52%, obtained by AA and ICP respectively, and within the group of
micronutrients, iron content in palm leaf tissue with values of 182.48 and
122.33 mg/L. However, in the case of the samples of leaf tissue of banana, palm
and roses, the values obtained by ICP-OES and AA in potassium analysis,
showed that the difference is statistically significant.
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EN TEJIDOS VEGETALES DE BANANO, PALMA Y ROSAS, POR ESPECTROSCOPÍA DE EMISIÓN
POR ACOPLAMIENTO DE PLASMA INDUCTIVO Y DETECCIÓN ÓPTICA (ICP-OES)
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El análisis de tejido vegetal se refiere
al análisis químico cuantitativo de los
nutrientes esenciales en los tejidos de
las plantas. Por varios años, este tipo
de análisis se realizó para determinar
el estado nutricional de los cultivos
arbustivos debido a su naturaleza y al
extenso sistema radicular que po-
seen; sin embargo, el análisis de te-
jido vegetal ha adquirido mayor
importancia a medida que se desa -
rrolla el conocimiento acerca de la
nutrición de las plantas, de los reque-
rimientos de nutrientes durante todo
el ciclo del cultivo, y la posibilidad
de aplicarlos mediante modernos
sistemas de riego.
La parte foliar de las plantas es la más
utilizada para realizar el análisis de
tejido vegetal ya que es el órgano
principal donde se elaboran las sus-
tancias nutritivas y refleja el estado
nutricional (ICA, 2012). Varias inves-
tigaciones han documentado una alta
correlación entre el contenido de nu-
trientes a nivel foliar y el desarrollo y
producción del cultivo (Ulrich, 1972).
Desde hace décadas se ha utilizado
la técnica de absorción atómica de
llama para la determinación de ele-
mentos en muestras foliares. Afectan
a la técnica, en distintos grados, el
tipo de matriz, el rango de concen-
tración de los elementos a analizar,
además, los digestados de las mues-
tras requieren usualmente un trata-
miento adecuado para llevar la con-
centración de los analitos al rango
analítico adecuado para el análisis;
por estas razones, la técnica se vuel-
ve lenta y problemática, comparada
con técnicas instrumentales multiele-
mentales como la espectroscopia de
emisión acoplada inductivamente a
plasma (Briceño & Pacheco, 1984).
La espectroscopia de emisión por
acoplamiento de plasma se ha vuelto
una técnica ampliamente empleada
para el análisis de soluciones, con in-
clusión de los digestados de tejidos
vegetales, está relativamente libre de
los efectos de matriz y tiene una ex-
celente sensibilidad en concentracio-
nes muy bajas (partes por billón) con
un rango de concentración utilizable
de cuatro a cinco cifras (Alvarado,
Yglesias, & Güel, 2005).
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infoANALÍTICA
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INTRODUCCIÓN
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Otra de las ventajas que presenta la
espectroscopia de emisión acoplada
inductivamente a plasma, ICP-OES,
se debe a las altas temperaturas que
alcanza el equipo, alrededor de
10000 K, a esa temperatura se redu-
cen o eliminan muchas interferencias
químicas que se pueden presentar en
absorción atómica, estas temperatu-
ras permiten mejorar la eficiencia de
la excitación y la ionización de las
partículas, lo que ayuda a reducir los
límites de detección (Boss & Fredeen,
1997).
El objetivo de este trabajo es compa-
rar el contenido de macro y micronu-
trientes en tejido foliar de banano,
palma y rosas, cultivos económica-
mente importantes para el Ecuador,
analizados mediante las técnicas de
Absorción Atómica de llama (AA) y
espectroscopia de emisión acoplada
inductivamente a plasma (ICP-OES,
por sus siglas en inglés).
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EN TEJIDOS VEGETALES DE BANANO, PALMA Y ROSAS, POR ESPECTROSCOPÍA DE EMISIÓN
POR ACOPLAMIENTO DE PLASMA INDUCTIVO Y DETECCIÓN ÓPTICA (ICP-OES)
MATERIALES Y MÉTODOS
Muestras
Las muestras de tejido vegetal de ba-
nano, palma y rosas, empleadas en el
análisis, fueron suministradas por el
Departamento de Manejo de Suelos
y Aguas (DMSA) del INIAP. Dichas
muestras son usadas como material
de referencia y se las emplea en el
análisis de rutina de tejidos foliares
del laboratorio.
La preparación de estas muestras
consistió en el lavado con agua des-
tilada con el fin de eliminar cualquier
tipo de contaminación: polvo, suelo,
otros tejidos, fertilizantes, fungicidas,
etc. Luego se secaron a 60 °C durante
48 horas aproximadamente, se mo-
lieron y tamizaron con una malla de
40 mesh.
Las muestras y el material de referen-
cia son almacenados a temperatura
ambiente hasta el momento del aná-
lisis.
Extracción de los analitos
Las muestras de tejido vegetal se so-
metieron a digestión húmeda con
ácido nítrico grado analítico al 65%
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y ácido perclórico grado analítico al
72% en relación 5:1, hasta obtener
una solución transparente. Una vez
digeridas se dejaron enfriar a tempe-
ratura ambiente y se aforaron a 25 mL
con agua destilada tipo I. Los extrac-
tos obtenidos se leyeron en el espec-
trofotómetro de Absorción Atómica
modelo AA-680 (Shimadzu), y en el
espectrofotómetro ICP-OES modelo
Optima 5300 DV (Perkin Elmer).
Análisis estadístico
Se realizó el análisis estadístico (
ANOVA
)
para determinar si hay diferencias
significativas entre los resultados ob-
tenidos por espectrofotome- tría AA y
espectrofotometría ICP.
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infoANALÍTICA
Diciembre 2016
RESULTADOS
Las condiciones óptimas de opera-
ción del espectrofotómetro de emi-
sión por acoplamiento de plasma
inducido para la determinación de
macro y micronutrientes en tejido ve-
getal, son las indicadas en la Tabla 1.
Tabla 1. Condiciones de operación del
equipo ICP-OES OPTIMA 5300 DV
Elemento Longitud Posición de
de onda la llama
K 766,490 Radial
Ca 315,887 Radial
Mg 279,077 Radial
Zn 213,857 Axial
Cu 324,752 Axial
Fe 259,939 Axial
Mn 257,610 Axial
Luego de la evaluación del método
se determinaron los macro y micro-
nutrientes catiónicos en las muestras
de tejidos vegetales de banano,
palma y rosas.
Potasio
En la Figura 1, se presentan las con-
centraciones de potasio en tejido ve-
getal de banano, palma y rosas.
El contenido de este elemento en te-
jido foliar de banano es más alto res-
pecto al de las muestras de palma y
rosas, y estadísticamente la diferencia
es altamente significativa; si se com-
paran las técnicas de análisis, los re-
sultados obtenidos mediante
ICP-OES
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son ligeramente mayores a los obte-
nidos por AA, una mayor diferencia
se observa en las muestras de palma,
cuyo contenido de potasio es de 0,80
y 0,35 % respectivamente; sin em-
bargo, al comparar las técnicas em-
pleadas en cada tejido analizado,
estadísticamente no existen diferen-
cias significativas entre las técnicas
empleadas en el análisis.
Calcio
En la Figura 2 se presentan las con-
centraciones de calcio en tejido ve-
getal de banano, palma y rosas.
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EN TEJIDOS VEGETALES DE BANANO, PALMA Y ROSAS, POR ESPECTROSCOPÍA DE EMISIÓN
POR ACOPLAMIENTO DE PLASMA INDUCTIVO Y DETECCIÓN ÓPTICA (ICP-OES)
Figura 1. Potasio en muestras de tejido vegetal
Figura 2. Calcio en muestras de tejido vegetal
El tejido vegetal de rosas presenta el
contenido de calcio más alto, res-
pecto a las muestra de tejido vegetal
de banano y palma, así lo demues-
tran los resultados obtenidos con las
dos técnica empleadas en el análisis,
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así mismo, en esta muestra hay una
diferencia de 0.36%, en el contenido
de calcio obtenido utilizando AA e
ICP-OES, según los resultados del
análisis estadístico, las diferencias
entre los tipos de tejido analizados,
son altamente significativas, pero el
análisis de las técnicas empleadas en
cada tejido demuestra que no hay di-
ferencia significativa (F igual a 0.76).
Magnesio
En la Figura 3 se presentan las con-
centraciones de magnesio en tejido
vegetal de banano, palma y rosas.
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Figura 3. Magnesio en muestras de tejido vegetal
El contenido de magnesio en tejido
vegetal de rosas es mayor comparado
con los tejidos vegetales de banano y
palma analizados, estadísticamente,
la diferencia es altamente significa-
tiva; al comparar los resultados obte-
nidos con las técnicas de análisis
empleadas, en todas las muestras el
contenido del analito es mayor
cuando se emplea espectrofotometría
de emisión, al aplicar el análisis de
varianza se determinó que, estadísti-
camente, existen diferencias alta-
mente significativas entre las técnicas
de análisis empleadas para determi-
nar magnesio en los tejidos vegetales
del presente estudio.
Zinc
En la Figura 4 se presentan las con-
centraciones de zinc en tejido vegetal
de banano, palma y rosas, analizados
por AA e ICP-OES.
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El tejido vegetal de rosas contiene
mayor cantidad de zinc comparado
con el de palma y banano, estadísti-
camente la diferencia es altamente
significativa. El contenido de zinc
mediante AA es más alto, en todas las
muestras analizadas, y en el caso de
tejido vegetal de rosas el contenido
es de 122,36mg/L, y el obtenido por
ICP-OES, es de 90,96 mg/L, estadís-
ticamente la diferencia es altamente
significativa (valor F igual a 21,36).
Cobre
En la Figura 5 se representan las con-
centraciones de cobre en los tejidos
vegetales de banano, palma y rosas,
expresados en mg/L.
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EN TEJIDOS VEGETALES DE BANANO, PALMA Y ROSAS, POR ESPECTROSCOPÍA DE EMISIÓN
POR ACOPLAMIENTO DE PLASMA INDUCTIVO Y DETECCIÓN ÓPTICA (ICP-OES)
Figura 4. Zinc en muestras de tejido vegetal
Figura 5. Cobre en muestras de tejido vegetal
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La concentración de cobre determi-
nada por AA e ICP, en las muestras de
tejido vegetal de rosas es mayor com-
parada con los valores obtenidos en
las muestras de banano y palma. Los
valores obtenidos mediante AA, en
todos los tejidos analizados, son más
altos que los obtenidos por ICP-OES
y al comparar los valores obtenidos
en un mismo tejido vegetal por las
dos técnicas se observa una diferen-
cia que va desde 1,86 a 5,24 veces
más alta en AA que en ICP-OES,
como sucede en las muestras de ba-
nano, por lo tanto hay una diferencia
significativa entre las técnicas em -
plea das.
Hierro
La Figura 6, corresponde a las con-
centraciones de hierro en los tejidos
vegetales analizados.
42
infoANALÍTICA
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Figura 6. Hierro en muestras de tejido vegetal
Luego de determinar la concentra-
ción de hierro en las muestras de te-
jido foliar, se determinó que existen
diferencias altamente significativas
entre las técnicas utilizadas en el pre-
sente estudio, los valores obtenidos
por AA son más altos que los obteni-
dos por ICP-OES.
Manganeso
En la Figura 7 se presentan las con-
centraciones de manganeso en los te-
jidos vegetales de banano, palma y
rosas, analizados por AA e ICP-OES.
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Mediante análisis estadístico se deter-
minó que hay diferencias altamente
sig nificativas entre las técnicas utiliza-
das para la determinación de mangane -
so en tejido vegetal y mayor concentra-
ción de manganeso se obtiene por AA.
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EN TEJIDOS VEGETALES DE BANANO, PALMA Y ROSAS, POR ESPECTROSCOPÍA DE EMISIÓN
POR ACOPLAMIENTO DE PLASMA INDUCTIVO Y DETECCIÓN ÓPTICA (ICP-OES)
Figura 7. Manganeso en muestras de tejido vegetal
DISCUSIÓN
Los resultados de este trabajo de in-
vestigación demuestran que el pota-
sio es el macronutriente presente en
mayor cantidad en las muestras de te-
jido foliar de banano, seguido del
calcio y magnesio, Castillo et.al.
(2011) obtuvieron resultados simila-
res al extraer macronutrientes en ba-
nano Dominico, el orden de acu mu-
lación en el seudotallo del banano
fue: potasio, calcio, nitrógeno y mag-
nesio; es de esperar por lo tanto, que
el tejido del banano extrae del suelo
la mayor cantidad de potasio que el
de la palma y las rosas y que este ele-
mento se debe reponer mediante fer-
tilización del suelo de cultivo.
La valores obtenidos al analizar pota-
sio en las muestras de tejido foliar de
banano, no presentan una diferencia
significativa, por lo tanto, la técnica
ICP-OES, puede ser una alternativa
para la determinación de este analito
en tejido de banano, palma y rosas.
Sadzawka et al. (2007), también ha
reportado la determinación de fós-
foro, potasio, calcio y magnesio en
tejido vegetal, en un espectrofotóme-
tro de emisión de plasma por induc-
ción acoplada Varian.
En la determinación de los macronu-
trientes; potasio, calcio y magnesio,
mediante las técnicas empleadas en
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este estudio, las concentraciones más
altas se obtienen en el análisis de po-
tasio y magnesio mediante ICP-OES,
estos valores se justifican debido a las
altas temperaturas que alcanza el
plasma, por lo cual se eliminan las
interferencias químicas que suelen
presentarse en absorción atómica.
En el caso de los micronutrientes, a
partir del análisis estadístico se de-
duce que no hay diferencias signifi-
cativas en las determinaciones de los
diferentes tejidos vegetales, mediante
las técnicas empleadas en la investi-
gación.
En la digestión ácida se obtuvo una
disolución clara, pero no incolora,
debido a la permanencia de óxidos
de nitrógeno en la disolución. En al-
gunos casos se observó la presencia
de sílice como un sólido amorfo. Sin
embargo, no presentaron interferen-
cias ya que las muestras fueron ato-
mizadas efectivamente en el ICP
debido a la alta temperatura gene-
rada por el plasma.
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infoANALÍTICA
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CONCLUSIONES
Se desarrolló un método analítico
que permite utilizar la técnica ICP-
OES para el análisis multielemental
simultáneo de macro y micronutrien-
tes en tejidos foliares de banano,
palma y rosas.
Pese a que existió variabilidad en los
resultados, las metodologías cumplen
de manera general con el criterio es-
tablecido, a excepción del análisis de
micro-nutrientes en palma, ya que al
ser esta una planta oleaginosa, presen-
ta una reacción violenta al momento
de la digestión ácida, por lo que se pue-
de perder o contaminar la muestra.
Al realizar el análisis de varianza de
las concentraciones de macro y mi-
cronutrientes en tejidos vegetales de
banano, palma y rosas, se concluyó
que existen diferencias estadísticas
entre las técnicas de AA e ICP-OES,
por lo cual se debería realizar un es-
tudio para determinar cuál técnica es
la más adecuada para el análisis fo-
liar.
La lectura de micronutrientes se rea-
lizó con el plasma en posición axial,
ya que permite obtener mayor sensi-
bilidad y una mejor detección de los
analitos a bajas temperaturas.
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