Nuevos desarrollos en la identificación de especies de mercurio en sólidos mediante desorción térmica

Abstract

El mercurio es un metal pesado muy tóxico para la salud humana y el medioambiente. Es un elemento que puede estar presente en el agua, suelo, sedimentos y en la atmósfera. A pesar de sus bajos niveles de fondo en la naturaleza, la actividad humana (minería, generación eléctrica, etc.) ha incrementado de forma notable la concentración de este elemento en el medioambiente. El mercurio se puede encontrar en diversas especies químicas, cuyas propiedades físicas y químicas varían de una especie a otra. Estas propiedades van a determinar el comportamiento y distribución del mercurio en el medioambiente, su biodisponibilidad y su toxicidad para el ser humano, así como, el desarrollo de estrategias medioambientales que permitan eficazmente su reducción y control. La determinación analítica de algunas de las especies orgánicas de mercurio más peligrosas, como es el metilmercurio, ya está implantada en muchos laboratorios. Sin embargo, la identificación y cuantificación de las especies inorgánicas de mercurio continua siendo una tarea complicada. La desorción térmica programada es una técnica que se basa en la separación de las especies de mercurio en función de su temperatura de volatilización característica. Es un método que permite el análisis de especies de mercurio de forma simple, directa y rápida. Sin embargo, aún presenta algunas limitaciones inherentes a la técnica que necesitan ser optimizadas, como por ejemplo, la obtención de muestras de referencia que simulen la desorción térmica de cada especie de mercurio en cualquier tipo de matriz, la optimización de las condiciones experimentales para evitar la superposición de picos o la eliminación de cualquier interferencia durante el análisis de las especies de mercurio, concretamente, aquellas que son debidas a los compuestos volátiles desprendidos de muestras con elevado contenido en materia carbonosa. El objetivo de esta tesis ha sido desarrollar un dispositivo basado en la desorción térmica programada que permita identificar las especies de mercurio en cualquier tipo de sólido de forma sensible y selectiva. Para ello se prepararon una serie de muestras de referencia de los compuestos de mercurio que están presentes habitualmente en la naturaleza y en los procesos de utilización de carbón. Un dispositivo basado en la desorción térmica, que está disponible comercialmente para el análisis de la concentración total de mercurio, se puso a punto para el análisis de especies de mercurio. Mediante el análisis con este dispositivo (HgTPD) de las muestras de referencia se construyó una librería con las temperaturas características de desorción térmica para cada compuesto de mercurio. HgTPD demostró su utilidad en la determinación de las especies de mercurio en muestras con bajo contenido en materia orgánica, concretamente en cenizas volantes, suelos, yesos y chars. La especiación de mercurio en estos sólidos permitió por un lado, evaluar el riesgo de algunos de estos sub-productos cuando van a ser depositados en escombreras o reutilizados y por otro, a mejorar el desarrollo de sorbentes específicos para la retención de mercurio en procesos de combustión de carbón a través de identificar el tipo de interacción Hg/sorbente. La reproducibilidad de la técnica HgTPD fue evaluada mediante el análisis de diferentes muestras con tres dispositivos que trabajan en diferentes condiciones. Las especies de mercurio identificadas con los tres dispositivos fueron similares. Sin embargo, el análisis de muestras carbonosas no pudo ser realizado cuando el gas portador es inerte, debido a la interferencia que causa el humo que se desprende de la materia orgánica y que impide la detección. Un nuevo dispositivo basado en la desorción térmica fue construido el cual permite la especiación de mercurio en todo tipo de muestras, incluidas aquellas ricas en materia orgánica. La novedad principal de este dispositivo es que consta de dos hornos y dos entradas de gas. Esta nueva configuración es capaz de determinar cada especie de mercurio sin ninguna interferencia e independiente de la matriz en la que se encuentre. El equipo y método desarrollado fue empleado para la determinación de las especies de mercurio en muestras de carbones. Diferente especiación de mercurio fue observada en función del rango del carbón. Además se identificaron las especies de mercurio retenidas en carbones activos usados como sorbentes en procesos de combustión de carbón, como resultado de lo cual se propuso un mecanismo de retención Hg/sorbente