Elaboración de protocolo para la determinación de la constante de distribución (Kd) de 88Sr, mediante isotermas de adsorción, en suelos de la zona centro-sur de Chile

Abstract

A lo largo de la historia han ocurrido diversos eventos radiológicos como Chernóbil (1986) o Fukushima (2011), además de ensayos nucleares, que han destacado el impacto negativo de isótopos radioactivos. El 90Sr es uno de los radioisótopos generados producto de la fisión nuclear, el cuál se puede transportar mediante fallout, afectando distintas matrices ambientales; es un elemento altamente bioacumulable y puede integrarse en la cadena alimentaria, mediante absorción por plantas, al comportarse químicamente de forma similar al Ca2+, lo que representa un riesgo significativo para la salud de la población. El 88Sr es un isótopo estable del estroncio que posee un comportamiento similar al 90Sr, permitiendo estudiar su dinámica en el suelo sin exposición a radiación. Para estudiar su movilidad y comportamiento en los suelos se utiliza la constante de distribución Kd, la cual es una relación entre la concentración de un elemento en la fase sólida y la fase líquida, que se determina mediante isotermas de adsorción. Esta constante otorga información sobre la distribución de un sorbato (en este caso, Sr) en los espacios intersticiales de un suelo, entregando un dato importante al momento de considerar medidas de remediación de suelos. En este estudio se utilizaron 9 suelos de las regiones Metropolitana (5), O’Higgins (1), Araucanía (2) y Los Ríos (1), teniendo como objetivo general elaborar un protocolo ajustado para la determinación de Kd de 88Sr en estos suelos, además de poder analizar sus características fisicoquímicas y su posible relación con los valores de Kd. Asimismo, se compararon estimaciones teóricas de los valores de Kd con los resultados experimentales. Los resultados obtenidos con un protocolo basal y el protocolo propuesto fueron comparados entre sí. El protocolo propuesto considera un experimento batch, implementando una adición más alta de estroncio inicial (en comparación al protocolo basal), en combinación con extracciones de fracciones intercambiables. Los valores de Kd obtenidos con el protocolo basal fueron negativos y no presentan ninguna tendencia, por lo que se realizó un análisis de fuentes de problemas en base al cual se propuso un protocolo ajustado, con resultados que presentan una relación directamente proporcional entre las concentraciones de 88Sr añadidas y los valores de Kd obtenidos. Los valores de Kd obtenidos con el protocolo propuesto indican que los suelos ácidos correspondientes a las regiones de La Araucanía (A-1 y A-2) y Los Ríos (R-1) presentan valores de Kd promedio de 1331 ,9 L kg-1 , 456,9 L kg-1 y 210,4 L kg-1, respectivamente. Los cuales son menores que el determinado para el suelo ligeramente alcalino CM 3.1 de la Región Metropolitana, que presentan un valor promedio de 2518 L kg-1. El protocolo propuesto aún requiere ajustes ya que los valores de Kd obtenidos han variado entre repeticiones para cada suelo, generando una gran desviación estándar.

Throughout history, various radiological events such as Chernobyl (1986) or Fukushima (2011), in addition to nuclear tests, have highlighted the negative impact of radioactive isotopes. 90Sr is one of the radioisotopes generated by nuclear fission, which can be transported through fallout, affecting different environmental matrices. It is a highly bioaccumulative element and can integrate into the food chain through absorption by plants, behaving chemically similarly to Ca2+, which represents a significant risk to the health of the population. 88Sr is a stable isotope of strontium that exhibits similar behavior to 90Sr, allowing its dynamics in the soil to be studied without exposure to radiation. To study its mobility and behavior in soils, the distribution constant Kd is used. This is a ratio between the concentration of an element in the solid phase and the liquid phase, determined by adsorption isotherms. This constant provides information about the distribution of sorbate (in this case, Sr) in the interstitial spaces of a soil, providing important information when considering soil remediation measures. In this study, 9 soils from the Metropolitan (5), O'Higgins (1), Araucanía (2) and Los Ríos (1) regions were used, with the general objective of developing an adjusted protocol for the determination of Kd of 88Sr in these soils, in addition to being able to analyze their physicochemical characteristics and their possible relationship with the Kd values. Likewise, theoretical estimates of Kd values were compared with experimental results. The results obtained with a basal protocol and the proposed protocol were compared. The proposed protocol considers a batch experiment, implementing a higher initial strontium addition (compared to the basal protocol), combined with extractions of exchangeable fractions. The Kd values obtained with the basal protocol were negative and showed no trend, so a problem source analysis was performed, based on which an adjusted protocol was proposed, with results showing a directly proportional relationship between the concentrations of 88Sr added and the Kd values obtained. The Kd values obtained with the proposed protocol indicate that the acid soils corresponding to the regions of La Araucanía (A-1 and A-2) and Los Ríos (R-1) present average Kd values of 1331.9 L kg-1, 456.9 L kg-1 and 210.4 L kg-1, respectively. Which are lower than that determined for the slightly alkaline soil CM 3.1 of the Metropolitan region, which presents an average value of 2518 L kg-1. The proposed protocol still requires adjustments since the Kd values obtained have varied between repetitions for each soil, generating a large standard deviation.