Aplicación de espectroscopía de masas (Esi-Tof/MS) al estudio de polímeros inorgánicos de aluminio involucrados en la nucleación y crecimiento de nanopartículas ambientales de hidrobasaluminita

Abstract

La nanogeociencia así como la mineralogía ambiental son áreas de investigación que gracias a nuevos avances tecnológicos se están expandiendo rápidamente en múltiples direcciones enfocadas en la detección, caracterización y comprensión de fases no cristalinas, pobremente cristalinas y fases mixtas amorfo-cristalinas, así como también materiales nanométricos. En este contexto, los procesos no clásicos de nucleación y crecimiento cristalino presentes en soluciones acuosas representan un campo emergente que surge como alternativa al enfoque clásico con el cual ha sido abordado este tema (diferentes etapas de unión de monómeros básicos -átomos, iones o moléculas- entre sí). Estos procesos utilizan polímeros y nanopartículas más pequeñas como unidades básicas precursoras del crecimiento cristalino. La formación de nanopartículas de aluminio (comunes tanto en entornos naturales como procesos industriales), y más concretamente la precipitación de hidrobasaluminita (Al4SO4(OH)10 · 12-36H2O), puede ser considerada como el proxy perfecto para el estudio de estos procesos no clásicos. Para caracterizar las especies poliméricas generadas durante la síntesis acuosa de nanopartículas de hidrobasaluminita la metodología utilizada en este trabajo es el análisis mediante ionización por electrospray acoplada a un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo (ESI-TOF/MS). Esta técnica fue aplicada a cuatro soluciones de Al2(SO4)3 · 18H2O resultando en la identificación de 38 especies poliméricas catiónicas, ratificando la utilidad de esta técnica en el estudio de estos procesos no clásicos de cristalización permitiendo generar un primer volumen de datos para la elaboración de una base de datos con la masa y la fórmula de los polímeros de aluminio más comunes detectados en el sistema acuoso Al-S-O-H. Los resultados mostraron una especiación variable, donde las especies reconocidas abarcan polímeros basados en Al, Al2, Al3, Al4, Al5, Al6 y algunos más complejos como Al11 o Al13. Dentro de los parámetros estudiados el efecto del pH fue el más notable de todos. Observándose una clara dependencia de este factor en la formación de complejos de mayor tamaño y carga. Por otra parte, la concentración de Al en la solución también mostró injerencia sobre la especiación de las muestras. Finalmente, la metodología y resultados obtenidos, a pesar de las limitaciones asociadas, permiten acercarse a una caracterización más certera de los procesos que rigen la precipitación de hidrobasaluminita y la naturaleza de las especies que participan en éstos.