PROGRAMA OFICIAL DE POSGRADO EN INGENIERÍA DEL AGUA Y DEL

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1 PROGRAMA OFICIAL DE POSGRADO EN INGENIERÍA DEL AGUA Y DEL TERRENO MÓDULO I.-INSTRUMENTACIÓN Y MÉTODOS DE ANÁLISIS QUÍMICO La Digestión como Método Químico de Extracción de Metales Pesados Ponente: Ángel Faz Cano Grupo de investigación: Gestión, Aprovechamiento y Recuperación de Suelos y Aguas UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA

2 Introducción - La determinación de las concentraciones de metales pesados en suelos es importante para dar respuesta a cuestiones de muy diferente índole: proporciona un conocimiento básico de los componentes del suelo con respecto a los cambios producidos en su evolución informa de episodios de contaminación que se hayan producido tanto en el presente como en épocas pasadas está estrechamente relacionado con el consumo de los mismos por las plantas, y por lo tanto, su entrada en la cadena trófica

3 Introducción - En los procedimientos de extracción de metales pesados hay que hacer una distinción entre los métodos de análisis pseudo-total y total. Los métodos de análisis pseudo-total (casi -total) son aquellos que utilizan para la disolución y extracción de los elementos algunos ácidos no demasiado d fuertes, como por ejemplo, HCl, HNO 3, HClO 4, de manera que sólamente los metales pesados retenidos en las fracciones de suelo más lábiles como la materia orgánica o carbonatos serán liberados pasando a la solución extractante. -Sin embargo, los métodos de análisis total de metales pesados emplean el HF combinado con alguno de los ácidos anteriores, incluso con H 2 O 2, consiguiendo la disolución total de la muestra de suelo, puesto que permite la liberación de los metales pesados adsorbidos fuertemente en la red cristalina de los minerales.

4 Objetivos La finalidad de la utilización de estos procedimientos químicos es la disolución ió yextracción de metales pesados retenidos en las diferentes fases que constituyen el suelo.

5 Diferentes Métodos de Extracción de Metales A. Método de análisis pseudo-total de metales pesados: -Digestión en bloque metálico utilizando una mezcla de HNO 3 y HClO 4 B. Método de análisis total de metales pesados: -Digestión en microondas utilizando una mezcla de HF y HCl -Fusión alcalina mediante el empleo de lamufla

6 Digestión en bloque metálico utilizando una mezcla de HNO 3 y HClO 4 Este método de análisis pseudo-total de metales pesados se basa en una digestión fuertemente t ácida utilizando una mezcla al 50% en volumen de HNO 3 (65%) y HClO 4 (69%) en bloque digestor. Elprocedimiento es el siguiente: - 1. La muestra de suelo (1 g) es introducida en un tubo kjheldal l y se anaden 20 ml de la mezcla de ácidos anteriores - 2. Las muestras se calientan a 210 ºC en el bloque digestor durante 90 minutos - 3. Finalmente, las muestras son filtradas y enrasadas a un matraz de 100 ml (Risser y Baker, 1990)

7 Digestión en bloque metálico utilizando una mezcla de HNO 3 y HClO 4 -Ventajas del método: A.- Los ácidos empleados son bastante efectivos para disolver los metales pesados no unidos a las fases silicatadas -Inconvenientes del método: A.- Estos ácidos no disuelven los silicatos o la sílice completamente B. - La digestión con ac. HClO 4, normalmente en combinación con el ac. HNO 3, conlleva el peligro de explosión que puede desencadenar las muestras con elevado contenido en materia orgánica

8 Digestión en microondas utilizando una mezcla de HF y HCl Este método de extracción de metales pesados es el método establecido por la Environmental Protección Agency para muestras de suelo ricas en sílice y materia orgánica (método EPA 3052). El procedimiento es el siguiente: -1. La muestra de suelo (0,3 g) es adicionada en un vaso de teflón con 3 ml de HF (40%) y 9 ml de HNO 3 (65%) -2. Las muestras se introducen en el horno microondas y son sometidas al siguiente programa: 1ª etapa.- 5 minutos ºC y 700 W; 2ª etapa.- 10 minutos 180 ºC y 700 W - 3. Finalmente, las muestras son filtradas y enrasadas a un matraz de 50 ml con ac. bórico

9 Digestión en microondas utilizando una -Ventajas del método: mezcla de HF y HCl A.- La muestra está sometida a una menor contaminación en el laboratorio B.- Se disminuye el proceso de volatilización de ciertos metales como el As, Cd, Pb, Sb, Se y Tl (Bettinelli et al., 1989) C.- La utilización ió del HF permite liberar completamente t los elementos traza incluidos en la fase de los aluminosilicatos (Sánchez et al., 1998) -Inconvenientes del método: A.- El uso de HF conlleva a tareas de trabajo más largas, tediosas y peligrosas, y su utilización ió no es recomendable para análisis rutinarios

10 Fusión alcalina mediante el empleo de la mufla Et Estemétodo consiste it en la fusión de lamuestra utilizando como fundente una mezcla de metaborato de litio, usando la mufla a 1000ºC. El procedimiento es el siguiente: -1. La muestra de suelo (0,1 g) es adicionada con el fundente (CO 3Li+BO 3H 3 3) en un crisol de platino. -2. La mezcla anterior se funde sobre la llama de un mechero hasta que adquiera un color acaramelado La muestra resultante se calienta posteriormente en la mufla a 1000ºC durante 20 minutos. -4. Finalmente, las muestras son diluidas con ClH (1:1) 1) yseagitan hasta su totalt disolución, ió para poder ser aforadas en un matraz de 50 ml

11 Fusión alcalina mediante el empleo de la mufla -Ventajas del método: A.- Esta técnica es más rápida que el ataque ácido, disuelve la mayoría de los minerales minoritarios B.- Proporciona una solución clara, lista para su medida -Inconvenientes del método: A.- La soluciones resultantes presentan un elevado contenido de sales que puede influir en los límites de detección

12 Comparación de los Métodos de Extracción de Metales Pesados g ) ión (mg/kg Cu o ncentraci de C o Mufla Microondas Bloque digestor HA A- HC C- HA A- HA A- HA A- HA A- HA A- HA A- HA/R R- DAC DAC LAM1 LAM2 LAM3 AND BAS LAM4 LAM4 C oncentrac ción (mg/kg g ) d ecr Mufla M icroondas Bloque digestor HA- HC- HA- HA- HA- HA- HA- HA- HA/R- DAC DAC LAM1 LAM2 LAM3 AND BAS LAM4 LAM4 ión (mg/kg ) Zn Concentrac de Mufla Microondas Bloque digestor H A- H C- H A- H A- H A- H A- H A- H A- H A/ R- DAC DAC LAM1 LAM2 LAM3 AND BAS LAM4 LAM4 Concentr ración (mg/ kg) d e Pb Mufla M icroondas Bloque digestor H A- H C- H A- H A- H A- H A- H A- H A- H A/ R- DAC DAC LAM1 LAM2 LAM3 AND BAS LAM4 LAM4 Como era esperar, se extrajeron menores concentraciones de metales pesados con el método del bloque digestor. En general, los contenidos obtenidos de Pb y Cu fueron mayores con el método del microondas, mientras que las concentraciones de Cr y Zn resultaron ser mayores cuando se utilizó el método de la mufla.