Fraccionamiento químico/Chemical fractionation (I)

Los metales pesados son ubicuos en el medio natural estando su origen ligado en muchos casos a causas antropogénicas. En general, su presencia en suelos y sedimentos representa un riesgo medioambiental muy elevado y es uno de los más difíciles problemas de contaminación a resolver en las sociedades industriales, por la peligrosidad intrínseca de los elementos químicos, y porque se acumulan en las capas superiores o externas de suelos y sedimentos en formas más reactivas que las originales. Por consiguiente, suelos y sedimentos actúan como reservorios de elementos biodisponibles que pueden dar lugar a bioacumulación de los mismos en la cadena alimentaria e inducir por tanto perturbaciones en el ecosistema y provocar efectos adversos en la salud.

El riesgo medio-ambiental de los metales pesados en suelos, se evalúa generalmente sobre la base de su concentración total determinada por ataque ácido total o parcial (EPA 3051 1994, ISO 1995). Para tomar decisiones sobre la necesidad de intervención en puntos concretos, se suele considerar el uso del suelo (parque natural, agrícola, residencial, recreativo o industrial) o el nivel de contaminación. Los umbrales de decisión son muy variables y dependen de diferentes directivas en diferentes países.

A pesar de lo anterior, en la actualidad está totalmente aceptado que la toxicidad y movilidad de estos elementos depende principalmente de su forma química y de cómo están ligados o unidos a la matriz sólida. La idea básica es que cuando quedan fijados por el suelo (o los sedimentos) su impacto medio-ambiental se reduce.

Siempre subyace un peligro, su movilización, por lo que es importante conocer los mecanismos que van a regir la retención de los metales pesados en las matrices sólidas: precipitación con minerales primarios o secundarios, complejación por compuestos orgánicos (ácidos húmicos o fúlvicos), adsorción superficial, etc.... Los cambios que se puedan producir en las condiciones ambientales, tales como acidificación, aumento o disminución del potencial red-ox, variaciones en las concentraciones de sustancias complejantes, pueden originar la removilización de los elementos desde la fase sólida (reservorio) a las fases líquidas favoreciendo la contaminación de las aguas cercanas, superficiales o subterráneas.

La movilidad de los metales pesados en muestras medioambientales sólidas, depende de diversos factores que afectan a la forma y fuerza de la asociación metal-sólido: (a) tipo de suelo o sedimento, en base a parámetros que afectan a las interacciones con los metales, pH, contenido en CaCO3, Capacidad de Intercambio Catiónica, presencia de nutrientes (especies complejantes competitivas en la solución del suelo), contenido en materia orgánica, potencial red-ox y textura ; (b) Tipo de contaminación según su origen y a las características de la deposición: soluble o sólida (particulate), emisión puntual o continua... ; (c) Condiciones ambientales para la posterior evolución (wheatering): acidificación, los fenómenos red-ox, la temperatura...

La herramienta químico-analítica más utilizada para evaluar experimentalmente la asociación y la distribución de los elementos en la fase sólida es el fraccionamiento químico basado en la aplicación de extracciones químicas selectivas. Estas extracciones pueden emplear un único reactivo (sngle extractions) o varios utilizados de forma secuencial (sequential extractions), dando lugar a lo que se conocía anteriormente (y aún hoy se conoce) como esquemas de especiación. Los esquemas más usados derivan del propuesto por Tessier en 1979.



Heavy metals are ubiquitous in nature but their origin is related in many cases to anthropogenic causes. Generally, their presence in soils and sediments represent a very high environmental risk and they have become one of the more difficult pollution problems in industrial societies, because of their intrinsic dangerousity as well as they become accumulated in the external or superior layers of sediments and soils in more reactive forms or species than the original ones. Therefore, soils and sediments act like pools of bioavailable elements that can give rise to their bioaccumulation in the food chain and induce therefore disturbances in the ecosystem and bring about adverse effects in the health.

The environmental risk of heavy metals in soils, is evaluated generally by means of their total concentration determined by total or partial acid attack (EPA 3051 1994, ISO 1995). However, to take decisions about the need of intervention in a given site, the use of the soil (natural, agricultural, residential, recreational or industrial) or the pollution level are also taken in account. The decision thresholds are very variable and depend on different directives in different countries.

In spite of the above, today it is totally accepted that the toxicity and mobility of these elements depends mainly on their chemical form and how are bound or associated to the solid matrix. The basic idea is that when they become fixed by the ground (or the sediments) their environmental impact is reduced.

The danger of mobilization always underlies, and for this reason it is important to know the mechanisms ruling the retention of heavy metals in the solid matrixes: precipitation with primary or secondary minerals, complexation by organic compounds (humic or fulvic acids), surface adsorption... Changes produced in environmental conditions, such as acidification, increasing or diminution of the red-ox potential, variations in the concentrations of complexing substances, can originate the mobilization of the elements from the solid phase to the liquid phases favoring the contamination of nearly surface or ground waters.

The mobility of heavy metals in solid environmental samples, depends on diverse factors that affect the form and strength of the metal-solid association: (a) type of soil or sediment, based upon parameters that affect to the interactions with metals: pH, CaCO3 contents, Cationic Exchange Capacity, presence of nutrients (competitive complexing species in the soil solution), organic matter, red-ox potential and texture; (b) Type of pollution according to its origin and to the characteristics of the deposition: soluble or solid (particulate), punctual or continuous emission… ; (c) Environmental conditions for the later wheatering: acidification, red-ox phenomena, temperature

The more used analytical tool to evaluate the association and the distribution of these elements in solid phases, is the chemical fractionation based on selective chemical extractions. These extractions can use a single reagent (single extractions) or several used in a sequential way (sequential extractions), giving in this case to which it was previously (and still today it is) known as speciation schemes. Most of them are derived from the proposed by Tessier et al. in 1979.

Continuará/To be continued