Desarrollo metodológico para la cuantificación de nanopartículas metálicas en matrices ambientales

Abstract

[spa] Las nanopartículas de dióxido de titanio (NPs-TiO2), son ampliamente utilizadas en productos industriales y al ser de naturaleza metálica, pueden inducir efectos tóxicos al medio ambiente, siendo los cuerpos de agua los principales receptores de este tipo de contaminantes. Aunado a lo anterior, las nanopartículas metálicas (MNPs) no se encuentran reguladas por alguna norma, aún y cuando hay indicios de sus efectos nocivos, por lo que son consideradas contaminantes emergentes. Una vez liberadas en el medio ambiente, las NPs se encuentran en forma de agregados aglomerados, es decir, grupos de agregados que tienen enlaces más débiles entre ellos, por lo que la separación de fracciones utilizando las técnicas de ultrafiltración y diálisis puede no ser suficiente para cuantificar el contenido metálico de las NPs, ya que se subestima una gran cantidad de NPs que se encuentran agregadas y no pasan a través del filtro de 0.1 µm. Por esta razón, se desarrolló una metodología para la determinación de NPs-TiO2 en efluentes de agua residual, estudiando los parámetros que afectan su agregación (pH, fuerza iónica, materia orgánica natural) y desaglomeración (ultrasonido, oxidación fotocatalítica y la combinación de ambos), para posteriormente realizar una separación por tamaño empleando ultrafiltración, sin subestimar los aglomerados de las NPs que pudieran quedar retenidos en las fracciones previas. Los parámetros que afectan la agregación de las NPs se tuvieron en cuenta para replicar las condiciones fisicoquímicas de la matriz de estudio, un agua residual sintética (ARsin) dopada con 300 µg L-1 de NPsTiO2. Se empleó un diseño factorial completo de la forma 23+3, para determinar las condiciones que más favorecen a la agregación de las NPs-TiO2. El análisis de cada fracción fue realizado por Espectrometría de Emisión Óptica con Plasma Inductivamente Acoplado (ICP-OES), evaluando el porcentaje de recuperación en la fracción de ultrafiltración, y seleccionar el que obtuviera menor porcentaje de recuperación de Ti, para llevar a cabo los experimentos de desaglomeración. Esto no fue posible por la alta variación en los resultados del experimento de agregación, debido a la metodología de separación de fracciones propuesta, generando un sesgo en la recuperación de Ti en todos los experimentos, que pudo ser causada por la variabilidad en el tipo de filtro y su fabricación, así como la inestabilidad de la materia suspendida particulada. Por tal motivo, no se pudieron seleccionar las condiciones que más favorecen a la agregación y se emplearon las condiciones promedio del diseño experimental, con el fin de realizar los experimentos de desaglomeración sin implementar la separación de fracciones, analizando los resultados mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) y la técnica de dispersión dinámica de luz (DLS). Se obtuvieron porcentajes de reducción de tamaño de aglomerados del 58% utilizando ultrasonido de baja frecuencia (35 kHz), 45% utilizando oxidación fotocatalítica con UV (λ= 300 a 420 nm) y 38% utilizando la combinación de ambas técnicas. Se propusieron diferentes métodos de digestión asistida por microondas, y se seleccionó el método con el cual se obtuvo una recuperación del 87%. Se desarrolló un protocolo de limpieza de recipientes de teflón para muestras que contengan NPs-TiO2, debido a que se observaron interferencias en el proceso de digestión asistida por microondas. Empleando dicho protocolo, se consiguió un límite de cuantificación (LC) y límite de detección (LD) de 0.154 µg L-1 y 0.046 µg L-1 respectivamente.