S4-FMCT03

VALIDACIÓN DE UN MÉTODO ANALÍTICO PARA LA CUANTIFICACIÓN DE CADMIO,
MERCURIO Y ARSÉNICO UTILIZANDO SUELO CONTAMINADO
M. A. Dávalos Rivera, M. G. Jaime Novella, M. L. Medina Llamas,
J. Núñez Monreal, J. Ramírez-Ortiz
Unidad Académica de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Zacatecas,
carr. Cd. Cuauhtémoc Km 0.5 Guadalupe, Zac. 98600. [email protected].
RESUMEN
El objetivo de este trabajo fue la de validar un método analítico para la cuantificación de cadmio, mercurio y
arsénico en suelo de cultivo contaminado con éstos metales utilizando un espectrómetro de emisión de plasma
inductivamente acoplado ICP-OES y encontrar las condiciones óptimas de trabajo para asegurar que los
resultados obtenidos sean confiables. El cadmio, mercurio y arsénico son unos de los metales más tóxicos
asociados a la contaminación ambiental debido a: i) efectos adversos al hombre y al medio ambiente, ii)
bioacumulación, iii) persistencia en el medio ambiente y iv) viaja grandes distancias con el viento y el agua1.
Para hacer la validación se siguió el método 200.7 de la EPA2, las muestras de suelo se recolectaron y
clasificaron por tamaño de partícula, se tomaron 0.2500g y l0 mL de HNO 3 concentrado para hacer la
digestión de las mismas en un horno de microondas a 1000 W. El contenido de cadmio, mercurio y arsénico
en el suelo se determinó en un ICP-OES. Los estándares fueron los siguientes: Cd, 0.1, 0.3 y 0.5 ppm. Hg, 30,
50 y 80, As, 20, 50, 100 ppb respectivamente. Se prepararon además otras soluciones para determinar % de
recobro.
I. INTRODUCCIÓN
La contaminación del medio ambiente por metales pesados tóxicos debido a las actividades antropogénicas es
uno de los mayores problemas globales de salud pública. El suelo es la capa de tierra con espesor de alrededor
de 25-30 cm que produce alimentos y otras materias primas para los humanos. La minería, la fundición y la
quema de combustibles fósiles son las mayores fuentes de contaminación del suelo. Otras fuentes de metales
pesados en suelo incluyen la deposición de metales desde la atmósfera como resultado de la emisión gaseosa
de combustibles y de termoeléctricas que queman carbón mineral 3, emisiones de automóviles y emisiones
industriales, algunos fertilizantes también contienen metales como cadmio sobre todo los fertilizantes
fosfatados. En un suelo contaminado los metales pesados tienden a adsorberse principalmente en la fracción
fina del mismo debido a la gran área superficial. El cadmio, mercurio y arsénico son unos de los metales más
tóxicos asociados a la contaminación ambiental debido a: i) efectos adversos al hombre y al medio ambiente,
ii) bioacumulación, iii) persistencia en el medio ambiente y iv) viaja grandes distancias con el viento y el
agua1. De estos el cadmio es de interés particular debido a su forma disponible (intercambiable) alta
proporción en el suelo y su posible acumulación a potenciales niveles peligrosos en la cadena alimenticia.
Además el cadmio es bastante móvil lo cual no solo puede resultar disponible a las plantas sino la potencial
contaminación del agua superficial y subterránea especialmente en suelos arenosos. Se hace necesario
conocer los metales pesados en el suelo debido a su toxicología en los ecosistemas. Hasta hace poco tiempo se
creía que al suelo no le ocurría nada y paso a paso se fue convirtiendo en tiradero de desechos de todo tipo,
tanto desechos de animales como metales derivados de la explotación minera 4, hasta que se tomo conciencia
de que el suelo es un gran sistema complejo de vida. La validación de un método es de aplicación a todos los
métodos analíticos de desarrollo interno del laboratorio y a los métodos normalizados a los que se haya
incorporado alguna modificación o mejora, a lo largo de las etapas del proceso de ensayo. En este trabajo se
valido un método analítico para la cuantificación de cadmio, mercurio y arsénico en suelo de cultivo
contaminado con estos metales, lo que permitirá estimar su potencial toxicológico.
II. PARTE EXPERIMENTAL
La muestra de suelo fue proporcionada por la compañía beneficiadora Jales del Centro S. A. de C. V. de la
cual se obtuvo la muestra para el análisis una vez que se llevo a cabo el método de cuarteo para
homogenizarla, el análisis no se lleva a cabo en la muestra total del suelo sino que es necesario separar las
fracciones por tamaño, debido a que la mayor concentración de los metales pesados se encuentran en la
fracción fina del suelo, para este propósito se utilizó un tamizador con los siguientes números de malla: 35,
50, 120 y 200, se tomo como base 1 kg de suelo seco que se coloco en el tamiz de malla de número menor y
se mantiene tamizando hasta que el peso por tamiz no cambia. Una vez obtenidas las fracciones se tomó 0.25
g de cada fracción y 10 mL HNO3 65% libre de mercurio (Fluka) para hacer la digestión de las mismas en un
horno de microondas marca Milestone modelo Ethos Plusa por 10 min a 1000 W. La solución resultante se
centrifugo y el sobrenadante se diluyó a 50 mL con una solución de HNO 3 al 1% en agua desionizada, se
tomó una alícuota de 5 mL y se aforó a 100 mL con agua desionizada y estas se hicieron por triplicado. Para
preparar los estándares se utilizó una solución stock para mercurio de 1000 ppm marca Perkin Elmer y para
cadmio y arsénico de 1010 y 982 ppm respectivamente marca Aldrich. Los estándares fueron los siguientes:
Cd, 0.1, 0.3 y 0.5 ppm. Hg, 30, 50 y 80, As, 20, 50, 100 ppb respectivamente. Para los cálculos estadísticos se
utilizo el texto estadística para química analítica5. El % de recobro se determino preparando una solución
estándar de concentración conocida a la cual se le realizo el mismo procedimiento que a las muestras. El
contenido de cadmio, mercurio y arsénico en el suelo se determinó en un espectrómetro de emisión de plasma
inductivamente acoplado ICP-OES marca Perkin Elemer modelo Optima 2000.
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
INTENSIDAD NETA
En al figura 1 se presenta una grafica donde se muestra la curva de calibración para cadmio, los resultados
obtenidos de la curva nos muestran una regresión lineal de uno. Se preparó una nueva curva de calibración
con un límite máximo de 10 ppm conservando una regresión lineal de 0.999.
60000
y = 97647x + 114.18
50000
R2 = 1
40000
30000
20000
10000
0
0
0.2
0.4
CONCENTRACIÓN ppm
Fig. 1 Curva de calibración de cadmio
0.6
Fig. 2. Grafica de límite de confianza de cadmio utilizando una curva de regresión no ponderada
La figura 2 muestra el límite de confianza del 95% utilizando una curva de regresión no ponderada,
observando los datos de la tabla 1 muestra que el intervalo máximo y mínimo son tan pequeños con respecto a
la curva de calibración que gráficamente la diferencia es imperceptible. En la tabla 2 se compendian los
resultados del proceso de validación para cadmio.
Tabla 1. Valores tabulados del grafico del limite de confianza de cadmio
CONCENTRACIÓN ppm (+)
(-)
0.1 0.10171304 0.09828696
0.3 0.30127752 0.29872248
0.5 0.50170602 0.49829398
Tabla 2. Resultados de la validación para cadmio
Parámetro
Magnitud
% de recobro
88
Desviación estándar relativa
2.29 %
Límite de detección
0.0002 ppm
Límite de cuantificación
0.0009ppm
Especificidad
Longitud de Onda Característica 228.8 Å
La figura 3 muestra la curva de calibración para mercurio teniendo un comportamiento lineal aceptable, se
observo que a concentraciones mayores a 80 ppb se pierde la repuesta lineal. Se aclara que tanto mercurio
como arsénico fueron determinados utilizando un generador de hidruros con solución de NaBH 4 y en la tabla
3 se compendian los resultados para el proceso de validación de mercurio.
Fig. 3. Curva de calibración para mercurio
Tabla 3. Resultados de la validación para mercurio.
Parámetro
% de recobro
Desviación estándar relativa
Límite de detección
Límite de cuantificación
Especificidad
Magnitud
80
5.4 %
1.66 ppb
5.52 ppb
Longitud de Onda Característica 194.168 Å
En la figura 4 se muestra la curva de calibración para arsénico teniendo una regresión lineal de 0.999 hasta
una concentración de 100 ppb, arriba de esta concentración el sistema se saturó perdiendo su respuesta lineal.
En la figura 5 se muestra el grafico de limite de confianza para arsénico mostrando valores máximos y
mínimos cercanos a la curva de calibración y en la tabla 4 se compendian los resultados obtenidos del proceso
de validación para arsénico.
Fig.4. Curva de calibración para arsénico
Fig. 5. Grafica de límite de confianza de arsénico utilizando una curva de regresión no ponderada
Tabla 4. Resultados para la validación de arsénico
Parámetro
% de recobro
Desviación estándar relativa
Límite de detección
Límite de cuantificación
Especificidad
Magnitud
90%
0.96
8.209 ppb
27.364 ppb
Longitud de Onda 193.696 Å
AGRADECIMIENTOS
Los autores J. Núñez-Monreal y J. Ramírez-Ortiz desean agradecer al Fondo Mixto CONACYT-Gobierno del
Estado de Zacatecas, Proyectos: ZAC-2003-C01-0015 y ZAC-2004-C01-0027. Compañía Beneficiadora Jales
del Centro S.A. de C. V
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