Metodos de Analisis de Contaminantes

Mtodos de anlisis de contaMinantes

Nelio R. Vettorazzi1, Mara A. Zon1, Patricia G. Molina1, Adrian M. Granero1, Fernado J. Arvalo1, Sebastin N. Robledo2, Paulo C. Daz

Toro1, Csar H. Daz Nieto1, Hctor Fernndez1*

1Departamento de Qumica. Facultad de Ciencias Exactas, Fsico-Qumicas y Naturales. 2Depar-tamento de Tecnologa Qumica, Facultad de Ingeniera. Universidad Nacional de Ro Cuarto. Agencia Postal N 3. (5800) RIO CUARTO, ARGENTINA.Telfono: +543584676440 Fax: +543584676233*e-mail: [email protected]

Mtodos de anlisis de contaminantes ambientales 3

introduccion

Los mtodos de anlisis de contaminantes del ambiente, requieren de la aplicacin conjunta de los principios de la Qumica Analtica y de la Qumica Ambiental, que juntas configuran la Qumica Analtica Ambiental (QAA).

La Qumica Analtica es una disciplina cientfica que desarrolla y aplica mtodos, instrumentos y estrategias para obtener informacin sobre la composicin y naturaleza de la materia en el espacio y el tiempo, qu y cunto hay, con qu exactitud, precisin, conveniencia o relacin costos/beneficio. Tambin informacin de estados de oxi-dacin, especiacin de los analitos, estructuras cristalinas, distribucin superficial y espacial de un analito, tiempos de vida de especies ines-tables, etc (Miltiades I. et al, 1993).

Con respecto a la Qumica Ambiental, J.G. Ibanez y cols. (J.G. Iba-nez et al, 2009), proponen que la Tierra equivale a un vaso de reac-cin (sistema cerrado), con reacciones qumicas, simples o comple-jas. Los tomos y molculas (reactivos) se transforman, intercambian energa (E), y se alcanzan equilibrios. Esos reactivos estn en algn compartimiento medio-ambiental AIRE, TIERRA o AGUA en distintos compuestos, estados fsicos, o en organismos vivos. Son naturales o antropognicos, sometidos a flujos multidireccionales, procesos de adsorcin, redox, cido-base, de complejos, fotofsicos, etc. Medio Ambiente: elementos abiticos (E solar, suelo, agua, aire), y biticos de la Biosfera, sustento y hogar de los seres vivos. La acabada com-prensin de todos estos fenmenos es la esencia de la Qumica Am-biental. Contaminacin: alteracin fisicoqumica del medio ambiente, por aumento o disminucin de un compuesto natural, introduccin

Nelio R. Vettorazzi, Mara A. Zon, Patricia G. Molina, Adrian M. Granero, Fernado J. Arvalo, 4 Sebastin N. Robledo, Paulo C. Daz Toro, Csar H. Daz Nieto, Hctor Fernndez

de sustancias, energas o ruidos antropognicos, que provocan modi-ficaciones peligrosas para los seres vivos, recursos naturales y ecosis-temas(Miltiades I. et al, 1993; J.G. Ibanez et al, 2009).

Qumica Analtica Ambiental Entonces la Qumica Analtica Ambiental aparece como una ciencia relativamente nueva, por yu-xtaposicin de ambas Qumicas, Analtica y Ambiental, pero con su propio perfil. La esencia de la QAA, es el anlisis fsico-qumico de los procesos antropognicos o naturales, en los distintos ecosistemas, con caracterizacin cuali-cuantitativa de las reservas naturales, y el monitoreo de su estado. Los perfiles del trabajo de un Qumico Anal-tico Ambiental (R. Reeve, 2002) pueden resumirse como:

1.- Estudio de los fenmenos fsico-qumicos o bioqumicos en la na-turaleza, compuestos participantes, funcin y la interrelacin entre los ciclos naturales del O3, N2, O2, H2, H2O, S, Ca, Na, P, K, etc, y el ambiente (produccin y descomposicin).

2.- Identificacin de un problema de contaminacin ambiental: fuen-tes, reacciones, transporte (tiempos de residencia), destino final (reservorios). Determinar la extensin del problema.

3.- Elegir los mtodos analticos ms aptos para el muestreo y la valo-racin de sus concentraciones en los distintos sitios.

4.- Control final para determinar si el problema est solucionado y/o controlado.

Pero qu particularidades tiene la Qumica Analtica Ambiental, posiblemente diferencias, con respecto a la Qumica Analtica? (Chun-long Zhang, 2012).


1.- Bajas concentraciones: ppm (10-6), ppb (10-9), ppt (10-12) e incluso ppq (10-15). Cun difcil es medir la cantidad 10-15 ?

Equivale a hallar una gota de agua en un cubo de 368 m de arista (Figura 1). Esto condiciona la eleccin del mtodo analtico.

Figura 1

Excepto para algunos parmetros convencionales, la mayora de los contaminantes estn presentes al nivel de trazas o ultra-trazas. Muchos contaminantes emergentes se hallan en algn reservorio en el nivel de ppt, y es probable que tambin en el nivel de ppq. Seme-jantes valores pequeos condicionan el instrumental y los lmites de deteccin del mtodo analtico, que se resumen en la tabla 1 (Daz de Santos, 1992):


Funciones lineales Medio analtico de aplicacin CriterioEscala

relativa

LDI Blancos y patrones en un solvente Seal > 3sb 1

LD Blancos y patrones en un solventeSeal/Ruido > 5 3s/m 2

LDM Blancos y patrones en la matriz. 3 s/m 4

LC Blancos y patrones en la matriz 10 s/m 10

LCP Blancos y patrones en la matriz 5 x LDM 20

Funciones sigmoideas

LDM Blancos y patrones en la matriz. 3,3[sY/(dY/dX)]

Tabla 1. LDI: lmite de deteccin instrumental. LD: lmite de deteccin. LDM: lmite de deteccin del mtodo. LC: lmite de cuantificacin. LCP: lmite de cuantificacin prctica, empleado en las pruebas in-

ter-laboratorios (control de calidad externo). sb : desviacin estndar del blanco. s/m: relacin desviacin estndar (ordenada regresin)/pendiente. sY : desviacin estndar de la seal. dY/dX : derivada de

curva de calibracin.

En el caso de una funcin curvilnea como la respuesta de un ELISA competitivo, se obtiene el LDM cuando el coeficiente de variacin es 30 % (Yuzuru Hayashi et al, 2005).


2.- Matrices complejas: aire, aguas, suelos, sedimentos, lodos, residuos, materiales biolgicos, aerosoles, etc.

La matriz compleja tiene al menos dos problemas, que impactan en la relacin costos/beneficio: la cantidad y naturaleza variada de interferentes, que necesariamente complejiza los mtodos analticos de separacin, y la dificultad de obtener la muestra representativa, cuyo promedio del analito, debe ser un estimador no desviado del verdadero valor. Estadsticamente, se logra una muestra representa-tiva si cada porcin tiene la misma chance de integrarla. Adems, la muestra debe proveer una estimacin no desviada de la varianza de la poblacin, lo que ocurre si cada muestra tiene la misma chance de ser elegida para el anlisis. En matrices complejas, la varianza entre las muestras suele ser mayor que la varianza dentro de las muestras, porque es probable que haya una desigual distribucin del analito en el material, y entonces se estratifica el universo con criterios no esta-dsticos. Esto ocurre con frecuencia en materiales slidos como suelos, sedimentos, donde la desigual distribucin del tamao y naturaleza de las partculas, ms las posibles variaciones espaciales y temporales de los analitos contaminantes, hacen impensable mtodos de adicin estndar o estndar interno en la muestra slida.

3.- Costos (C) elevados para el muestreo y los anlisis.

Considerando que el error (en unidades de desviacin estndar relativa, DER) en la obtencin de parmetros fsico-qumicos puede llegar a 25 %; en los biolgicos a 50 %, y que los errores de muestreo por variaciones naturales a 100-400 % (Mar, B. W et al, 1986), es comprensible la afirmacin de que la calidad de un anlisis empieza en la toma de muestra: el anlisis exacto de una muestra sesgada


proporciona inevitablemente un resultado sesgado (J. C. Miller, J. N. Miller, 2008). Por ejemplo (Zhang, J.; Zhang, C., 2012), por simu-laciones Monte Carlo se ha correlacionado el error total con el error analtico, y tambin con el error de muestreo, hallndose una fuerte correlacin en el ltimo caso (coeficiente de determinacin R2 = 0,97).

En cualquier programa de muestreo de contaminantes ambienta-les, antes de decidir el lugar, tiempo, frecuencia y nmero de muestras, hay que examinar las variaciones espaciales y/o temporales del analito y su comportamiento en el ambiente (Zhang, J.; Zhang, C., 2012).

Los procedimientos basados en el juicio experto y la experiencia, no parecen ser adecuados. Si bien reducen el nmero de muestras posibles, son desviados y no soportan inferencias estadsticas.

Existen procedimientos de muestreo, como estratificado-azar, sis-temtico o compuestos, que lamentablemente son sub-empleados. El muestreo estratificado en materiales slidos en partculas, ha permiti-do minimizar costos para una varianza s2 prefijada, o viceversa (H. A. Laitinen, W.E. Harris. , 1975), pero estn basados en una distribucin binomial de componentes estticos, y no se pueden aplicar para sus-tancias trazas, por sus concentraciones muy bajas y las variaciones espaciales y temporales.

El muestreo compuesto (las muestras son mezcladas para dar una concentracin promedio) es empleado para el estudio de reas o flu-jos heterogneos en espacio o tiempo.

El muestreo es una ciencia interdisciplinaria, que deber ser abor-dada por cientficos, tcnicos, y agencias de gobierno para su desa-rrollo pleno (Zhang, J.; Zhang, C., 2012). Por el momento, no existe un mtodo cientfico adecuado para distintos escenarios de muestreo en el ambiente.


4.- Monitoreos in situ y automatizacin.

Con muchos contaminantes atmosfricos, como los primarios: (NO; SO2; CO; CO2; combustin), (H2S; H3N; HCl; HF; industriales), (alifticos, aromticos, VOC o compuestos orgnicos voltiles: solven-tes y combustibles), PAH (hidrocarburos aromticos policclicos), dioxi-nas, etc.; o los secundarios (H2SO4; NO2; HNO3; O3; partculas PM, nieblas), se requiere su medicin en un lugar de modo automtico. La automatizacin disminuye el error, aumenta la precisin, baja los costos y brinda rapidez. Ejemplos de modos de monitoreo no-auto-mticos, pero con muestreos in situ son las determinaciones de las demandas qumica o bioqumica de O2 en efluentes de plantas de tratamiento o industriales (BOD-COD).

5.- Sujeta a Leyes y Regulaciones.

Las regulaciones determinan los protocolos de muestreo y tcnica analtica, instrumental, lmites de deteccin, de cuantificacin, rango de cuantificacin, etc. Por ejemplo en EEUU, Safe Drinking Water Act, National Pollutant Discharge Elimination System, National Ambient Air Quality Standards, Environmental Protection Agency. En Argenti-na hay 58 Leyes de Energa y Ambiente (1956-2004). En cambio, los Mtodos de consenso son sugeridos por institutos o agrupaciones cientficas como ASTM, NIOSHA, NIST, IRAM, etc.

6.- Responsabilidad social.

Aunque esta denominacin es propuesta para la Qumica Anal-tica (M. Valcrcel, R. Lucena, 2012), podemos extender el concepto a la QAA: si con la QA producimos informacin (bio) qumica para facilitar la resolucin de un problema real, el procedimiento analtico global deber tener un impacto mnimo en los operadores y el am-biente.


Anlisis de contaminantes ambientales

Dijimos que la contaminacin es la alteracin fsico-qumica del medio ambiente, por aumento o disminucin de un compuesto na-tural, o sustancias o energas que provocan modificaciones peligrosas para los seres vivos, recursos naturales y ecosistemas. Dado que los contaminantes son numerosos y variados segn el reservorio que se trate, es adecuado seguir sugerencias internacionales para hacer foco en aquellos de inters reciente. Por ejemplo, en la Conferencia Inter-nacional de la Qumica y el Ambiente de 2011, los temas centrales fueron (ICCE 2011):

1.- Qumica atmosfrica y aerosoles

2.- Agua potable: calidad y tratamiento

3.- Contaminacin de suelos y sedimentos

4.- Contaminantes emergentes

5.- Nano-materiales

6.- Procesos de transformacin

7.- Predicciones mediante modelos

8.- Efectos sobre organismos y ecosistemas

Puede apreciarse, que la extensin del temario habilitara para un texto especializado. Sin embargo, es posible comentar mtodos que puedan adaptarse a laboratorios de mediana complejidad. A conti-nuacin se comentan aspectos analticos de los tres primeros temas.

1.- Qumica atmosfrica y aerosoles

Dentro de los contaminantes primarios (N. Vettorazzi, 2013), el gas CO2 [350 ppm] es originado por combustiones, uso de combustibles,


respiracin de la biomasa y descomposicin de la materia orgnica (MO). Su eficiencia invernadero es 1 y el tiempo de residencia de unos 5 aos, pero se acumula en la atmsfera porque aumenta a razn de 3,3 GTn C/ao. El mtodo de anlisis de eleccin es la espectroscopa IR no dispersiva (NDIR), a 2350 cm-1 (estiramiento asimtrico de la molcula); LDM: 20-50 ppm. El mtodo electroqumico (EQ) poten-ciomtrico (EQp) Alphasense Ltd. de estado slido mide CO2 como un electrodo especfico, LDM: 170 ppm.

El gas CO [30-120 ppb], aparece por combustiones incompletas, volcanes, disociacin de los intermediarios de CO2 en smog, indus-trias, transformaciones fotoqumicas de H4C y otros VOCs. Compite con O2 de la hemoglobina en la sangre. Los mtodos de anlisis son NDIR (LDM < 10 ppb), EQ amperomtrico (EQa) (LDM < 5-20 ppb), GC-FID o cromatografa gaseosa con deteccin por ionizacin en llama (LDM 10 ppb), la generacin de mercurio vapor segn CO + HgO Hgvapor (LDM 20 ppb), TDLS (espectroscopa LASER de efecto tnel, LDM < 5 ppb), RF (fluorescencia de resonancia, 3 ppb).

NO [10 ppb; 200 ppb en smog] que proviene de la combus-tin de nitrgeno N2 (g) + O2 (g) 2 NO (g) a temperaturas altas, incendios, emisiones de automviles, plantas de potencia elctrica y relmpagos, causa irritacin ocular, nasal, dao foliar y muerte en las plantas. Es un radical que destruye la capa de O3. Justamente el m-todo de anlisis de eleccin se basa en la quimioluminescencia (QL) del proceso NO + O3 NO2 + O2 + hv (LDM 0,4 ppb). El mtodo EQa (celda de estado slido de 4 electrodos, Alphasense Ltd.) tiene un LDM < 5 ppb.

NO2 [1 ppb] es precursor del smog y lluvias cidas, con origen vinculado a NO, se fotodisocia en la tropsfera formando NO y O3 componentes del smog. A partir de VOCs (compuestos orgnicos voltiles) y NO2 se forma PAN (peroxiacetilnitrato) presente tambin en el smog. Con H2O (v) forma lluvia cida. Se analiza por QL previa


reduccin a NO catalizada en caliente, con un LDM = 0,4 ppb. La de-teccin EQa (Alphasense Ltd.) alcanza un LDM = 5 ppb. El mtodo Griess-Saltzman NO2/TEA/NO

-2/I.I. captura el gas de una muestra de

3 L de aire en trietanolamina. Nitrito se mide por intercambio ini-co, pero el LDM = 190 ppb. Ambos NO y NO2 tienen un tiempo de residencia en la atmsfera de 4 das. El smog fotoqumico es una niebla amarillo-castao que irrita el tracto respiratorio, reduce la visi-bilidad y aumenta la secrecin ocular. Color: NOx. Irritacin: O3, alde-hdos alifticos y nitratos orgnicos. Estas 4 condiciones favorecen su formacin: 1.- NOx, 2.- Hidrocarburos (HC), 3.- Luz solar, 4.- T > 18

oC.

N2O [500 ppb; tiempo de residencia 25 aos] de fuentes antropo-gnicas, cultivos, procesos bacterianos (secundario de la nitrificacin e intermediario en la desnitrificacin), ocanos, etc, con eficiencia in-vernadero 300, aumenta 0,25 %/ao, probablemente por las prc-ticas de fertilizacin. Destruye O3 atmosfrico N2O + h N2 + O; O + N2O 2 NO. Se mide por GC con deteccin de captura electrni-ca, con LDM = 50 ppb.

Con respecto a los compuestos orgnicos como H4C, no-metni-cos (NMOC) y VOCs, la Global Methane Initiative indica que en 2010, de las emisiones antropognicas mundiales de H4C, 50 % derivaron de la agricultura, minas de carbn, vertederos, sistemas de petrleo, gas natural y aguas de desecho. H4C tiene un efecto invernadero 21 veces mayor que CO2 proyectado a 100 aos.

Los VOCs tienen mltiples orgenes. Entre 60-140 MTn C/ao son antropognicos: procesos industriales, depsitos de combustibles, solventes y residuos. Adems, quema de combustibles, naftas, gas-oil, madera, carbn o gas natural. Tambin son liberados por productos para los hogares o lugares de trabajo, como pinturas, lacas, barnices, disolventes, adhesivos, colorantes, productos de limpieza, cosmti-cos, pesticidas, desinfectantes, materiales de construccin, copiado-ras, impresoras, correctores, marcadores, soluciones para fotografas,


productos farmacuticos, refrigerantes, etc. Por su parte 1150 MTn C/ao de VOCs son biognicos como la vegetacin que libera isoprenos, terpenos, metanol, 2-metil-3-buten-2-ol y linalool.

NOx y VOCs son removidos del aire por procesos fsicos hmedos o secos, o transformados por fotlisis y oxidacin por los radicales OH*, NO3*, y por O3.

Para anlisis de VOCs, el mtodo TO-14 (EPA, 1989), puede de-terminar 41 VOCs de puntos de ebullicin entre -20 y 215 oC. Rango de cuantificacin 0,2-20 ppb. Emplea enriquecimiento de las mues-tras (400 mL) a -160 oC en perlas de vidrio, desorcin trmica, GC/MS (espectroscopa de masas). LDM: 0,01-0,03 ppb. Se considera un mtodo de referencia. El mtodo TO-15 (EPA, 1999), detecta hasta 70 VOCs, incluidos alcoholes, cetonas y steres (polares), con tcnica de purga seca multi-absorbente. La cuestin es la rapidez que a veces se requiere para definir situaciones extremas. En este caso, los instru-mentos porttiles con deteccin de fotoionizacin (PID), o incluso de captura electrnica (ECD) son los indicados, pues tienen compensa-dores de temperatura y humedad incorporados, con LDM de 5 ppt en los ms sensibles.

El ozono [35-40 ppb, a nivel de tierra] en la tropsfera es un conta-minante vinculado al smog. Los compuestos precursores son princi-palmente xidos de nitrgeno (NOX) y VOCs. En la naturaleza, el suelo y las plantas tambin emiten NOX y VOCs (fuentes biognicas). El ra-dical HO* (0,01-1 ppt) principal oxidante atmosfrico durante el da, y el radical NO3*, oxidante nocturno, se forman principalmente por:


O3 + h (Sol) O + O2 ( < 310 nm)

O + O2 + M O3 + M

O + H2O HO*

N2 + O2 2 NO

NO + O3 NO2 + O2

NO + HO2 ( RO2) NO2 + OH ( OR)

NO2 + h NO + O ( < 400 nm)

O2 + O + M O3 + M

NO2 + O3 NO3* + O2

Tabla 2

Un 40 % del radical HO* reacciona con CO. Cerca de 30 % re-acciona con VOCs, 15 % con H4C y 15 % con O3, HO2* y H2. Algu-nos mecanismos complejos y reacciones globales que generan O3 se muestran en la tabla 3:

CO + HO* CO2 + H

H + O2 HO2

HO2 + NO NO2* + HO*

NO2* + O2 + h NO + O3

CO + 2 O2 + h CO2 + O3

CO + HO* CO2 + H

H + O2 HO2

HO2 + O3 HO+ + 2 O2

CO + O3 CO2 + O2


H4C + HO* H3C + H2O

H3C + O2 H3COO

H3COO + NO H3CO + NO2*

H3CO + O2 H2CO + HO2

HO2 + NO NO2 + HO*

2 NO2 + 2 O2 + h 2 NO + 2 O3

H4C + 4 O2 + h CH2O + H2O + 2 O3

H2CO + HO* H2O + HCO

HCO + O2 HO2 + CO

HO2 + NO NO2 + HO*

NO2 + O2 + h NO + O3

CH2O + 2 O2 + h CO + H2O + O3

Tabla 3

La concentracin nocturna del radical NO3* fue estimada (Swein Li et al, 2007) en 15 ppt. Durante la noche las emisiones de NO se restringen a zonas urbanas, y en ellas ocurre que NO3* + NO NO2 + NO2. Tambin NO3* se adiciona a los dobles enlaces de VOCs y terpe-nos, butenos o isoprenos biognicos (zonas rurales): >C=C< + NO3 >C(ONO2)C


cuantitativos de O3 son espectrofotomtricos, como la reaccin con ioduro y medicin de la absorcin del triyoduro a 352 nm (se debe evitar SO2 y NO2 en la muestra), o la medicin en continuo por absor-cin de luz UV a 254 nm emitida por una lmpara de Hg, con paso ptico de 70-100 cm. En este caso, el aire pasa por dos cmaras y en una de ellas se convierte catalticamente: as se resta la absorcin del polvo y otros contaminantes (LDM = 1 ppb). La quimioluminiscencia, se fundamenta en la reaccin de O3 con etileno que da formaldehido excitado, que al decaer emite fotones a 350-550 nm detectados con un fotomultiplicador (la respuesta es lineal entre 1 ppb y 100 ppm). Tambin puede medirse la QL en su reaccin con NO. Existe un sensor EQa de estado slido Alphasense , que tiene un LDM < 5 ppb (1 ppb 2 g/m3 a P = 1 a y T = 293,15 oK).

2.- Agua potable: calidad y tratamiento

El agua para consumo es 0,025 %, con grandes desigualdades territoriales y poblacionales para su disponibilidad, y proyecciones como: para 2025 unos 50 pases (35 % de la poblacin mundial proyectada) tendrn dficit en la provisin de agua, y el 70 % del agua dulce contenida en ros, lagos y acuferos subterrneos habr sido consumida (GT Laboratorio SRL, 2006). Esta matriz vital, se con-tamina por (World Healt Organization 2011): 1.- Microorganismos patgenos: bacterias, virus, protozoos, etc. Por este tipo de conta-minacin, ms de 3 106 nios menores a 5 aos mueren/ao. 2.- De-sechos y sustancias orgnicas: derivados del hombre y los animales. Procesos que consumen O2. Petrleo, gasolina, plsticos, plaguicidas, herbicidas, fungicidas, disolventes, detergentes. 3.- Inorgnicos: sa-les, cidos, metales pesados (Hg, Pb), industria y minera. Arsnico natural (HACRE). 4.- Nutrientes vegetales: actividades agropecuarias, fertilizantes, purinas. Eutrofizacin. 5.- Sedimentos y suspensiones. 6.- Radioactivos. 7.- Contaminacin trmica por centrales de energa e industria. 8.- Emergentes (L. Dami Barcel y Mara Jos Lpez de


Alda, 2012): a) Retardantes de llama bromados. b) Cloroalcanos. c) Pesticidas polares. d) Compuestos perfluorados. e) Frmacos, antisp-ticos, qumicos, etc. en cuerpos de aguas.- Eliminacin por animales y humanos. Industria farmacutica, residuos hospitalarios, laboratorios, instituciones de investigacin y desarrollo de frmacos, vencidos o no usados. f) Drogas de abuso. g) Surfactantes. h) Metabolitos y/o productos de degradacin de las clases de sustancias anteriores. i) Productos de cuidado personal, filtros U.V. j) Aditivos de gasolinas, aditivos industriales. k) Esteroides y hormonas. l) Subproductos de la desinfeccin del agua.

Los mtodos analticos para control de aguas de bebida, presentan LDM que van desde 1:103 hasta 1:1012 (ppt) (World Healt Organiza-tion 2011):

Analitos orgnicos Analitos inorgnicosCromatografa lquida de alta perfor-mance Volumetra, Colorimetra

Cromatografa gaseosa Electrodos especficosCromatografa gaseosa- Espectrome-tra de masas Cromatografa inica

Cromatografa gaseosa-espacio de gas- Espectrometra de masas HPLC

Cromatografa gaseosa-purga-adsor-cin-desorcin trmica

Espectrometra de absorcin at-mica de llama

Cromatografa gaseosa-purga-adsor-cin-desorcin trmica- Espectrometra de masas

Espectrometra de absorcin at-mica electro trmica

Espectrometra de emisin atmi-ca con plasma inducido acopladoEspectrometra de masas con plas-ma inducido acoplado

Tabla 4


En el caso de los contaminantes emergentes, los mtodos de elec-cin son Extraccin en fase slida (SPE) seguida de LC TOF-MS, y Ex-traccin con barras magnticas (SBSE) seguida de GCxGC-TOF-MS, con LDM en el orden de ppt.

Pero la instrumentacin compleja del final de la Tabla, no necesa-riamente es excluyente de otras plataformas analticas de contami-nantes ambientales, al menos en lo que a la obtencin de muy bajos LD se refiere. En efecto, el herbicida triaznico organoclorado atrazina (AT) ha sido analizado con xito en muestras de agua superficiales de ro (A. Gonzlez-Techera, et al, 2014), con un magneto-inmunosensor EQ, usando fagos pptido-mimticos, que reconocen al inmunocom-plejo formado por AT y su anticuerpo monoclonal K4e7 inmovilizado en partculas magnticas, base de la separacin de las fracciones li-bre-unida. El LD es 0,2 ppt, con una reproducibilidad aceptable (% CV < 10 %) y buenos porcentajes de recuperacin.

El herbicida molinato (azepan-1-carbotioato de S-etilo, tiocarba-mato sistmico), muy usado en los cultivos de arroz, puede contami-nar cursos de agua por drenaje, o a la atmsfera por evaporacin. Fue analizado (F. J. Arvalo, 2012) con la metodologa fagos pptido-mi-mticos, en un magneto-inmunosensor EQ competitivo en aguas de ro contaminadas ex profeso. El LD es de 4,4 ppt.

Otro mtodo para AT es la electroquimioluminescencia con Ru(b-py)3

2+ sobre electrodos de Au/1-dodecanotiol, donde AT funciona como co-reactante. El LD se halla cerca de 3 ppm (D. J. Gobelli et al, 2005). Del mismo modo, el glifosato (GF) ha sido cuantificado por EQL sobre Au/1-dodecanotiol, acido 11-mercaptododecanoico con un LDM 0,21 ppb (G. Marzari et al, 2011). En la figura 2, AT o GF son los co-reactantes.


Figura 2

AT

ATAT

Au-DDT-MUA

1-DODECANOTIOL

CIDO 11-

MERCAPTODODECANOICO

Monocapas autoensambladas

Atrazina (AT) Glifosato (GF)


Seal de luz

I luz vs. [AT]

Figura 3

3.- Contaminacin de suelos y sedimentos

El suelo y los sedimentos reciben aportes de contaminantes del aire y el agua, y en la compleja estructura de la litsfera, sus tiempos de residencia suelen ser mayores. Se destacan 3 tipos de contaminacin:

1.- Fsica: agentes que originan variaciones en parmetros como temperatura y radiactividad.

2.- Biolgica: se induce la proliferacin de especies ajenas a los mi-croorganismos naturales del suelo.

3.- Qumica: agentes que por su presencia o por su elevada concen-tracin alteran la composicin original del suelo, o que afectan su biota natural.


Si centramos la atencin en los agentes qumicos, los metales, com-puestos inorgnicos y orgnicos son los principales contaminantes (M del Carmen Sabroso Gonzlez, 2004). Metales: Ag (fotografa, con-ductores elctricos, soldaduras, galvanizacin, acuacin, bateras, catalizador.), Al (construccin, transporte, envasados, industrias elc-trica y farmacutica), As (medicina, veterinaria, aleaciones, pirotecnia, esmaltes, insecticidas, pigmentos, pintura, productos electrnicos, tintes.), Cd (galvanizacin, pigmentos, bateras, aleaciones de bajo punto de ebullicin), Co (aleaciones, pigmentos, esmaltes, barnices, galvanizacin)., Cr (metalurgia, materiales refractarios, galvanizacin, curtidos, pinturas, conservacin de madera, industria qumica). Cu (industrias elctrica y automovilstica, construccin, fontanera, latn, alguicidas, conservacin de madera). Fe (industrias del hierro y ace-ro), Hg (produccin de cloruro y sosa custica, insecticidas, industrias farmacutica y metalrgica, odontologa, catalizador en produccin de polmeros sintticos). Mn (metalurgia, bateras, industria qumica, cermica). Mo (metalurgia, pigmentos, catalizador, fabricacin de vi-drio, aditivo en leos lubricantes). Ni (metalurgia, bateras, equipos solares, galvanizacin, catalizador en la produccin de aceite combus-tible). Pb (bateras, gasolina, pigmentos, municin, soldadura, pintu-ra, industria automovilstica). Sb (plsticos, cermica, vidrios, pigmen-tos, productos qumicos incombustibles). V (metalurgia, catalizador, pigmentos). Zn (aleaciones, bronce y latn, galvanizacin, bateras, pintura, productos agrcolas, cosmticos y medicinales). Inorgnicos: CN- (industria qumica, minera, siderurgia, pesticidas). F- (industria del vidrio, la madera, esmaltes, soldaduras, ptica, etc). Br- (sntesis orgnica de plaguicidas, aditivo de combustibles, ignfugos, coloran-tes, medicamentos, emulsiones fotogrficas y medios de contraste). SO4

2-, SO32-, S2- (agentes blanqueantes y conservantes, fertilizantes,

celulosa, manufactura de caucho, colorantes, plvora, medicamentos, insecticidas, preparacin de derivados qumicos, etc). P (industria qu-mica, detergentes, acondicionadores, preservadores alimenticios, far-


macuticos, tintas, fertilizantes, retardadores de combustin y otros). H4N

+, NO3-, NO2

-, (industrias electrnica, del petrleo y alimentaria, propelentes de aerosoles y extintores, sus compuestos son numero-sos y se encuentran en alimentos, venenos, fertilizantes, explosivos, etc. Orgnicos: Plaguicidas organoclorados (derivados halogenados de HC alifticos: fumigantes 1,2 dicloropropano y metilbromuro), (de-rivados halogenados de HC alicclicos: insecticidas-fungicidas HCH, clordano, aldrn, dieldrn, endrn), (derivados halogenados aromti-cos: insecticidas-acaricidas-herbicidas-fungicidas DDT, DDD, metoxi-clor, hexaclorobenceno). Plaguicidas organofosforados (insecticidas paratin, metilparatin, malatin, forano). Plaguicidas carbamatos (insecticidas-herbicidas aldicarb y vapn). Plaguicidas de la urea (her-bicidas fenurn, monurn y linurn). Plaguicidas heterocclicos (her-bicidas zimazina y clorazina). Plaguicidas inorgnicos (compuestos de Cu, S, Hg, halogenados alifticos, cido cianhdrico, xido de metile-no, fosfina, anhidro sulfuroso, etc., de acciones diversas). Hidrocarbu-ros aromticos policclicos (HAPs): no tienen sustituyentes o hetero-tomos, y estn en el petrleo, carbn, alquitrn y aparecen por uso de combustibles fsiles o de biomasa. Son los HC ms txicos junto a los monoaromticos. El benzo (a) pireno es de referencia para el impacto ambiental. HAPs persisten en suelos, sedimentos y partculas en aire. La Administracin de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha esta-blecido un lmite de 0,2 mg HAPs/m3 de aire. El Lmite de Exposicin Permisible (PEL) establecido por OSHA para vapor de aceite mineral que contenga HAPs es 5 mg/m3 promediado durante un perodo de exposicin de 8 horas. Benceno y derivados: en EEUU es una de las 20 sustancias de mayor produccin. Se usa para producir estireno (en Styrofoam y otros plsticos), cumeno (en varias resinas) y ciclohexa-no (en niln y fibras sintticas kevlar y en ciertos polmeros). Tam-bin se usa en la manufactura de ciertos tipos de caucho, lubrican-tes, tinturas, detergentes, medicamentos y plaguicidas. Se encuentra naturalmente en el petrleo, la gasolina y en el humo de cigarrillos.


Los niveles de benceno al aire libre oscilan entre 0,02 y 34 partes de benceno por billn de partes de aire (ppb). El agua potable contie-ne tpicamente menos de 0,1 ppb de benceno. Bifenilos policlorados (PCBs): son lquidos aceitosos o slidos, incoloros a amarillo claro, que se empleaban como refrigerantes y lubricantes en transformadores, condensadores y otros equipos elctricos ya que no se incendian fcil-mente y son buenos aislantes. EPA ha fijado un lmite de 0,5 ng /L de agua potable. Se requiere que las industrias le notifiquen de derrames o de la liberacin accidental al ambiente de 1 libra (0,45359237 Kg) o ms de BPCs. La Administracin de Alimentos y Drogas (FDA) requiere que la leche, los huevos y otros productos lcteos, la grasa de las aves, pescados, mariscos, y alimentos para nios, no contengan ms de 0,2 a 3 ppm de BPCs.

Los anlisis en suelos tienen el inconveniente de la obtencin de una muestra representativa: los componentes normales y los contami-nantes, estn sometidos a variaciones espaciales y temporales, dentro de una matriz donde la desigual distribucin del tamao y naturaleza de las partculas, hacen impensable mtodos de adicin estndar o estndar interno en la muestra slida. Las caractersticas fsico-qu-micas del suelo influyen la transformacin, retencin, y movimientos de los contaminantes por el suelo. El contenido de arcilla, materia or-gnica, textura, permeabilidad, pH, Eh, capacidad de intercambio ca-tinica influyen en la velocidad de migracin y especiacin del analito. Estos factores deben ser considerados cuando se disea un protocolo de muestreo para anlisis de contaminantes, que es distinto de un anlisis de suelos rutinario para agricultura (Benjamin J. Mason, 1992; M. R. Carter, E. G. Gregorich, 2006).

Los anlisis de suelos urbanos (Carl R. Crozier and Matthew Poli-zzotto) estn centrados en contaminantes inorgnicos (Pb, Zn, Hg, Cd, As, Ba, Cr y Se), y orgnicos (hidrocarburos totales de petrleo (TPH, especialmente aromticos policclicos, PAH, solventes como tri-cloroetileno y percloroetileno (TCE, PCE/PERC), pesticidas (atrazina,


carbaril), dioxinas, y bisfenol A (BPA). Para el anlisis de metales, la fluorescencia de rayos X es el mtodo de eleccin. Un espectrme-tro XRF se usa rutinariamente para anlisis qumico no-destructivo de elementos trazas en rocas, minerales, sedimentos y fluidos (metalur-gia, medicina forense, polmeros, electrnica, arqueologa, anlisis ambientales, geologa y minera), siempre que el objeto irradiado sea mayor que 2-5 micrones. El haz de rayos X (0,01-10 nm; 125-0,125 KeV) o gamma puede expulsar electrones internos y el hueco ser ocupado por otro electrn emitindose rayos X propios del elemento o fotones de fluorescencia (transiciones LK: K; MK: K; ML: L, etc) cuyas intensidades son proporcionales al contenido del elemento. Existen 2 mtodos, de energas o longitud de onda dispersivas (EDXRF o WDXRF). Se pueden analizar elementos Z > 11 (Z = 4 con WDXRF) y hasta Z 90, pero no es posible distinguir estados de oxidacin diferentes del mismo elemento. Los LDM son del orden de ppm, y ya existen instrumentos portables para trabajos in situ. La espectros-copa atmica (AAS, EAS, GFAA) y la de masas (MS) con plasma de Ar (ICP-MS) permiten el anlisis de trazas o ultra-trazas de metales, pero las muestras deben remitirse al laboratorio, y en su mineralizacin, se pueden cometer ms errores que en la tcnica en s. Los procesos de mineralizacin sin hornos de micro-ondas, con los clsicos cidos HCl, HNO3, HClO4, H2SO4 y H3PO4, son un contrasentido de la Qumica Verde. Los LD LDM pueden variar: ICP-MS, 1 ppb-1ppm; GFAA, 10 ppb-1 ppm; ICP-AES, 1-100 ppm y AA de llama, 1-1000 ppm, lo que depende de la calidad del instrumental y operador.

Con respecto a los contaminantes orgnicos, sabemos que el au-mento de la produccin y usos de compuestos orgnicos sintticos (plaguicidas, productos del petrleo, lubricantes, disolventes, gasoli-nas, etc.) han multiplicado los incidentes de arribo de estas sustancias a la atmsfera, hidrsfera, suelos y sedimentos. Otras fuentes de con-taminantes orgnicos son las prcticas agrcolas, el control de plagas, las actividades industriales, comerciales, pesqueras y el turismo.


VOCs: las muestras se tratan con el mtodo 5035-EPA, en siste-mas cerrados de extraccin purga-atrapamiento. Los no halogenados se analizan por inyeccin directa, o previa purga-atrapamiento. Los VOCs son extrados generalmente de fase acuosa, por saturacin de un gas inerte (He), concentrados en una trampa con carbn hidrfu-go y por un suave calentamiento desorbidos e inyectados en el cro-matgrafo, con deteccin GC-FID. El procedimiento est basado en el mtodo 8015B-EPA (LDM 2-48 ppb).

El mtodo estndar ms empleado es EPA 8260B, aplicable a la ma-yora de VOCs (121 analitos), gran parte de los cuales pueden aislarse de la muestra empleando el procedimiento de purga-atrapamiento (EPA 5035). Aunque pueden usarse otros mtodos de preparacin/introduccin como la extraccin con hexadecano (EPA 3820), espa-cio de cabeza para slidos (EPA 5021), destilacin azeotrpica (EPA 5031), destilacin a vaco (EPA 5032), y los cartuchos de sorcin-des-orcin (EPA 5041A). Se alcanzan LCP entre 0,12-250 ppb.

VOCs semi-voltiles deben extraerse por lquido-lquido en conti-nuo (EPA 3520C), o soxhlet para slidos Este mtodo (EPA 3540C) se considera exhaustivo para extraer los contaminantes de las matrices slidas, y es de referencia para validar otros mtodos de extraccin. El uso de fluidos supercrticos (EPA 3560) permite extraer una mues-tra slida en condiciones de presin y temperatura elevadas (mxima eficiencia) cuyo extractante CO2 se elimina con facilidad (340 atm, 80 C, flujo de 500-1000 mL/min).

Los compuestos orgnicos semi-voltiles se analizan mediante cro-matografa de gases con columna capilar y detector de masas (GC/MS; EPA 8270C), con LDM estimados entre 10-50 ppb.

La determinacin de plaguicidas clorados puede efectuarse por GC-ECD (captura electrnica) o GC-ELCD (conductividad electroltica) con columna capilar (EPA 8081A). Este mtodo incluye PCBs junto a


los plaguicidas clorados como analitos, no obstante los PCB deben analizarse empleando el mtodo EPA 8082, que considera procedi-mientos especficos para la purificacin y cuantificacin. Por tanto si se espera la presencia de PCB, el extracto de la muestra puede dividir-se en dos antes de llevar a cabo las etapas de purificacin, una para el mtodo 8081 (plaguicidas clorados), y la otra para el mtodo 8082 (PCBs). La determinacin de herbicidas clorados mediante GC con columna capilar y deteccin ECD (EPA 8151 A) tiene LCP 1-1000 ppb.

La determinacin de bifenilos policlorados (PCB) puede hacerse por cromatografa capilar y deteccin GC-ECD o ELCD (EPA 8082). Existen alrededor de 206 congneres de PCB. Segn la IUPAC se clasifican en homlogos de acuerdo a la cantidad de tomos de cloro que presen-ta la molcula y estos se pueden subdividir en ismeros indicando la posicin del tomo de cloro. El mtodo de anlisis de hidrocarburos clorados, cromatografa de gases capilar y detector ECD (EPA 8121), tiene LDM 1,4-240 ppb.

Los organofosforados se analizan por cromatografa de gases (EPA 8141A) con detector fotomtrico de llama (FPD) para fsforo o el detector de nitrgeno-fsforo (NPD). Ambos poseen una gran selec-tividad para las molculas que contienen P y/o N. El FPD contiene una llama que quema la muestra e ioniza cualquier tomo de P que exista en el eluyente. El P ionizado se detecta en el fotodetector. El detector NPD es una perla de cermica recubierta por una sal de un material fcilmente ionizable, generalmente Rb. El calor crea una plas-ma superficial sobre la perla. Los compuestos de N y/o P se ionizan y originan una corriente entre los polos cargados del dispositivo. Los analitos ms usuales que se estudian con estos detectores son los plaguicidas fosforados, aunque algunos disolventes de uso industrial muy frecuentes tambin se estudian con este sistema. LCP 1 ppb. Los hidrocarburos aromticos policclicos (PAH) se determinan por HPLC con deteccin UV y fluorescente (EPA 8310). Los N-metil carbamatos por HPLC (EPA 8318), con LDM 1,7-50 ppb.


Micotoxinas

El cambio climtico puede alterar la exposicin humana hacia las micotoxinas. Los cambios fsicos en la temperatura, vientos y lluvias causados por el clima, pueden afectar la distribucin de micotoxinas de formas complejas. El efecto en la exposicin humana vara segn las propiedades especficas de las micotoxinas, suelos y condiciones de humedad, flujos de vientos, topografa, usos del suelo, nivel de desarrollo y caractersticas de la poblacin. La exposiciones a estos qumicos relacionadas con el cambio climtico pueden ejercer efec-tos desproporcionados en los grupos de riesgo alto. La desnutricin, particularmente en los nios puede agravar la exposicin a las mico-toxinas. Como las rutas de exposicin pueden ser comer alimentos o beber lquidos con toxinas, respirar aire en ambientes de excesiva hu-medad, y absorcin por piel, uno debe concluir que las micotoxicosis son un problema ambiental (World Health Organization, 2011).

Los mtodos de anlisis presentan las fases de muestreo, extraccin y cuantificacin. La mayora de los pases tienen regulaciones o lmites aceptables de micotoxinas en alimentos u otras matrices, y as que-da vinculado el mtodo analtico. Los mtodos oficiales normalmente son HPLC de fase inversa, con deteccin UV, fluorescencia o MS, con LD entre 0,015 ppb. Estos mtodos suelen usar procedimientos de preconcentracin y purificacin de los extractos para remover los in-terferentes de la matriz, como columnas de inmunoafinidad (IAC), de extraccin en fase slida (SPE) o extraccin lquido-lquido (LLE). A veces hay que derivatizar el analito para su deteccin ptica.

En los ltimos aos, se disearon mtodos o plataformas analti-cas (J. C. Vidal et al, 2013; M. A. Zon et al, 2013) donde aparecen elementos biolgicos (anticuerpos, receptores, clulas, fagos, apt-meros, enzimas, etc.) que interaccionan con los analitos y dan lugar a los biosensores con seales fsico-qumicas variadas, en plataformas clsicas o del tipo ELISA/EIA/RIA/IRMA/LIA. Si la seal del sistema es


electroqumica (amperometra, impedancia, potenciometra, conduc-timetra, voltametra de onda cuadrada, etc) tenemos biosensores electroqumicos. Tambin, hay electrodos que solos o modificados responden a los analitos, y el sistema no cuenta con elementos biol-gicos: son sensores electroqumicos.

Hasta el ao 2002, podemos resumir los mtodos empleados para analizar ocratoxina A (OTA) en muestras de vinos tintos (A. Leitner et al., 2002), en la tabla 5:

OTA en VinosPreparacin de la muestra

Extraccin en fase slida RP-18SPE

Inmuno afinidad IAC

I n m u n o afinidad IAC

Doble extraccin lquida/IAC L/L/IAC

Separacin/De-terminacin LC-MS-MS LC-MS-MS LC-FL LC-FL

LD ppt 50 50 10 10

Tabla 5

Recientemente (P. R. Perrotta et al, 2011) OTA fue determinada en vinos tintos, sobre un electrodo de Au modificado con una monocapa de cisteamina autoensamblada (SAM). El procedimiento de pre-tra-tamiento es una doble extraccin L/L, y las seales electroqumicas son de voltametra de onda cuadrada (VOC). Este dispositivo sensor electroqumico tuvo un LDM de 4 ppt.

La performance operativa fue luego superada (P. R. Perrotta et al., 2012) con una plataforma ELISA competitiva con anticuerpos mo-noclonales inmviles en nanopartculas magnticas, y electrodos de carbono de lmina impresa, con seales VOC. El LDM es de 8 ppt, y lo ms notable es que con este biosensor electroqumico con se-paracin magntica de las fracciones libre y unida, no se requiere pretratamiento de la muestra.


Figura 4

Los resultados obtenidos con ambos, sensor y biosensor electro-qumicos, son sorprendentes en comparacin con mtodos instru-mentales ms complejos como PTGC-MS (purge trap gas chromato-graphy-mass spectroscopy); GC x GC-TOF-MS (two-dimensional gas chromatography-time of fly-mass spectroscopy); HPLC-MS-MS; etc, mtodos cuyos LD son ppt.

CONCLUSIONES

El medio ambiente y sus compartimientos aire-tierra-agua son el patrimonio inconmensurable de la humanidad y de los seres vivos, tal vez la verdadera maravilla del mundo. Establecida la naturaleza de los procesos fsico-qumicos que los inter-relacionan, existe la obliga-cin de los estados e individuos de garantizar que los ciclos naturales y la interaccin entre las especies puedan desarrollarse segn su na-turaleza.


Por eso, los Qumicos Analticos Ambientales deben fundirse con la idea de controlar que los analitos estn en concentraciones acep-tables para que no se perturbe el equilibrio medio-ambiental, pero empleando mtodos de anlisis de bajo impacto ambiental.

Pensamos que lo que antecede es una contribucin para entender las bases operativas para proceder con criterios suficientes para cuidar la verdadera maravilla del mundo.

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33

ProcediMientos de PreParacin de Muestras

Paula Guedes*, Eduardo Mateus

CENSE, Departamento de Cincias e Engenharia do Ambiente, Faculdade de Cincias e Tecno-logia, Universidade Nova de Lisboa, Caparica, Portugal*[email protected]

Procedimientos de preparacin de muestras 35

1. introduccin

Contaminantes orgnicos en los lodos de depuradora

En los ltimos aos, los efectos adversos que incluyen trastornos endocrinos y la resistencia a los antibiticos de algunos compuestos, se han observado en los seres humanos, animales y otros organismos y algunos pueden mostrar una respuesta biolgica incluso en concen-traciones muy bajas (Lapworth et al., 2012).

Estos contaminantes orgnicos emergentes comprenden una amplia gama de diferentes compuestos (as como los metabolitos y productos de transformacin) incluyendo: productos farmacuticos y productos de cuidado personal, pesticidas, productos veterinarios, compuestos industriales / subproductos, aditivos alimentarios, as como los nanomateriales artificiales (Clarke and Smith, 2011).

La va principal de transferencia de contaminantes orgnicos (COs) para entrar en el medio ambiente es a travs de plantas de tratamien-to de aguas residuales (Boleda et al., 2009; Kuster et al., 2005; Madu-reira et al., 2010). Varios anticonceptivos orales se han detectado en los efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas (Golet et al., 2002), el suelo y el agua del ro (Golet et al., 2001), los lodos de depuradora (Gbel et al., 2005), as como el suelo y el estir-col (debido al uso veterinario) (Golet et al., 2003).

La utilizacin de los lodos se considera una opcin viable para man-tener / mejorar el reciclaje de los elementos con valor socio-econmi-co, como los nutrientes y la materia orgnica y, por tanto en 2004 se

36 Paula Guedes, Eduardo Mateus

utiliz el 37% de los lodos tratados en la agricultura (Fytili and Zaba-niotou, 2008). No obstante, la aplicacin al suelo de los bioslidos municipales (por lo general a los campos agrcolas) es una va poten-cial de exposicin del suelo a los COs. Los riesgos a largo plazo aso-ciados con la aplicacin al suelo de los bioslidos estn pobremente caracterizados y, en algunos casos, difcil de cuantificar con precisin (NRC, 2002). Los anticonceptivos orales, una vez en el suelo, pueden ser trasladadas a las plantas cultivadas, y por lo tanto potencialmente entran en la cadena de los alimentos (Wu et al., 2012). De hecho, el consumo de estas plantas puede aumentar la exposicin tanto del ganado como de los humanos a los COs (Zohair et al., 2006). Por ejemplo, triclocarbano (3,4,4 -triclorocarbanilida) y triclosn (5-clo-ro-2-(2,4-diclorofenoxi)-fenol), que son txicos, persistentes y lipfi-los, se encuentran en vegetales de tejidos de calabaza y calabacn (Aryal and Reinhold, 2011). En un estudio de laboratorio, se detecta-ron tambin la carbamazepina, la difenhidramina y triclocarbano en plantas (pimienta, tomate, la acelga, lechuga y rbano) que se haban cultivado en suelos tratados con bioslidos (Wu et al., 2012).

Actualmente, existe un proyecto de una futura directiva de lodos Europea (Comisin Europea, 27 Abril 2000) para mejorar la vigilan-cia de la calidad del lodo (Tabla 1) incluyendo bis (2-etilhexil) ftalato (DEHP), sulfonatos de alquilbencenos lineales (LAS), etoxilados de no-nilfenol (NPEs), hidrocarburos aromticos policclicos (PAHs), bifenilos policlorados (PCB), compuestos orgnicos halogenados (AOX) y di-benzodioxines policlorados (PCDD) y dibenzonfuranos (PCDF).


Tabla 1. Los valores lmite propuestos para la concentracin de los compuestos orgnicos y metales pesados en los lodos para uso en

suelo (Comisin Europea, 2000).

Compuestos orgnicos Valores lmite (mg/kg DM)AOX 500LAS 2600DEHP 100NP/NPE 50PAH 6PCB 0.8Dioxinas Valores lmite (ng TE/kgDM)PCDD7/F 100

2. ProcediMientos de PreParacin de Muestras

Rpido, fcil, barato, eficaz, robusto y seguro, el mtodo QuE-ChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, and Safe - Rpido, F-cil, Barato, Efectivo, Robusto y Seguro, RaFaBERS) se basa en el traba-jo realizado y publicado por Anastassiades et al. (Anastassiades et al., 2003). QuEChERS fue desarrollado utilizando un mtodo de extrac-cin de los plaguicidas en las frutas y verduras, junto con el mtodo de limpieza que elimina los azcares, lpidos, cidos orgnicos, estero-les, protenas, pigmentos, y el exceso de agua. Esta tcnica ofrece una alternativa fcil de usar para extracciones lquido-lquido tradicional y en fase slida. El mtodo QuEChERS es un proceso de dos etapas: extraccin y limpieza (clean-up). En la primera etapa, las muestras son homogeneizadas y extractadas mediante salting-out con una sal y un


solvente orgnico. Luego el sobrenadante es limpiado usando una ex-traccin en fase slida dispersiva (d-SPE) para remover interferencias.

Su eficacia depende de las propiedades del analito, composicin de la matriz, equipos, y la tcnica analtica disponible en el laboratorio [Wang et al., 2012]. Existen dos normas divergentes en relacin con el tipo de tampn empleado en QuEChERS: la norma americana AOAC [Method AOAC, 2007], que implica el uso de un tampn de acetato; y, la norma europea EN15662 [EN15662, 2009], que implica el uso de un tampn de citrato. Las sales y los adsorbentes utilizados en los kits de dSPE son :

Sulfato de magnesio (MgSO4) - elimina el exceso de agua de la muestra;

Amina primaria/secundaria (PSA) - elimina los cidos orgnicos, cidos grasos, azcares y pigmentos de antocianina de la muestra;

C18 Sorbente Endcapped (C18E) - elimina grasas, esteroles, y otras interferencias no polares de la muestra;

carbon negro grafitizado (GCB) - elimina los pigmentos de la mues-tra, pero no debe usarse con pesticidas planares.

El mtodo QuEChERS es popular especialmente para la determi-nacin de la amplia gama de residuos qumicos, principalmente pes-ticidas en diversas matrices de alimentos, debido a su simplicidad, bajo costo, susceptibilidad a un alto rendimiento y alta eficiencia con un nmero mnimo de pasos [Anastassiades et al., 2003; Pinto et al., 2010]. QuEChERS tambin se han utilizado para la extraccin de di-versos compuestos orgnicos tales como medicamentos veterinarios, plaguicidas, hormonas y fenoles en matriz slida tal como suelo [Vera et al., 2012].

La eleccin del solvente(s) es una de las decisiones ms impor-tantes en cualquier extraccin. Hay muchos aspectos tienen que ser


considerados. Que, incluyendo: la capacidad de cubrir el espectro analtico deseado (que va desde polares a compuestos no polares); selectividad durante la extraccin; particin y limpieza; El logro de la separacin de agua; susceptibilidad a tcnicas cromatogrficas de separacin; costo; la seguridad; impacto ambiental; y cuestiones de manejo (por ejemplo, la facilidad de evaporacin, volumen de trans-ferencias). Extraccin con solvente ACN es el ms comnmente usado en QuEChERS debido a su capacidad para separar fcilmente del agua cuando se aade una mezcla apropiada de sales (MgSO4 y cloruro de sodio, NaCl). Sin embargo, si ACN no proporciona recuperaciones adecuados, otros solventes se pueden emplear, a saber: acetato de etilo, acetona y metanol (MeOH).

Peysson et al., (2013) desarrollaron un mtodo basado en la extrac-cin de QuEChERS seguido por LC-TOF-MS que permite la extraccin y el anlisis de 117 farmacuticos y de la hormona en residuos de lodo de depuradoras). La etapa de extraccin se realiza con el tampn de acetato y MgSO4 y el solvente es una mezcla de 0,1 M EDTA y + 1% de cido actico ACN (v / v). En el caso de una matriz de gran com-plejidad como los lodos una etapa de purificacin adicional (dSPE) es necesario para limitar la presencia de sustancias interferentes. En este caso se utilizaron 150 mg de PSA y 900 mg de MgSO4.

Extraccin en fase slida (SPE; solid phase extraction) es una tc-nica muy popular actualmente disponible para la preparacin rpida y selectiva de muestras. La versatilidad de la SPE permite el uso de esta tcnica para muchos propsitos, tales como la purificacin en cantidades traza, desalinizacin, derivatizacin y fraccionamiento de clase. El principio de SPE es similar a la de la extraccin lquido-lquido (LLE), que implica una particin de los solutos entre dos fases. Sin embargo, en lugar de dos fases lquidas inmiscibles, como en LLE, SPE implica la particin entre un lquido (matriz de la muestra o solvente con analitos) y una fase slida (absorbente). El procedimiento general


se basa en 5 pasos:

i. Elegir el adsorbente;

ii. Acondicionamiento;

iii. Adicin de la muestra;

iv. Eliminar interferencias (etapa de lavado);

v. Eluir el compuesto de inters.

Se han utilizado SPE con fase inversa, fase normal o en modo-mix-to; y en formato de cartucho o columna, con el propsito de limpiar extractos de lodos de depuradora (Tabla 2, en el fin del texto).

En SPE de fase inversa (C18, C8) el mecanismo de retencin es la interaccin de los grupos no polares de los analitos de inters y los grupos funcionales no polares del adsorbente, a travs de las fuerzas de Van der Waals. Esta interaccin es interrumpida por los solventes que tienen carcter no-polar y por lo tanto se utilizan como eluyentes de los analitos.

Los adsorbentes polares ms utilizados para fase normal son de slice (SiO2)x, almina (Al2O3), silicato de magnesio (MgSiO3) o Florisil. Adsorbentes polares se utilizan para eliminar interferencias de la ma-triz a partir de extractos orgnicos de matrices slidas. Los componen-tes de la matriz hidrfilos son retenidos por el adsorbente polar mien-tras que el analito de inters se eluye del adsorbente por un solvente no polar. SPE en fase normal de limpieza se ha aplicado hasta ahora a la limpieza de muchas muestras de lodos de depuradora (Tabla 2, en el fin del texto).

Un absorbente de modo-mixto est diseado qumicamente para tener mltiples sitios de retencin sobre una partcula individual. Estos sitios explotan diferentes mecanismos de retencin mediante la in-


corporacin qumicamente diferentes ligandos en el mismo sorbente. Por ejemplo, se han fabricado adsorbentes que contiene cadenas de alquilo hidrfobas y de cationes o de los sitios de intercambio anini-co en la misma partcula adsorbente (MCX, MAX, respectivamente). Absorbentes de modo-mixto se aprovechan de la interaccin con di-ferentes grupos funcionales en un nico analito o diferentes grupos funcionales en mltiples analitos.

El acondicionamiento consiste en la adicin de un solvente con el fin de eliminar las impurezas y activar la fase slida. Este paso hace que el pH del solvente sea compatible con la solucin de la matriz, evitando as los cambios qumicos no deseables cuando se aade la misma. Adems, este paso mejora la reproducibilidad del mtodo analtico (Fifield, 2000). La percolacin es el lento paso de la muestra en la fase lquida bajo presin o succin del cartucho. El compuesto de inters se distribuir entre el lquido de la muestra y la fase slida, logrando as un equilibrio. Inicialmente, como resultado de las interac-ciones fuertes que tienen lugar, el analito es retenido por la fase slida por lo tanto aislado de la matriz (retencin). El tamao de la mues-tra debe ser seleccionado con el fin de estar dentro de la capacidad del lecho adsorbente y el caudal del solvente no debe ser demasiado grande, de lo contrario la eficiencia de la retencin se deteriora y el proceso de separacin ser incompleto (Fifield, 2000). Entonces, se puede incluir una etapa de lavado de la columna de extraccin (fase estacionaria) con un solvente orgnico para eliminar la interferencia o una etapa de secado de la columna. Si este paso se excluye del proce-so, los compuestos de interferencia son retenidos, y slo las molculas de analito se retiran del adsorbente. La eleccin del solvente con que se efecta el lavado, el pH y la fuerza inica de las soluciones acuosas, en particular, su polaridad, son crticos en el control de la selectividad y la eficacia de una extraccin (Tabla 3). La eliminacin del analito se efecta por elucin usando un solvente apropiado (eluyente), a la que el analito tiene ms afinidad qumica, y que el arrastre. El extracto de


volumen reducido puede ser analizado directamente por cromatogra-fa o, alternativamente, se evapora y se reconstituye con un solvente adecuado sobre el anlisis deseado.

Tabla 3 Caractersticas de los solventes ms utilizados en SPE (Adap-tado de Sigma-Aldrich Co., 1998)

Polaridad Solvente Miscible con agua

No-polar Fase inversa fuerteFase normal

dbil Hexano No

Isooctano NoTetracloruro de

carbono No

Cloroformo Nodiclorometano No

tetrahidrofurano Ster de dietilo No

Acetato de etilo MalAcetona S

Acetonitrilo SIsopropanol S

Metanol S

Fase inversa dbil

Fase normal fuerte

Agua SPolar cido actico S


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Metodos de Analisis de Contaminantes