PROGRAMA OFICIAL DE POSGRADO EN INGENIERÍA DEL AGUA Y DEL

TERRENOTERRENO•MÓDULO I.-INSTRUMENTACIÓN Y MÉTODOS DE

ANÁLISIS QUÍMICO

La Digestión como Método Químico de ANÁLISIS QUÍMICO

gExtracción de Metales Pesados

••Ponente: Ángel Faz CanoPonente: Ángel Faz Cano•Grupo de investigación: Gestión, Aprovechamiento y Recuperación de Suelos y Aguas

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENAUNIVERSIDAD 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: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 evoluciónp pinforma de episodios de contaminación que se hayan producido tanto en el presente como en épocas pasadasestá 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 haceruna distinción entre los métodos de análisis pseudo-total y total.Los métodos de análisis pseudo-total (casi -total) son aquellos que utilizanpara la disolución y extracción de los elementos algunos ácidos nod i d f j l HCl HNO HClO ddemasiado fuertes, como por ejemplo, HCl, HNO3, HClO4, de manera quesólamente los metales pesados retenidos en las fracciones de suelo máslábiles como la materia orgánica o carbonatos serán liberados pasando alábiles como la materia orgánica o carbonatos serán liberados pasando ala solución extractante.

-Sin embargo los métodos deSin embargo, los métodos deanálisis total de metales pesadosemplean el HF combinado conalguno de los ácidos anteriores,incluso con H2O2, consiguiendo ladisolución total de la muestra dedisolución total de la muestra desuelo, puesto que permite laliberación de los metales pesadosliberación de los metales pesadosadsorbidos fuertemente en la redcristalina de los minerales.

ObjetivosLa finalidad de la utilización de estos procedimientos

í i l di l ió t ió d t l d

j

químicos es la disolución y extracción de metales pesadosretenidos en las diferentes fases que constituyen el suelo.

Diferentes Métodos de Extracción de Metales

A. Método de análisis pseudo-totalde metales pesados:de metales pesados:-Digestión en bloque metálicoutilizando una mezcla deutilizando una mezcla deHNO3 y HClO4

B. Método de análisis total demetales pesados:-Digestión en microondasutilizando una mezcla de HF yHClHCl-Fusión alcalina mediante el

l d l flempleo de la mufla

Digestión en bloque metálico utilizando una mezcla de HNO3 y HClO4

Este método de análisis pseudo-total demetales pesados se basa en una digestiónf t t á id tili d l lfuertemente ácida utilizando una mezcla al50% en volumen de HNO3 (65%) y HClO4(69%) en bloque digestor. El procedimiento( ) q g pes el siguiente:- 1. La muestra de suelo (1 g) es introducida

t b kjh ld l d 20 L d len un tubo kjheldal y se anaden 20 mL de lamezcla de ácidos anteriores

- 2. Las muestras se calientan a 210 ºC enel bloque digestor durante 90 minutos

- 3. Finalmente, las muestras son filtradas yenrasadas a un matraz de 100 mL (Risser yenrasadas a un matraz de 100 mL (Risser yBaker, 1990)

Digestión en bloque metálico utilizando una mezcla de HNO3 y HClO4

-Ventajas del método:A.- Los ácidos empleados son bastante efectivos parap pdisolver los metales pesados no unidos a las fases silicatadas

-Inconvenientes del método:A Estos ácidos no disuelven los silicatos o la síliceA.- Estos ácidos no disuelven los silicatos o la sílicecompletamenteB - La digestión con ac HClO4 normalmente enB. La digestión con ac. HClO4, normalmente encombinación con el ac. HNO3, conlleva el peligro deexplosión que puede desencadenar las muestras conelevado contenido en materia orgánica

Digestión en microondas utilizando una mezcla de HF y HCl

Este método de extracción de metales pesados esel método establecido por la Environmentalel método establecido por la EnvironmentalProtección Agency para muestras de suelo ricasen sílice y materia orgánica (método EPA 3052).El procedimiento es el siguiente:El procedimiento es el siguiente:-1. La muestra de suelo (0,3 g) es adicionada enun vaso de teflón con 3 mL de HF (40%) y 9 mLde HNO3 (65%)

-2 Las muestras se introducen en el horno2. Las muestras se introducen en el hornomicroondas y son sometidas al siguienteprograma: 1ª etapa.- 5 minutos 0-180 ºC y 700W; 2ª etapa - 10 minutos 180 ºC y 700 WW; 2 etapa.- 10 minutos 180 C y 700 W

- 3. Finalmente, las muestras son filtradas yenrasadas a un matraz de 50 mL con ac. bórico

Digestión en microondas utilizando una mezcla de HF y HClmezcla de HF y HCl

-Ventajas del método:jA.- La muestra está sometida a una menor contaminación en ellaboratorioB.- Se disminuye el proceso de volatilización de ciertos metales comoel As, Cd, Pb, Sb, Se y Tl (Bettinelli et al., 1989)C L tili ió d l HF it lib l t t l l tC.- La utilización del HF permite liberar completamente los elementostraza incluidos en la fase de los aluminosilicatos (Sánchez et al., 1998)

-Inconvenientes del método:A.- El uso de HF conlleva a tareas detrabajo más largas, tediosas y

li tili iópeligrosas, y su utilización no esrecomendable para análisis rutinarios

Fusión alcalina mediante el empleo de la mufla

E t ét d i t l f ió d l tEste método consiste en la fusión de la muestrautilizando como fundente una mezcla demetaborato de litio, usando la mufla a 1000ºC. Elprocedimiento es el siguiente:-1. La muestra de suelo (0,1 g) es adicionada conel fundente (CO3Li+BO3H3) en un crisol de platino.( 3 3 3) p

-2. La mezcla anterior se funde sobre la llama deun mechero hasta que adquiera un colorun mechero hasta que adquiera un coloracaramelado.

- 3. La muestra resultante se calientaposteriormente en la mufla a 1000ºC durante 20minutos.utos

-4. Finalmente, las muestras son diluidas con ClH(1 1) it h t t t l di l ió(1:1) y se agitan hasta su total disolución, parapoder 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 disuelve laA.- Esta técnica es más rápida que el ataque ácido, disuelve la mayoría de los minerales minoritariosB.- 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 PesadosMetales Pesados

7080

g) M ufla 900

g) M ufla

M icroondas

3040506070

ión

(mg/

kgC

u

M icroondasBloque digestor

450

600

750

ción

(mg/

kgeC

r

M icroondasBloque digestor

0102030

H A H C H A H A H A H A H A H A H A/ Ronce

ntra

cide

0

150

300

H A- H C- H A- H A- H A- H A- H A- H A- H A/ R-Con

cent

rac de

H A-DAC

H C-DAC

H A-LAM1

H A-LAM2

H A-LAM3

H A-AND

H A-BAS

H A-LAM4

H A/ R-LAM4C

o H A-DAC

H C-DAC

H A-LAM1

H A-LAM2

H A-LAM3

H A-AND

H A-BAS

H A-LAM4

H A/ R-LAM4

C

800900

kg) M ufla

M icroondas175

200

) M ufla

300400500600700

raci

ón (m

g/de

Pb

M icroondasBloque digestor

75

100

125

150

ión

(mg/

kgZn

M uflaM icroondasBloque digestor

0100200300

H A- H C- H A- H A- H A- H A- H A- H A- H A/ R-Con

cent

r d0

25

50

H A- H C- H A- H A- H A- H A- H A- H A- H A/ R-

Con

cent

rac de

DAC DAC LAM1 LAM2 LAM3 AND BAS LAM4 LAM4DAC DAC LAM1 LAM2 LAM3 AND BAS LAM4 LAM4C

Como era esperar, se extrajeron menores concentraciones de metales pesados conel método del bloque digestor En general los contenidos obtenidos de Pb y Cuel método del bloque digestor. En general, los contenidos obtenidos de Pb y Cufueron mayores con el método del microondas, mientras que las concentraciones deCr y Zn resultaron ser mayores cuando se utilizó el método de la mufla.