Desarrollo de métodos analíticos para la determinación de especies de mercurio mediante espectrofluorimetria en fase solida

Abstract

Esta investigación se enfocó en el desarrollo de métodos analíticos para la determinación y cuantificación de dos especies de mercurio, Hg (II) y CH3Hg+, mediante la formación de un complejo aniónico con el ligante 2,5-dimercapto-1,3,4-tiodiazol (DMTD), retenido en una resina de intercambio aniónico DEAE Sephadex A25, donde la medición instrumental se realizó a través de espectrofluorimetría, sin una etapa previa de elución, sino que medido directamente en fase sólida. En primera instancia se seleccionaron tres ligantes para desarrollar los métodos: (2- mercaptobenzotiazol (MBT), 2,5-dimercapto-1,3,4-tiodiazol (DMTD) у 2- mercaptobenzoimidazol (MBI)). Se seleccionó el ligante DMTD y se trabajó a pH 9, ya que a ese valor de pH existe el predominio de la especie desprotonada, que podría formar con Hg (II) y CH3Hg+ complejos aniónicos estables permitiendo su retención en una resina de intercambio aniónico. Los ligantes MBI y MBT fueron descartados como agente complejante, debido a la precipitación de estos a pH básico. Se seleccionó como amortiguador H3BO3/NaH2BO3 0,1 М pH 9. Se determinó la estequiometría de los complejos mediante el Método de Job, siendo 1:2 para el complejo Hg (II)-DMTD y 1:1 para el complejo CH3Hgt-DMTD. También se determinó la constante de formación condicional (K'r) de los complejos, obteniéndose 1,29 x 10°y 3,26 x 10° para el complejo con Hg (II) y para el de CH3Hg*, respectivamente. Se estudiaron dos tipos de intercambiadores aniónicos mediante espectrofluorimetría: BioRAD AG2X8 y DEAE Sephadex A25. Se seleccionó DEAE Sephadex A25, ya que presenta señales definidas, además esta resina presenta gránulos regulares, favoreciendo el empaquetamiento de ésta en la celda de fluorescencia. Se seleccionaron las longitudes de onda de excitación y slitexc/em de los complejos en fase sólida mediante espectrofluorimetría, obteniéndose, 314 nm y un slitexc/em 10/20, respectivamente. Se optimizaron las variables químicas y de preconcentración mediante espectrofluorimetría para ambos complejos. Las condiciones optimizadas para el complejo Hg (II)-DMTD fueron: 11 mg/L DMTD, 6 mL de amortiguador H3BO3/NaH2BO3 0,1 M pH 9, 70 mg de resina DEAE Sephadex A25, 30 min de agitación, 100 mL de volumen final de solución. Para el caso del complejo CH3Hg+-DMTD fueron: 11 mg/L DMTD, 7 mL de amortiguador H3BO3/NaН2ВО3 0,1 МM pH 9, 70 mg de resina DEAE Sephadex A25, 30 min de agitación, 100 mL de volumen final de solución. Posteriormente se caracterizaron los complejos mediante FT-IR, SEM y EDX. A través de los resultados obtenidos mediante FT-IR no se pudo caracterizar cuantitativamente la muestra, debido a que los anchos de banda son muy grandes. Con respecto a SEM y EDX se logró verificar la retención de los analitos en la resina al estado de complejo y además corroborar la estequiometría obtenida mediante el Método de Job. Siendo 1:1,95 para el complejo Hg (II)-DMTD y 1:0,82 para el complejo CH3Hg+-DMTD. Se realizó la validación de los métodos desarrollados. En primera instancia se evaluó la linealidad del sistema y del método. Para este último se utilizó como blanco de. matriz una muestra de agua del Rio Clarillo, tomada en la zona más alta del río, con el fin de ser considerado como punto limpio, libre de mercurio y sus especies. Se determinaron los LC y LD llegando a 16,1 ng/L y 48,6 ng/L para Hg (II), y 12,7 ng/L y 41,9 ng/L para CH3Hg+, respectivamente. Y una DER menor a 3%. Se evaluó la selectividad del método, realizando un estudio de interferentes aniónicos y catiónicos, en donde se estimó que existen 3 posibles interferencias: Ag (1), Cu (II) y Zn (II), en donde, Ag (1) y Zn (II) fue las longitudes de onda de excitación y slitexc/em de los complejos en fase sólida mediante espectrofluorimetría, obteniéndose, 314 nm y un slitexc/em 10/20, respectivamente. Se optimizaron las variables químicas y de preconcentración mediante espectrofluorimetría para ambos complejos. Las condiciones optimizadas para el complejo Hg (II)-DMTD fueron: 11 mg/L DMTD, 6 mL de amortiguador H3BO3/NaH2BO3 0,1 M pH 9, 70 mg de resina DEAE Sephadex A25, 30 min de agitación, 100 mL de volumen final de solución. Para el caso del complejo CH3Hg+-DMTD fueron: 11 mg/L DMTD, 7 mL de amortiguador H3BO3/NaН2ВО3 0,1 МM pH 9, 70 mg de resina DEAE Sephadex A25, 30 min de agitación, 100 mL de volumen final de solución. Posteriormente se caracterizaron los complejos mediante FT-IR, SEM y EDX. A través de los resultados obtenidos mediante FT-IR no se pudo caracterizar cuantitativamente la muestra, debido a que los anchos de banda son muy grandes. Con respecto a SEM y EDX se logró verificar la retención de los analitos en la resina al estado de complejo y además corroborar la estequiometría obtenida mediante el Método de Job. Siendo 1:1,95 para el complejo Hg (II)-DMTD y 1:0,82 para el complejo CH3Hg+-DMTD. Se realizó la validación de los métodos desarrollados. En primera instancia se evaluó la linealidad del sistema y del método. Para este último se utilizó como blanco de. matriz una muestra de agua del Rio Clarillo, tomada en la zona más alta del río, con el fin de ser considerado como punto limpio, libre de mercurio y sus especies. Se determinaron los LC y LD llegando a 16,1 ng/L y 48,6 ng/L para Hg (II), y 12,7 ng/L y 41,9 ng/L para CH3Hg+, respectivamente. Y una DER menor a 3%. Se evaluó la selectividad del método, realizando un estudio de interferentes aniónicos y catiónicos, en donde se estimó que existen 3 posibles interferencias: Ag (1), Cu (II) y Zn (II), en donde, Ag (1) y Zn (II) fue eliminada mediante la adición de EDTA 0,1 M. Con respecto al Cu (II), esta se pudo eliminar a través de EN. Finalmente se aplicó el método en muestras de agua potable y agua de río fortificadas con los analitos en estudio, permitiendo la cuantificación y detección de las especies de mercurio al estado de complejo retenidos en la resina de intercambio aniónico a niveles de concentración del ng/L.

his research focused on the development of analytical methods for the determination and quantification of two mercury species, Hg (II) and CH3Hg*, by the formation of an anionic complex with the 2,5-dimercapto-1,3,4-thiodiazole (DMTD), retained on an anion exchange resin DEAE Sephadex A25, where instrumental measurement was performed through spectrofluorimetry, without a previous elution step, but measured directly in the solid phase. In the first instance, three ligands were selected for the method development: (2- mercaptobenzothiazole (MBT), 2,5-dimercapto-1,3,4-thiodiazole (DMTD) and 2- mercaptobenzoimidazole (MBI)). DMTD was selected at pH 9, since at that pH value there is the predominance of the deprotonated species, which could form with Hg (II) and CH3Hg+ stable anionic complexes allowing its retention in an anion exchange resin. The MBI and MBT ligands were discarded as a complexing agent due to the precipitation of these at basic pH. H3BO3/NaH2BO3 0.1 M pH 9 was selected as a buffer. The stoichiometry of the complexes was determined by the Job Method, with 1:2 for the Hg (II)-DMTD complex and 1:1 for the CH3Hg+-DMTD complex. Also the conditional formation constant (K'r) of the complexes was determined, obtaining 1.29 x 10° and 3.26 x 106 for the complex with Hg (I1) and for that of CH3Hg*, respectively. Two types of anion exchange resin were studied by spectrofluorimetry: BioRAD AG2X8 and DEAE Sephadex A25. DEAE Sephadex A25 was selected, since it has defined signals, besides this resin presents regular granules, favoring the packaging of this one in the cell of fluorescence. The excitation wavelengths and slitextlem of the solid phase complexes were selected by spectrofluorimetry, obtaining, 314 nm and slitext/em = 10/20, respectively. The chemical and preconcentration variables were optimized by spectrofluorimetry for both complexes. The optimized conditions for the Hg(II)-DMTD complex were: 11 mg/L DMTD, 6 mL of buffer H3BO3/NaH2BO3 0.1M pH 9, 70 mg of DEAE Sephadex A25, 30 min stirring, 100 mL of final volume of solution. For the case of the CH3Hg+-DMTD complex were: 11 mg/L DMTD, 7 mL of buffer H3BO3/NaH2BO3 0.1 M pH 9, 70 mg DEAE Sephadex A25 resin, 30 min stirring, 100 mL final solution volume. Subsequently the complexes were characterized by FT-IR, SEM and EDX. Through the results obtained by FT-IR, it was not possible to characterize the sample quantitatively, because the bandwidths are very large. With regard to SEM and EDX, it was possible to verify the retention of the analytes in the resin to the state of complex and also corroborate the stoichiometry obtained by the Job Method. Being 1: 1.95 for the Hg (II) -DMTD complex and 1: 0.82 for the CH3Hg+-DMTD complex. Validation of the developed methods was carried out. In the first instance, the linearity of the system and method was evaluated. For the latter it was used as a matrix blank a sample of water from the Clarillo River, taken in the highest part of the river, in order to be considered as a clean, mercury-free point and its species. LC and LD were calculated being 16.1 ng/L and 48.6 ng/L for Hg (II), and 12.7 ng/L and 41.9 ng/L for CH3Hg+, respectively. And a RSD of less than 3%. The selectivity of the method was evaluated by a study of anionic and cationic interferences, where it was estimated that there are three possible interferences: Ag(l), Cu(II) and Zn(II), where, Ag (1) and Zn (II) ions was eliminated by the addition of EDTA 0.1 M. With regard to Cu (II) it was possible to remove it with EN. Finally, the method was applied to samples of drinking water and river water enriched with the analyzed analytes, allowing the quantification and detection of the mercury species at the state of complex retained in the anion exchange resin at concentration levels of ng/L