Análisis crítico de los métodos de extracción secuencial para muestras de suelos y sedimentos

Abstract

Los metales pesados se encuentran naturalmente como parte de la corteza terrestre y por influencia antropogénica por actividades como la minería. Para conocer los efectos que tienen estos metales en el medio ambiente, no sólo es necesario conocer las concentraciones totales de los elementos, sino que también la forma química en que se encuentran (especiación). Es sabido que las distintas especies químicas en las que puede presentar un mismo elemento tienen diferente movilidad, solubilidad y, en consecuencia, toxicidad. Para su análisis es muy frecuente el empleo métodos de extracción secuencial. En especial para Chile, que es un país minero, conocer la forma química en que se encuentran los metales pesados adquiere relevancia debido a que de esta forma se pueden predecir los impactos ambientales que pueden tener los metales de sitios contaminados. Sin embargo, existen pocos estudios sobre la especiación de los metales. El objetivo de este trabajo es analizar la situación actual de los métodos de extracción secuencial y técnicas de análisis para el estudio de liberación de metales pesados y metaloides, además de analizar estudios actuales que utilicen estos métodos en diferentes matrices (suelos, sedimentos) con el fin de determinar las limitaciones de los métodos. Para la recopilación de información sobre métodos de extracción secuencial se seleccionarán los estudios aplicados a suelos, suelos contaminados y sedimento. Esta búsqueda se realizó principalmente en fuentes primarias, como revistas científicas y libros. De la información recopilada, se revisaron los trabajos más recientes en cuanto a técnicas de análisis y extracción secuencial, para dilucidar la situación actual y determinar cuáles son los métodos más utilizados hoy en día. Para analizar las limitaciones de los métodos de extracción secuencial, se seleccionarán seis trabajos recientes, dos trabajos en los que se incluyen análisis de sedimentos y 4 para suelos de tal forma que utilicen diferentes métodos de extracción secuencial para poder realizar una comparación entre ellos. En los dos trabajos de suelos mineros analizados se obtienen resultados acordes al tipo de muestra ya que evidencian la contaminación antropogénica. En el caso de los sedimentos de río se observa una mayor contaminación en uno de los estudios, lo cual se evidencia en la asignación de código de evaluación se riesgo (RAC). Los trabajos de suelos agrícolas presentan también, resultados que dilucidan la contaminación antropogénica generada por actividades agrícolas. Además, existen estudios que evidencia una sobrestimación de los resultados obtenidos por estos métodos. De la revisión bibliográfica se concluyó que, dentro de los métodos de extracción secuencial los más utilizados en los últimos años son el propuesto por la Comisión Europea (BCR) y por Tessier y col. en 1979. El método de Tessier considera la extracción de 5 diferentes fracciones: intercambiable, carbonatada, unida a óxidos de hierro y manganeso, unida a materia orgánica y residual. El método BCR propone 3 etapas y recomienda realizar una cuarta conocida como residual, este método une las dos primeras fracciones del método de Tessier de tal forma que extrae la fracción intercambiable y la carbonatada en una misma etapa. El tipo de método a utilizar va a depender de la muestra en estudio, dado que se pueden necesitar modificaciones para extraer fracciones específicas no incluidas como, por ejemplo, óxidos de hierro cristalinos. Otro aspecto relevante es que solo el método BCR cuenta con materiales de referencia certificados, lo cual es una ventaja sobre el método de Tessier. Por otra parte, las técnicas de análisis más utilizadas son AAS y ICP-OES, la elección de la técnica a utilizar depende del límite de detección requerido y de las interferencias.

Heavy metals are found naturally as part of the earth crust and by the anthropogenic influence of activities such as mining. In order to know the effects that these metals have on the environment, in addition to knowing the total concentrations of the elements, it is also important to know the chemical form in which they are found (speciation). It is known that different chemical species of the same element have different mobility, solubility and toxicity. For this purpose, it is very common the used of sequential extraction procedures. Especially for Chile, a mining country, knowing the chemical species in which heavy metals are found becomes relevant due to is possible predicts the environmental impacts that may have contaminated the sites. However, there are few studies on the speciation of metals. The aim of this work is to discuss the current situation of the sequential extraction methods and the analysis techniques for the analysis of heavy metal and metalloid release. In addition, this approach aims to analyze actual studies that use these methods in different matrices (soils, sediments and contaminated soils) to determine the limitations of the methods. For gathering information on sequential extraction methods applied to studies soils, contaminated soil and sediment will be selected. This bibliographical research was carried out mainly in primary sources, such as scientific journals and books. From the information gathered, the most recent works were reviewed in terms of technical analysis and sequential extraction, to clarify the current situation and determine what methods are most commonly used today. In order to analyze the limitations of sequential extraction methods, six current investigations were studied, with two works per matrix in such a way that they use different sequential extraction methods in order to make a comparison between both. The studied works of mining soils shows results according to the type of sample (anthropogenic contamination). In the case of fluvial sediments, greater contamination is observed in one of the studies, which is evidenced in the risk assessment code (RAC). The agricultural land works also present results that elucidate the anthropogenic contamination generated by agricultural activities. In addition, there are studies that show an overestimation of the results obtained by these methods. From the bibliographical research it was concluded that, within the sequential extraction methods, the most used in recent years are the proposed by the European Commission (BCR) and by Tessier et al. in 1979. The Tessier method extracts 5 different fractions: interchangeable, carbonated, bonded to iron and manganese oxides, bonded to organic matter and residual. The BCR method proposes 3 stages and recommends a fourth known as residual, this method joins together the first two fractions of the Tessier method in such a way that it extracts the interchangeable fraction and the carbonated fraction in the same stage. The selection of the method to be used will depend on the sample studied, since they may require modifications to extract specific fractions that are not contemplated, such as crystalline iron oxides. Another relevant aspect is that only the BCR method has certified reference materials, which is an advantage over the Tessier method. On the other hand, the most used analysis techniques are AAS and ICP-OES, the choice of technique to use depends on the detection limit required and the interferences.