Numerosas sustancias peligrosas se filtran de los vertederos al suelo y al agua subterránea, amenazando la salud humana y el medio ambiente. Sin embargo, Los métodos actuales para monitorear estas sustancias son engorrosos y pueden crear sustancias químicas peligrosas adicionales.

Un método conocido como espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS) ofrece un limpiador, Enfoque más rápido y simple que las tecnologías existentes para detectar contaminantes en los fluidos provenientes de vertederos, conocidos como lixiviados. En la revista The Optical Society Óptica aplicada , un equipo de investigadores que trabaja en la empresa brasileña Embrapa Instrumentation reporta mejoras a la tecnología LIBS y confirma que LIBS puede usarse para detectar mercurio en lixiviados.

"LIBS es una técnica ambientalmente limpia que está libre de residuos químicos, en comparación con las técnicas de referencia estándar que se utilizan actualmente para el mismo tipo de análisis, "dijo Carlos Menegatti, Universidad de São Paulo, Brasil, y el primer autor del artículo. "Es más, LIBS es una técnica mucho más rápida y no requiere una preparación previa de las muestras ".

Análisis de lixiviados de vertederos

Como el agua de lluvia fluye a través de un vertedero, recoge varios tipos de contaminantes disueltos y suspendidos. Los administradores de vertederos deben recolectar y tratar este fluido antes de que pueda llevar la contaminación al suelo circundante. Para saber qué métodos de tratamiento emplear, los gerentes confían en pruebas que detectan los contaminantes específicos presentes, que debe reducirse por debajo de los umbrales legales de concentración.

El mercurio es uno de los contaminantes más peligrosos que se encuentran en los lixiviados de los vertederos. Daña la vida silvestre y se ha asociado con problemas neurológicos y de desarrollo en humanos. La mayoría de las normas ambientales requieren que el mercurio se reduzca por debajo de 0,5 partes por millón (ppm); a menudo se encuentra en lixiviados de pretratamiento en concentraciones de 0.05 a 160 ppm.

Las técnicas actuales para detectar mercurio y otros contaminantes metálicos en los lixiviados incluyen la espectroscopia de absorción atómica, fluorescencia de rayos x, espectroscopia de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente y espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente. Aunque estas técnicas son muy precisas, requieren una laboriosa preparación de muestras, haciendo imposible obtener resultados de pruebas en tiempo real. Algunas de estas técnicas también generan desechos químicos.

El nuevo estudio es el primero en aplicar LIBS a la detección de mercurio en lixiviados de vertederos. En LIBS, una muestra se apunta con un intenso pulso de láser, que genera un plasma muy caliente. La luz emitida por este plasma es luego capturada y medida por un espectrómetro, que se puede calibrar para detectar las firmas químicas de contaminantes específicos.

Refinando la configuración de LIBS

El LIBS convencional no es lo suficientemente sensible para detectar mercurio en los niveles de concentración que son relevantes para el lixiviado de vertederos. Para superar esta limitación, los investigadores utilizaron una configuración de doble pulso en la que una serie de dos pulsos láser apuntan a la muestra, generando un plasma aún más intenso. Esto aumenta la cantidad de luz emitida por el plasma, que mejora la sensibilidad sensitiva.

"Esta fue la primera vez que se aplicó LIBS de doble pulso para medir el mercurio en una muestra sólida, ", dijo Menegatti." Está bien establecido en la literatura que la LIBS de doble pulso tiene más sensibilidad que la LIBS de un solo pulso, por lo que hemos logrado mejores límites de detección en muestras sólidas que en trabajos anteriores ".

El enfoque de doble pulso también hizo posible usar una línea de emisión diferente (la región del espectro de emisión que los científicos usan para identificar una sustancia química específica de interés) para detectar mercurio. La línea de emisión cercana a los 253 nanómetros (nm) se usa a menudo para detectar mercurio, pero cuando el hierro también está presente, la línea de emisión de hierro puede causar interferencias a 253 nm, necesitando un análisis de datos más complejo para separar la huella de mercurio de la del hierro. El uso del láser de doble pulso permite observar una línea de emisión de mercurio diferente cerca de 194 nm, evitando así la interferencia con la línea de emisión de hierro.

El equipo probó su sistema experimentalmente usando lixiviados que habían sido mezclados con mercurio. La concentración de mercurio más baja detectable en sus pruebas fue de 76 ppm. Los investigadores dijeron que los refinamientos adicionales deberían permitir la detección de niveles más bajos de mercurio, en última instancia a 5 ppm o menos, para que el sistema sea útil para asegurar el cumplimiento de las normas legales. En experimentos de validación, el sistema mostró un error promedio de alrededor del 20 por ciento, lo que, según los investigadores, debería ser satisfactorio para cuantificar el mercurio en el lixiviado de vertederos.

Próximos pasos

Los investigadores planean perfeccionar aún más la instrumentación LIBS para mejorar la capacidad de detectar mercurio en concentraciones más bajas y cuantificar con mayor precisión la cantidad de mercurio presente. Además, aunque el mercurio fue el foco de esta demostración de prueba de concepto, el sistema podría calibrarse para medir las firmas químicas de contaminantes distintos del mercurio.

"Este concepto se puede aplicar a otros elementos químicos, "dijo Menegatti." Dependiendo del tipo de muestra, puede elegir líneas más adecuadas para evitar interferencias en el espectro provocadas por las líneas de emisión de otros elementos ".