programa oficial de posgrado en ingeniería del agua y del terreno

PROGRAMA OFICIAL DE POSGRADO
EN INGENIERÍA DEL AGUA Y DEL
TERRENO
•MÓDULO I.-INSTRUMENTACIÓN Y MÉTODOS DE
ANÁLISIS QUÍMICO
La Digestión
g
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
Introducción
-
La determinación de las concentraciones de metales pesados en suelos
es importante para dar respuesta a cuestiones de muy diferente índole:
¾ proporciona un conocimiento básico de los componentes del suelo
con respecto
p
a los cambios p
producidos en su evolución
¾ informa de episodios de contaminación que se hayan producido
tanto en el presente como en épocas pasadas
¾ está estrechamente relacionado con el consumo de los mismos por
las plantas, y por lo tanto, su entrada en la cadena trófica
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
d
demasiado
i d fuertes,
f
como por ejemplo,
j
l HCl,
HCl HNO3, HClO4, de
d 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
Sin embargo,
embargo los métodos de
análisis total de metales pesados
emplean el HF combinado con
alguno de los ácidos anteriores,
incluso con H2O2, 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.
Objetivos
j
La finalidad de la utilización de estos procedimientos
químicos
í i
es la
l disolución
di l ió y extracción
t
ió de
d metales
t l pesados
d
retenidos en las diferentes fases que constituyen el suelo.
Diferentes Métodos de Extracción de
Metales
A. Método de análisis pseudo-total
de metales pesados:
-Digestión en bloque metálico
utilizando una
mezcla de
HNO3 y HClO4
B. Método de análisis total de
metales pesados:
-Digestión
en
microondas
utilizando una mezcla de HF y
HCl
-Fusión alcalina mediante el
empleo
l de
d la
l mufla
fl
Digestión en bloque metálico utilizando una
mezcla de HNO3 y HClO4
Este método de análisis pseudo-total de
metales pesados se basa en una digestión
f t
fuertemente
t ácida
á id utilizando
tili
d una mezcla
l all
50% en volumen de HNO3 (65%) y HClO4
((69%)) en bloque
q digestor.
g
El p
procedimiento
es el siguiente:
- 1. La muestra de suelo (1 g) es introducida
en un tubo
t b kjheldal
kjh ld l y se anaden
d 20 mL
L de
d la
l
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)
Digestión en bloque metálico utilizando una
mezcla de HNO3 y HClO4
-Ventajas del método:
A.- Los ácidos empleados
p
son bastante efectivos p
para
disolver los metales pesados no unidos a las fases silicatadas
-Inconvenientes del método:
A.- Estos ácidos no disuelven los silicatos o la sílice
A
completamente
B - La digestión con ac.
B.
ac HClO4, normalmente en
combinación con el ac. HNO3, conlleva el peligro de
explosión que puede desencadenar las muestras con
elevado contenido en materia orgánica
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 HNO3 (65%)
2. Las muestras se introducen en el horno
-2
microondas y son sometidas al siguiente
programa: 1ª etapa.- 5 minutosÆ0-180 ºC y 700
W; 2
2ª etapa.etapa - 10 minutos Æ 180 ºC
C y 700 W
- 3. Finalmente, las muestras son filtradas y
enrasadas a un matraz de 50 mL con ac. bórico
Digestión en microondas utilizando una
mezcla de HF y HCl
-Ventajas
j del método:
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
C.L utilización
tili
ió del
d l HF permite
it liberar
lib
completamente
l t
t los
l elementos
l
t
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,
li
y su utilización
tili
ió
no es
recomendable para análisis rutinarios
Fusión alcalina mediante el empleo de
la mufla
Este
E
t método
ét d consiste
i t en la
l fusión
f ió de
d la
l muestra
t
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 ((CO3Li+BO3H3) en un crisol de p
platino.
-2. La mezcla anterior se funde sobre la llama de
un mechero hasta que adquiera un color
acaramelado.
- 3.
La
muestra
resultante
se
calienta
posteriormente en la mufla a 1000ºC durante 20
utos
minutos.
-4. Finalmente, las muestras son diluidas con ClH
(1 1) y se agitan
(1:1)
it
h t su total
hasta
t t l disolución,
di l ió para
poder ser aforadas en un matraz de 50 mL
Fusión alcalina mediante el empleo de
la mufla
-Ventajas del método:
A Esta técnica es más rápida que el ataque ácido,
A.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
Comparación de los Métodos de Extracción de
Metales Pesados
M ufla
M icroondas
Bloque digestor
70
60
50
40
30
20
10
0
HA
A-
HC
C-
DAC
DAC
HA
ALAM1
HA
ALAM2
HA
ALAM3
HA
AAND
HA
ABAS
HA
ALAM4
H A/ R
R-
C o n cen trració n (m g /kg )
d e Pb
Concentración (mg/kg)
C
de Zn
M ufla
M icro o ndas
B lo que digesto r
150
125
100
75
50
25
0
H ADAC
H CDAC
H ALAM1
H ALAM2
H ALAM3
H AAND
H ABAS
H ALAM4
H A/ RLAM4
M ufla
M icroondas
Bloque digestor
750
600
450
300
150
0
LAM4
200
175
900
C o n cen tracció n (m g /kg
g)
d eeC r
C o n c e n t ra c iió n ( m g /k g )
de Cu
80
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
900
800
M ufla
M icroondas
Bloque digestor
700
600
500
400
300
200
100
0
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.
digestor En general,
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.