MONOGRAFIA EQUIPOS PARA METALES PESADOS-SOSA PINO FLAVIA

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL TEMA: “MONOGRAFIA: EQUIPOS PARA ANALIZAR METALES PESADOS” DOCENTE: Dr. SOTO GONZALES, HEBERT HERNAN CURSO: CONTAMINACION Y CONTROL DE SUELOS ELABORADO POR: SOSA PINO, FLAVIA ANDREINA CODIGO: 2019205132 VII CICLO 13 de Enero Del 2023 ILO – PERÚ

2. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL CONTENIDO I. INTRODUCCION. ........................................................................................................ 3 II.OBJETIVOS. ................................................................................................................ 3 III.MARCO TEORICO. ..................................................................................................... 3 3.1. METALES PESADOS. ...................................................................................................... 3 3.2. ANÁLISIS DE METALES PESADOS. ............................................................................ 5 3.3.TIPOS DE REMEDIACIÓN ............................................................................................. 6 3.4. EQUIPOS PARA ANALIZAR METALES PESADOS. ................................................. 8 IV.CONCLUSIONES. ...................................................................................................... 15 V.RECOMENDACIONES. ............................................................................................. 15 VI.BIBLIOGRAFIA. ........................................................................................................ 16 2

3. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL I. INTRODUCCION. El suelo y las aguas subterráneas son insumos para vegetales y frutas y, por lo tanto, para los animales y la humanidad en su conjunto. Los metales pesados no solo pueden afectar el crecimiento de los cultivos, sino que también pueden ingresar a las aguas superficiales a través del polvo aéreo transportado por el viento. Cuando alcanzan una cierta concentración, los metales pesados en el suelo penetrarán en el agua subterránea con la escorrentía superficial y entrarán en el sedimento del agua a través de la sedimentación, que se volverá a liberar a los cuerpos de agua bajo ciertas condiciones, lo que resultará en la contaminación del medio ambiente. La calidad del agua se ve afectada por una amplia gama de influencias naturales y humanas. La determinación de la concentración de metales pesados como Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Co, Mn, Hg, Ni, Zn y la comparación con los estándares de la OMS es fundamental. Incluso con los conocimientos actuales sobre los peligros de los metales pesados, la incidencia de envenenamiento sigue siendo considerable y requiere un tratamiento preventivo y eficaz. La calidad del agua se puede considerar en términos de concentración y estado de algunos o todos los materiales orgánicos e inorgánicos junto con ciertas características fisiológicas del agua. II. OBJETIVOS. Reconocer la problemática que es la contaminación por metales pesados de aguas y suelos, y el impacto que este tiene en la salud de los seres vivos. Identificar y conocer los diferentes equipos para analizar metales pesados, sus funciones, sus elementos y ventajas. III. MARCO TEORICO. 3.1. METALES PESADOS. Los metales pesados no solo son cancerígenos, sino que muchas otras enfermedades, como las pulmonares, hepáticas, renales y enfermedades similares, también son posibles ocurrencias. El arsénico, el cadmio, el cromo y el níquel son aceptados como carcinógenos del grupo 1 por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer, y estos metales pesados son al mismo tiempo utilizados comercialmente. Algunos otros metales pesados 3

4. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL también son cancerígenos por naturaleza, y un estudio relevante enumeró además el cobalto, el plomo y el mercurio. Tabla 1. Estándar regulatorio de metales pesados en suelo agrícola (mg/kg). Tabla 2. Normas de metales pesados en el agua y avisos sanitarios. 4

5. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL 3.2. ANÁLISIS DE METALES PESADOS. Determinar la calidad del agua potable principalmente mediante la determinación de los metales pesados presentes es de suma importancia debido al impacto en la salud humana. Algunos de los metales pesados (arsénico, cadmio, cromo y níquel) tienden a poner en peligro la salud pública, cuando se encuentran por encima de los límites críticos en el suelo y el agua, convirtiéndose en cancerígenos. Los metales pesados son tomados por los humanos a través de la cadena alimenticia. Como lo demuestran numerosos investigadores de todo el mundo, la contaminación por metales pesados proviene principalmente de aguas residuales y pesticidas, así como de forma natural. Los recursos naturales provienen de la composición de las formaciones rocosas presentes en el área de estudio. Puede estar presente una o todas las fuentes mencionadas anteriormente de contaminación por metales pesados. 5

6. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL Los metales pesados son contaminantes comunes en el entorno del suelo, a saber, arsénico (As), cadmio (Cd), cromo (Cr), mercurio (Hg), plomo (Pb), cobre (Cu), zinc (Zn), níquel (Ni). Este tipo de contaminación es biológicamente tóxico, está ampliamente distribuido y persiste a largo plazo en el medio ambiente del suelo. Se han realizado muchos estudios sobre técnicas de remediación para suelos contaminados con metales pesados, incluidas técnicas de remediación in situ (recubrimiento superficial, encapsulación, extracción electrocinética, lavado del suelo, inmovilización química, fitorremediación, biorremediación) y técnicas de remediación ex situ (vertederos, lavado de suelos, solidificación, vitrificación). Estas técnicas de remediación se enfocan en reducir la concentración máxima o biodisponible de metales pesados en el suelo. Aunque estos métodos tienen un alto rendimiento, la mayoría de ellos son costosos, nocivos para el medio ambiente y consumen mucho tiempo 3.3.TIPOS DE REMEDIACIÓN Las metodologías de remediación pueden ser de naturaleza química o biológica. Dado que la contaminación por metales pesados en sí misma es un proceso químico, se debe evitar la remediación química y se deben introducir procesos biológicos. -Fitoacumulación La fitoacumulación es un mecanismo a través del cual los metales pesados en el suelo y el agua en una región específica se acumulan en las plantas nativas y luego se eliminan. La “bioacumulación” es el proceso en el que la concentración química en un organismo acuático alcanza un nivel que supera el del agua como resultado de la absorción química a través de todas las vías de exposición química. La bioacumulación tiene lugar en condiciones de campo y es una combinación de bioconcentración química y biomagnificación. Por otro lado, la acumulación de metales se expresa mediante el coeficiente de absorción biológica de metales (BAC) o la relación de concentración de metales planta-suelo/agua. Los factores de bioconcentración se utilizan para relacionar los residuos de contaminantes en los organismos acuáticos con la concentración de contaminantes en las aguas ambientales. Muchos compuestos químicos, especialmente aquellos con un componente hidrofóbico, se dividen 6

7. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL fácilmente en los lípidos y las membranas lipídicas de los organismos y se bioacumulan. -Fitoestabilización La fitoestabilización comprende el establecimiento de una cubierta vegetal en la superficie de los sitios contaminados para reducir la movilidad de los contaminantes dentro de la zona vadosa mediante la acumulación por raíces o la inmovilización dentro de la rizosfera, reduciendo la contaminación fuera del sitio. El proceso incluye la transpiración y el crecimiento de las raíces que inmoviliza los contaminantes al reducir la lixiviación, controlar la erosión, crear un ambiente aeróbico en la zona de las raíces y agregar materia orgánica al sustrato que une el contaminante. La actividad microbiana relacionada con las raíces de las plantas puede acelerar la degradación de contaminantes orgánicos como pesticidas e hidrocarburos a formas no tóxicas. -Fitodegradación La fitodegradación, que también se conoce como fitotransformación, es la descomposición de los contaminantes absorbidos por las plantas a través de procesos metabólicos dentro de la planta o la descomposición de los contaminantes que rodean la planta a través del efecto de las enzimas producidas por las plantas. Las plantas son capaces de producir enzimas que catalizan y aceleran la degradación. Por lo tanto, los contaminantes orgánicos se descomponen en formas moleculares más simples y se incorporan a los tejidos de las plantas para ayudar a su crecimiento. La figura 2 muestra el proceso de degradación. Las enzimas en las raíces de las plantas descomponen (degradan) los contaminantes orgánicos. Los fragmentos se incorporan a nuevo material vegetal. Figura 1. Proceso de degradación 7

8. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL -Fitovolatilización La fitovolatilización es un proceso en el que las plantas absorben contaminantes del suelo y los liberan en forma volátil a la atmósfera a través de la transpiración. El proceso ocurre cuando las plantas en crecimiento absorben agua y contaminantes orgánicos. Es posible que las plantas interactúen con una variedad de compuestos orgánicos y afecten el destino y el transporte de muchos contaminantes ambientales. Los compuestos orgánicos volátiles pueden volatilizarse de los tallos o las hojas (fitovolatilización directa) o del suelo debido a las actividades de las raíces de las plantas (fitovolatilización indirecta). La Figura 3 representa la fitovolatilización directa e indirecta. Figura 2. Fitovolatilización directa e indirecta. -Control hidráulico El control hidráulico es el método de fitorremediación, donde se altera la dirección del flujo del medio acuoso contaminado y se orienta el flujo contaminado. El estudio de investigación pertinente diseñó un sistema de este tipo en el campo. El objetivo de este modelo de captura hidráulica con fines de remediación era diseñar un campo de pozos para que se alterara la dirección del flujo de agua subterránea. Al hacerlo, fue posible detener o revertir la migración de un penacho contaminante. Las estrategias de gestión generalmente requieren un diseño de pozo que contenga o reduzca una pluma a un costo mínimo. 3.4. EQUIPOS PARA ANALIZAR METALES PESADOS. Analizador Portátil De Metales Pesados HM-3000P Portable Heavy Metal Analyzer se basa en el método estándar aprobado por las autoridades, la voltametría de redisolución anódica (ASV), que presenta un bajo costo y alta precisión y está reemplazando el método 8

9. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL tradicional de absorción atómica en Europa. Se aplica ampliamente en la detección del entorno en el sitio, la detección de agua del grifo, las pruebas de aguas residuales de las industrias de procesamiento de superficies y galvanoplastia, el control de aguas residuales de alimentos, medicamentos y hospitales. La EPA estadounidense y otras autoridades han enumerado este método, como EPA7063 y 7472. Este instrumento no solo se puede utilizar para aplicaciones in situ en casos urgentes (por ejemplo, pruebas in situ de agua contaminada), sino que también se puede aplicar para la detección precisa de metales pesados en laboratorios. Configuraciones del analizador portátil de metales pesados: -Reactivos estándar. -Limpiador de electrodos. -Copas de análisis profesionales. -Pipeta y tubo de pipeta. -Cargador y adaptador para encendedor de cigarrillos. -Software de gestión de datos. -Maleta portátil. -Impresora Bluetooth portátil y accesorios. Ventajas: VENTAJAS Prueba rápida 30 segundos a 5 minutos de tiempo de prueba. Amplio rango los iones de medición típicos incluyen cobre, cadmio, plomo, zinc, de prueba mercurio, arsénico, cromo, níquel, manganeso y talio, etc. Alta la precisión analítica cuenta hasta 1 ppb y el límite de detección es precisión inferior a 0,5 ppb. el programa de operación inteligente guía a los usuarios que terminan Inteligente la operación fácilmente. Bajo costo reactivos baratos y poco uso. Operación los reactivos no tóxicos garantizan la seguridad de los usuarios. segura Ventajas del la composición especial garantiza una mejor estabilidad y es fácil de electrodo cambiar y mantener. 9

10. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL Niton XLt 792WY Se trata de un analizador elemental de fluorescencia de rayos-X portátil manual y de una sola pieza, que utiliza como fuente de excitación un tubo de rayos X de baja intensidad, 40kV, y ánodo de Rh, con rango de análisis desde CI hasta U, detector Pertier refrigerado de alta resolución Si-PIN y dos baterías de Li de ocho horas de autonomía. Su peso es menor de 2 kg. Es un equipo portátil que permite hacer análisis en campo, con una semipreparación, pero tiene la posibilidad de conectarse a un ordenador para realizar análisis en labora-torio (figura 2), para la muestra seca, tamizada, molida y prensada. El equipo viene calibrado con patrones internacionales de suelo para realizar análisis simultáneos de Ag. As. Ca. Cd, Co, Cr, Cu. Fe, Hg, K, Mn. Ni. Pb, Rb, Sb, Sc, Se, Sn, Sr. Ti, V, Zn y permite hacer correcciones de calibraciones empíricas. Analizador de metales Vulcan Expert+ 10

11. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL Vulcan es un analizador portátil LIBS (espectroscopia de descomposición inducida por láser), que permite a los usuarios realizar análisis rápidos de metales y está disponible con una garantía de 3 años. Solo aprieta el gatillo y un segundo después aparece el resultado. Como utiliza la tecnología LIBS, no tendrá que preocuparse por las radiografías. Ya sea que su negocio sea la clasificación de chatarra o el control de calidad de PMI, el espectrómetro de metales Vulcan brinda una identificación de grado precisa y uniforme en todo momento. Aumente significativamente la productividad Aumentar la cantidad de análisis por día puede marcar la diferencia, especialmente con controles de inventario grandes. Bajo costo de propiedad Como Vulcan es una herramienta de descomposición inducida por láser, por lo general no es necesario que el personal asista a clases de radiación y capacitación de certificación costosas y que consumen mucho tiempo.Identificación de grado y química completa Aceros inoxidables, aceros de baja aleación, aceros para herramientas, aleaciones de Ni Aleaciones de Co, Cu, Pb, Sn, Ti, Zn Aleaciones de Al y Mg. El difractómetro de rayos X portátil SHINE (Mineral & Rocks Edition). Es un difractómetro de rayos X portátil especialmente desarrollado para el análisis de fase mineral en el campo. Integra XRD, XRF y software de computadora y otras tecnologías, que pueden realizar rápidamente análisis cualitativos y cuantitativos, análisis de estructura cristalina, análisis de estructura de material y determinación de cristalinidad de muestras minerales. Tiene las ventajas de velocidad de prueba rápida, 11

12. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL precio bajo y alta precisión.El tamaño de la muestra en el conjunto de muestras es fijo, por lo que los cambios en la densidad de la muestra no afectan la resolución. Esta característica es especialmente importante para materiales de baja densidad, como muestras de fármacos, donde se puede lograr una mayor resolución con penetración fija en comparación con los instrumentos basados en geometría reflectante. VENTAJAS El instrumento adopta un diseño de máquina todo en uno de caja impermeable y a prueba de polvo, sin piezas mecánicas móviles, Portátil liviano y compacto, fácil de transportar, puede realizar libremente investigaciones científicas de laboratorio / campo La integración de la tecnología XRD y XRF, en cada prueba, puede recopilar simultáneamente datos de fotones de rayos X XRD y XRF, Integración proporcionar información sobre la composición, la fase y la estructura del material, a fin de promover resultados de prueba más precisos. Operación con una sola tecla del instrumento, sin corrección, detección automática, sin atención adicional al sistema de alta presión y al sistema Sencillez de enfriamiento por circulación de agua (instrumento sin sistema adicional de alta presión y enfriamiento por circulación de agua). El instrumento a través de USB, Bluetooth, WIFI y computadora Transmisión portátil para lograr una conexión de alta velocidad, control de de datos instrumentos SHINE en tiempo real y análisis de fase. Buena Especialmente desarrollado para la investigación geológica, el adaptabilidad instrumento puede ser a prueba de niebla, a prueba de polvo, a prueba ambiental. de golpes, puede adaptarse al entorno de mal uso. 12

13. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL Tratamiento de radiación de protección múltiple profesional, Seguridad instrumento de medición sin fugas de radiación en todas las direcciones. Espectrómetro de absorción atómica Perkin Elmer 3110. El espectrofotómetro PERKIN ELMER modelo 3110 es un equipo que aplica la técnica de absorción atómica, consistente en la medición de las especies atómicas generadas luego de la nebulización de la muestra con una llama de alta intensidad calórica y producida por la mezcla aire- acetileno. Permite detectar y determinar cuantitativamente la mayoría de los elementos químicos gracias a la medición de la absorción de energía a una longitud de onda particular. En el Laboratorio el equipo se emplea en el análisis de las matrices agua, suelo y tejido vegetal. El uso de fuentes de luz especiales y longitud de onda cuidadosa selección permite la determinación específica de un elemento en la presencia de otros. La calidad de la fuente de luz es de importancia primordial en la obtención de la mejor linealidad, sensibilidad, y precisión en la absorción atómica. Los HCL emiten luz al ionizar el gas de llenado usando un electrodoméstico potencial aplicado entre el ánodo y el cátodo. Los iones cargados positivamente chocan con los cátodos cargados negativamente y desalojar átomos de metal individuales en un proceso conocido como "pulverización". Estos metales "pulverizados" los átomos se excitan a través del impacto con iones de gas de relleno y se 13

14. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL emite luz de las longitudes de onda específicas para ese elemento cuando el átomo "decae" del estado excitado de nuevo al estado más estable. Características: Microprocesador incorporado Configurar parámetros operativos Encendido automático con pulsador Ejecutar muestras usando múltiples métodos Panel de control con pantalla alfanumérica Controles de gas incorporados con enclavamientos de seguridad El espectrómetro de absorción atómica Perkin Elmer 3100 está diseñado para usarse con técnicas de absorción de llama, emisión de llama y absorción atómica de mercurio/hidruro. Un sistema de quemador de alta eficiencia ofrece un spoiler de flujo y una perla de impacto para un rendimiento óptimo con todo tipo de muestras. Los controles de gas integrados con enclavamientos de seguridad, el encendido automático con botón pulsador y el cambio automático a llamas de óxido nitroso-acetileno simplifican las operaciones y garantizan la seguridad del operador. Se utiliza un panel de control incorporado con pantalla alfanumérica de dos líneas, teclado numérico y teclas de función para acceder a la programación integral que está conectada al microprocesador incorporado. 14

15. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL Figura 1. Equipo de Absorción Atómica PERKIN ELMER modelo 3110. Vista Frontal IV. CONCLUSIONES. La migración y transformación de los contaminantes de metales pesados en la capa superior del suelo y las aguas superficiales son, y con el drenaje industrial, la lluvia, etc., los elementos de metales pesados del suelo se introducen en el medio acuático, lo que conduce a una contaminación más grave de los recursos hídricos. El suelo y el agua agrícolas deben investigarse cuidadosamente antes del inicio de las actividades agrícolas. De los métodos generales de remediación biológicos y químicos, se debe preferir el primero, para no introducir nuevos productos químicos en el medio. En el futuro, es necesario mejorar aún más la evaluación de la contaminación tanto en el suelo como en el agua desde varias perspectivas en conjunto, como examinar las fuentes de los factores antropogénicos, promulgar políticas y reglamentos, y garantizar la remediación y el control de la contaminación por metales pesados. y fortalecer el método de identificación de fuentes de contaminación. Los equipos han sido diseñados específicamente para permitir fácil y rentablemente el monitoreo de los metales pesados más comunes asociados a problemas de salud y medio ambiente. V. RECOMENDACIONES. Mantener limpios y sin polvo cada elemento es fundamental para evitar su deterioro y lograr el normal funcionamiento del equipo. Asesorarse con personas capacitadas y aprender a utilizar de manera correcta cada equipo según su manera de operación y su función. 15

16. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL VI. BIBLIOGRAFIA. Agencia de Contaminación Ambiental, EPA. Edición de las Tablas de Normas de Agua Potable y Advertencias de Salud; 2018 Bakshi S, Banik C, He Z. El impacto de la contaminación por metales pesados en la salud del suelo. En: Gestión de la salud del suelo para una agricultura sostenible. Serie Burleigh Dodds sobre ciencias agrícolas, EE. UU., vol. 2. 2018. págs. 63-95. DOI: 10.19103/AS.2017.0033.20 Akün, M. E. (2020, 21 enero). Heavy Metal Contamination and Remediation of Water and Soil with Case Studies From Cyprus. https://www.intechopen.com/chapters/69993 artisantg.com. (s. f.). https://www.artisantg.com/Scientific/63929-10/Perkin- Elmer-3100-Atomic-Absorption-Spectrometer Ginés, G. M. J. (2013, 27 marzo). Utilización de un equipo portátil de fluorescencia de rayos X para el estudio de metales pesados en suelos: puesta a punto y aplicación a vertederos | DIGITAL.CSIC. https://digital.csic.es/handle/10261/73106 SHINE Family (Portable)_LANScientific- For The Packet Lab. (s. f.). https://en.lanscientific.com/products-and-solutions/61.html 16