Desarrollo de procesos químicos de separación por membranas para la caracterización de sistemas marinos afectados por contaminación metálica

Resumen

La gran importancia de los océanos en el mantenimiento de la vida en nuestro planeta se debe a que cubren el 71% de la superficie de la Tierra, siendo el compartimento ambiental que más vida sostiene y suponiendo el 97% de las aguas superficiales en el ciclo global hidrogeológico. Sin embargo actualmente el aumento de la población mundial está haciendo que los océanos sean explotados y utilizados como un enorme vertedero debido a la idea errónea de su inagotable autorregeneración. Estos vertidos procedentes de la mano del hombre han contribuido a aumentar las concentraciones naturales de ciertos contaminantes como hidrocarburos, compuestos organohalogenados o metales pesados, provocando su acumulación en los organismos acuáticos, y por tanto su introducción en la cadena trófica, así como su dispersión a través de los movimientos de masas de agua. Para comprender adecuadamente el comportamiento de los metales en el medio marino, así como sus posibles efectos, es importante determinar las posibles fuentes de dichos elementos y las formas químicas en las que se encuentran, ya que presentarán diferente biodisponibilidad por los organismos acuáticos. En la actualidad, los análisis de metales traza en aguas naturales se realizan a través de la utilización de técnicas analíticas muy sensibles, como las técnicas voltamétricas o las de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS, ICP-OES) que requieren en muchas ocasiones de la utilización de metodologías de ultralimpieza y de Salas Blancas para evitar la contaminación de la muestra durante su manipulación. Estas alternativas resultan en general complejas debido a las interferencias de matriz de estas muestras y a la necesidad de realizar una etapa previa de separación y/o preconcentración, por las bajas concentraciones que presentan estos elementos. Por todo ello, el objetivo principal de esta tesis consiste en el desarrollo de nuevos métodos analíticos para la cuantificación de la fracción biodisponible de metales pesados en agua de mar a niveles subtrazas y ultratrazas, utilizando técnicas más sencillas y asequibles. Para ello, utilizando el níquel como ejemplo de elemento metálico que aparece en el medio acuático en bajas concentraciones, se han realizado una serie de estudios utilizando la metodología de extracción líquido-líquido para evaluar la viabilidad de varios sistemas químicos para determinar, por un lado la concentración total de níquel, y por otro diferenciar las distintas fracciones de níquel en aguas naturales, principalmente en aguas marinas donde las dificultades de análisis se acentúan. Una vez demostrada la viabilidad de dos sistemas químicos para la diferenciación de las distintas fracciones de níquel, en el capítulo III se expone cómo se traslada el sistema químico elegido para realizar el fraccionamiento de las especies de níquel a uno basado en el uso de una membrana líquida de volumen, que por su propia configuración, con fácil acceso a las disoluciones acuosas, muestra mayor facilidad para optimizar las variables físico-químicas que influyen en el sistema así como para ver el efecto de diferentes agentes complejantes en la extracción. Además, se presenta el estudio de separación realizado satisfactoriamente de las distintas fracciones de níquel presentes en muestras reales con el sistema de membranas líquidas de volumen optimizado. Por último en el capítulo IV, con el objetivo de mejorar los factores de preconcentración obtenidos con la membrana líquida de volumen y reducir el impacto en el medio ambiente debido a los altos volúmenes de disolventes usados en este tipo de membranas, se presentan dos sistemas de microextracción en fase líquida (LPME, Liquid Phase Microextraction), uno para contenidos totales de níquel y otro para su especiación. De este modo conseguimos desarrollar un método englobado dentro de la llamada Química Analítica Verde (GAC, Green Analytical Chemistry), siendo una alternativa para reemplazar las metodologías contaminantes por otras denominadas limpias, con menores efectos negativos sobre el medio.