ESPECIACION DE ARSENICO MEDIANTE ACOPLAMIENTO DE CROMATOGRAFIA LIQUIDA-FOTOOXIDACION UV-GENERACION DE HIDRUROS-FLUORESCENCIA ATOMICA (HPLC-UV-HG-AFS) Y SU APLICACION A MUESTRAS AMBIENTALES DE ECOSISTEMAS MARINOS Y TERRESTRES.
Autor MARIA GABRIELA LOBOS VALENZUELA
Profesor guía HUGO PINOCHET CANCINO
Para optar al grado de DOCTORADO EN CIENCIAS MENCION QUIMICA Institución PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISO / FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS Y MATEMATICAS / INSTITUTO DE QUIMICA.
Lugar VALPARAISO, CHILE Año 2003
Páginas 201p.
Disciplina CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES; QUIMICA Colección TESIS
Ubicación TESIS/0237D
Resumen
LAS PRINCIPALES ESPECIES QUIMICAS DE ARSENICO PROBABLES DE ENCONTRAR EN MEDIOS NATURALES SON AS INORGANICO, EN SUS ESTADOS DE OXIDACION AS (III) Y AS (V) Y LAS ESPECIES ORGANICAS, ACIDOS METILARSONICO (MMA) Y DIMETILARSINICO (DMA). EN MEDIOS BIOLOGICOS Y DEBIDO A PROCESOS DE METABOLIZACION, BIOTRANSFORMACION Y BIOACUMULACION A LO LARGO DE LA CADENA ALIMENTICIA, ARSENICO SE ENCUENTRA TAMBIEN FORMANDO PARTE DE MOLECULAS COMPLEJAS, TALES COMO ARSENOBETAINA (ASB), ARSENOCOLINA (ASC) Y ARSENOAZUCARES. LA TOXICIDAD DE LAS ESPECIES DE ARSENICO SON MUY DIFERENTES, AS (III) Y AS (V) SON LAS DE MAYOR TOXICIDAD, LAS ESPECIES ALQUILADAS PRESENTAN UNA TOXICIDAD MENOR, EN CAMBIO LOS COMPUESTOS ORGANOARSENICALES DE ALTO PESO MOLECULAR SN CONSIDERADOS NO TOXICOS. EN CHILE, ARSENICO SE OBTIENE COMO SUBPRODUCTO DE LA MINERIA DEL COBRE, PRINCIPALMENTE DEL TRATAMIENTO DE MINERALES SULFURADOS, ENCONTRANDOSE ADEMAS COMO IMPUREZA EN PRODUCTOS PROVENIENTES DE LAS FUNDICIONES DE COBRE, CONSTITUYENDO ESTA UNA DE LAS PRINCIPALES FUENTES ANTROPOGENICAS DE ESTE METALOIDE EN NUESTRO PAIS. POR OTRA PARTE, EN EL NORTE DE CHILE (REGIONES I Y II ) EXISTEN ZONAS GEOLOGICAS CON ABUNDANCIA NATURAL DE ARSENICO, LO QUE SE HA TRADUCIDO EN UN ARSENICISMO CRONICO ENDEMICO DE LA POBLACION. DEBIDO A LAS DIFERENTES PROPIEDADES ECOTOXICOLOGICAS DE LAS ESPECIES DE ARSENICO, PARA PREDECIR EL POTENCIAL IMPACTO DE ESTE METALOIDE TANTO EN HUMANOS COMO EN DIFERENTES ECOSISTEMAS, ASI COMO TAMBIEN PARA EVALUAR LA BIODISPONIBILIDAD Y COMPRENDER SU COMPORTAMIENTO EN CICLOS LOCALES Y GLOBALES, ES RECONOCIDO EN LA ACTUALIDAD EL HECHO QUE PARA ESTOS FINES, NO BASTA CONOCER LOS CONTENIDOS TOTALES DE ARSENICO, SINO QUE ES NECESARIO CONOCER LA REPARTICION DE LAS DIFERENTES ESPECIES QUIMICAS PRESENTES EN DICHOS ECOSISTEMAS. POR ESTA RAZON SE HACE IMPRESCINDIBLE EN PRIMER LUGAR, DISPONER DE METODOLOGIAS ANALITICAS QUE PERMITAN NO SOLO IDENTIFICAR Y CUANTIFICAR LAS FORMAS INORGANICAS DEL ELEMENTO CON DIFERENTES ESTADOS DE OXIDACION SINO QUE TAMBIEN ESPECIES ORGANICAS DE ARSENICO, ES DECIR LLEVAR A CABO, DE LA MANERA MAS COMPLETA POSIBLE, SU ESPECIACION QUIMICA. SE REQUIERE ADEMAS DISPONER DE PROCEDIMIENTOS QUE PERMITAN EXTRAER, CUANTITATIVAMENTE LAS ESPECIES DE ARSENICO DESDE MATRICES SOLIDAS, SIN QUE SE PRODUZCA MODIFICACION EN LA DISTRIBUCION ORIGINAL DE LAS ESPECIES. EN ESTE TRABAJO, SE EFECTUO EL ACOPLAMIENTO DE TECNICAS ANALITICAS, PARA GENERAR LA TECNICA ANALITICA HIBRIDA HPLC-UV-HG-AFS QUE PERMITE EFECTUAR EL ANALISIS DE ESPECIACION DE ARSENICO CON CALIDAD ASEGURADA. CON ELLA FUE POSIBLE SEPARAR, IDENTIFICAR Y CUANTIFICAS AS (III), AS (v), DMA Y MMA CUANDO SE UTILIZA CROMATOGRAFIA DE INTERCAMBIO ANIONICO Y ASB, TMAO, TMAS Y ASC CUANDO SE UTILIZA CROMATOGRAFIA DE INTERCAMBIO CATIONICO. ESTA METODOLOGIA PRESENTO LIMITES DE DETECCION DEL ORDEN DE LOS UG L1 PARA CADA ESPECIE EN SOLUCION, LO QUE PERMITE POSTULAR A ESTA METODOLOGIA COMO UNA DE LAS MEJORES PARA LA ESPECIACION DE ARSENICO, LA QUE ADEMAS PERMITE DETECTAR OTROS COMPUESTOS DE AS TAL COMO ARSENOAZUCARES. EL SISTEMA FUE ACOPLADO INSTRUMENTALMENTE, TANTO EN SUS CONEXIONES HIDRAULICAS E INFORMATICA. SE LOGRO LA SINCRONIZACION DE LOS INSTRUMENTOS, CON UNA ADECUADA RECEPCION Y ADQUISICION DE SEÑALES EN TIEMPOS CROMATOGRAFICOS REALES Y DE MANERA PROGRAMADA. LA UNION DE LOS INSTRUMENTOS A PARTIR DE SUS CONFIGURACIONES ORIGINALES Y LAñoOPTIMIZACION DE SU FUNCIONAMIENTO, PERIMITIO LOGRAR Y CUMPLIR CADA UNO DE LOS OBJETIVOS ANALITICOS DE LA PRESENTE TESIS. DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA DETECCION SE OPTIMIZO LA ETAPA DE LA FOTOOXIDACIN, CONCENTRACION Y FLUJO DE K2S2O8 Y EL TIEMPO DE IRRADIACION UV. PARA LA GENERACION DE HIDRUROS ADEMAS DE LAS CONCENTRACIONES Y FLUJO DE HCI Y NABH4, FUE NECESARIO OPTIMIZAR EL FLUJO AUXILIAR DE HIDROGENO, OBTENIENDOSE CON ELLO UNA MEJOR SEÑAL ANALITICA EN TERMINOS DE UNA MAYOR REPRODUCTIBILIDAD Y MENOR RUIDO DE FONDO. EN CUANTO A LA SEPARACION DE LAS ESPECIES DE ARSENICO UTILIZANDO UNA COLUMNA DE INTERCAMBIO CATIONICO (HAMILTON PRP-200), SE DETERMINO QUE EL PH ES EL FACTOR PREDOMINANTE TANTO PARA LA RETENCION (FACTOR DE CAPACIDAD) COMO PARA LA RESOLUCION DE LAS ESPECIES DE ASB Y TMAO, MIENTRAS QUE PARA TMAS Y ASC LO ES LA CONCENTRACION TOTAL DEL ION ELUYENTE (K+H3O). LA SEPARACION DE LAS ESPECIES ANIONICAS DE AS EN UNA COLUMNA DE INTERCAMBIO ANIONICO (HAMILTON PRP-100) DE 10 CM DE LARGO, ES LOGRADA EN UN TIEMPO DE 10 MINUTOS, CON UN GRADIENTE DE TAMPON FOSFATO. EN ESTE TRABAJO TAMBIEN SE PRESENTA LAñoPTIMIZACION Y SELECCION DE METODOLOGIAS DE EXTRACCION, ESTO ES, EL PROCESO COMPLETO QUE PERMITE LA SOLUBILIZACION SELECTIVA Y CUANTITATIVA DE LAS ESPECIES DE ARSENICO DESDE MATRICES SOLIDAS SIN QUE OCURRAN MODIFICACIONES EN LA DISTRIBUCION DE LAS ESPECIES DE ARSENICO A CUANTIFICAR. SE DETERMINO QUE ESTE PROCESO DEPENDE TANTO DE LA NATURALEZA DE LA SOLUCION DEL EXTRACTANTE COMO DE LA MATRIZ Y QUE LOS MEJORES EXTRACTANTES FUERON H3PO4 A UNA CONCENTRACION 0,3 M PARA VBEGETALES TERRESTRES, ALGAS MARINAS, SUELOS Y SEDIMENTOS Y UNA MEZCLA METANOL- AGUA EN PROPORCION 9:1 PARA MOLUSCOS Y PESCADO. EN ESTAS ULTIMAS MATRICES SE DETERMINO QUE , PARA EL ANALISIS DE ESPECIACOIN DE ARSENICO ES RECOMENDABLE UTILIZAR COMO EXTRACTANTE LA MEZCLA CH3OH:H2O 9:1 PARA EXTRAER LAS ESPECIES ASB, ASC Y TMAO. POR OTRA PARTE, PARA EXTRAER LAS ESPECIES AS (III), AS (V), MMA Y DMA ES RECOMENDABLE UTILIZAR SOLO AGUAño BIEN METANOL EN BAJAS PROPORCIONES (10). LA TECNICA DE RADIACION DE MICROONDAS FOCALIZADA APLICANDO BAJAS POTENCIAS, RESULTO SER EFICAZ PARA LA EXTRACCION DE AS, ADEMAS DE PRESENTAR UNA REPRODUCTIBILIDAD EN PROMEDIO MENOR AL 5. EN RELACION A LOS NIVELES Y A LA ESPECIACION DE ARSENICO EN MUESTRAS PROVENIENTES DE ECOSISTEMAS MARINO-COSTERO, SE DETERMINO QUE LAS CONCENTRACIONES TOTALES DE ARSENICO EN SEDIMENTOS MARINOS MUESTRADOS VARIAN SEGUN EL SITIO AL CUAL PERTENECEN. LA CONCENTRACION MAS ALTA (10 VECES MAS QUE OTRAS LOCALIDADES DE CHILE) SE ENCONTRO PARA EL SEDIMENTO PROVENIENTE DE CHAÑARAL, ZONA QUE RECIBIO POR UN TIEMPO PROLONGADO, LA DESCARGA DE RESIDUOS CONTAMINADOS PROVENIENTES DE YACIMIENTOS MINEOS UBICADOS EN LA CORDILLERA DE LOS ANDES. EN CUANTO AL ANALISIS DE ESPECIACION DE ARSENICO EN LAS MUESTRAS DE SEDIMENTOS, LOS RESULTADOS OBTENIDOS DAN CUENTA QUE LA PRINCIPAL FORMA DE ARSENICO QUE SE ENCUENTRA PRESENTE ES AS (V). EN ALGUNAS MUESTRAS SE ENCUENTRA AS (III) A NIVELES INFERIORES A 1MG KG-1, VALOR QUE NO SUPERAN 12 DEL TOTAL EXTRAIDO. EN ALGUNOS CASOS E DETECTA LA PRESENCIA DE DMA PERO A NIVELES DE CONCENTRACION MENORES AL LIMITE DE CUANTIFICACION (0,05 MG L-1). LOS SEDIMENTOS MARINOS PROVENIENTES DE CHAÑARAL Y QUINTERO, SITIOS CONSIDERADOS IMPACTADOS ANTROPOGENICAMENTE POR LA MINERIA DEL COBRE, TIENEN UNA ALTA CAPACIDAD DE RETENER AS INORGANICO. EXISTEN DIFERENCIAS EN LA CONCENTRACION TOTAL DE AS EN LOS MOLUSCOS SEGUN EL SITIO DE DONDE ESTOS PROVIENEN. LOS RENDIMIENTOS DE EXTRACCION DE LAS ESPECIES DE ARSENICO EN BIOTA MARINA, ESTAN COMPRENDIDOS ENTRE UN 23 A UN 87 EN RELACION AL CONTENIDO TOTAL DE AS DETERMINADO. LA PRINCIPAL ESPECIE CUANTIFICADA FUE ASENOBETAINA CON PORCENTAJES COMPRENDIDOS ENTRE 50 Y 79 DEL TOTAL DE ARSENICO PRESENTE. JUNTO A ESTA ES POSIBLE ENCONTRAR EN ALGUNOS MOLUSCOS, LAS ESPECIES TMAO, TMAS, ASC Y DOS ESPECIES NO IDENTIFICADAS PROBABLEMENTE CORRESPONDIENTE A ARSENOAZUCARES. ESTA ULTIMA FUE LA PRINCIPAL ESPECIE ENCONTRADA EN ALGAS MARINAS. EN RELACION AL ECOSISTEMA TERRESTRE SE CONCLUYO QUE EL PUCHUNCAVI Y LOS ALREDEDORES RECIBEN EL IMPACTO DE METALES Y METALOIDES DEL COMPLEJO INDUSTRIAL LAS VENTANAS, YA QUE LA CONCENTRACION DE AS TOTAL PRESENTE EN MUESTRAS DE SUELO Y ALFALFA PROVENIETE DE ESTOS SITIOS, ES FUNCION DE LA DISTANCIA AL COMPLEJO INDUSTRIAL Y PROVENIENTES DE LOS SITIOS MAS IMPACTADOS SE ENCUENTRAN BIODISPONIBLES Y PRESENTAN MAYOR MOVILIDAD QUE SITIOS QUE NO RECIBEN ESTE IMPACTO ANTROPOGENICO. ASI, EN MUESTRAN DE ALFALFA DE ZONAS CONTAMINADAS, ES POSIBLE UNA EXTRACCION CUANTITATIVA CON EL REACTIVO AGUA. LA PIRNCIPAL ESPECIE PRESENTE EN ESTAS MUESTRAS ES AS (V).