CARACTERIZACIÓN DE Pb Y Cd MEDIANTE LA RESINA CHELEX-100 DEL AGUA DE LA PRESA JOSÉ ANTONIO ALZATE EN EL ESTADO DE MÉXICO. Ma. del Carmen González Cortés1, Icela D. Barceló Quintal1, Hugo E. Solís Correa1, Anne L. Bussy B 1, Pedro Avila P.2 (1) Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco. Av. San Pablo No. 180, Col. Reynosa Tamaulipas, Azcapotzalco, D.F., C.P. 02200, Fax: 5318-9540, Tel.: 53189360, E-mail: [email protected]. (2) Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares. Gerencia de Ciencias Ambientales, Ap.Post.: 18-1027. México, D.F. Tel: 53297236, Fax: 53297332

RESUMEN Se caracterizaron las especies potencialmente tóxicas de Cd y Pb para la biota del agua de la presa J. A. Alzate, mediante el intercambio iónico con la resina Chelex-100. La resina Chelex-100 permite el intercambio catiónico, es utilizada con iones metálicos libres y débilmente acomplejados, se caracteriza por tener en su estructura un grupo funcional iminodiacetato (-OOC-CH2-NH-CH2-COO-), que permite que las especies se separen en lábiles e inertes. Se trabajó con esta resina utilizando tiempos de contacto pequeños y largos, el Pb2+ presentó gran afinidad hacia la resina y el Cd2+ una afinidad intermedia. Lo que sugiere que el Pb se encuentra formando especies más biodisponibles que el Cd. INTRODUCCIÓN La presa J.A. Alzate tiene como influente principal al río Lerma (Barceló, 2000), el cual recibe aportes de diversas plantas industriales, que aunque han tratado sus aguas de desecho, los tratamientos no son al 100%, situación que permite que los desechos pasen a las aguas del río; además de las domésticas y las agrícolas. Los contaminantes ambientales que están presentes en bajas concentraciones en el agua pueden ser bioacumulados por organismos acuáticos, en altos niveles. La estimación de la bioconcentración en los organismos acuáticos es importante para evaluar la posible toxicidad a la biota. El estudio del comportamiento de cuerpos acuosos contaminados es difícil debido a la

gran variedad de interacciones que se llevan a cabo en él. Los iones metálicos en sistemas acuosos pueden estar presentes en varias formas químicas: como iones hidratados, formando complejos orgánicos o inorgánicos, asociados a coloides o partículas suspendidas. Es importante considerar que el agua, el sedimento, los sistemas coloidales, el material en suspensión y la biota forman un sistema íntimamente relacionado, por lo tanto, iones como Cd y Pb al entrar al sistema pueden formar especies químicas que lo alteren. La especiación química es una metodología que permite diferenciar las posibles especies químicas disueltas que puede formar un ion metálico. Es importante para los estudios limnológicos, el determinar las diferentes especies químicas, ya que es útil estimar su biodisponibilidad y su posible toxicidad para los organismos presentes en un cuerpo de agua. Esta metodología (Florence, 1983), tiene por objeto el identificar las distintas especies químicas que se forman entre iones positivos (cationes) y los diversos iones negativos (aniones). En años recientes se han desarrollado algunas metodologías de especiación química (Chakrabarti et al, 1993; Florence y Batley, 1980; Florence, 1977), cada una de ellas esta orientada a evaluar las especies de un cuerpo de agua en particular, debido a la gran variedad de interacciones que se llevan a cabo entre los iones metálicos presentes con aniones inorgánicos y materia orgánica (Barceló, 2000; González, 1997). La caracterización de especies metálicas se puede efectuar empleando algunas técnicas; entre ellas, el intercambio catiónico. La resina Chelex-100 (Florence y Batley, 1975; Riley y Taylor, 1968) funciona como excelente intercambiador catiónico (Christian, 1968) para metales pesados, está formada por una red de estireno, con grupos funcionales iminodiacetato (imda), -OOC-CH2-NH-CH2-COO-. Para efectuar el intercambio catiónico; por su disposición permite trabajar con iones metálicos libres y débilmente acomplejados. Mediante esta técnica, las especies se pueden separar fácilmente en dos grupos: las electroquímicamente disponibles o lábiles y las no lábiles o inertes (González, 1997, González et.al., 1997), se les denomina lábiles a las especies que intercambian con la resina, mientras que aquellas que no sufren modificaciones se les denomina inertes. Entre las especies lábiles, se tiene a los iones metálicos libres y metales débilmente acomplejados, y entre las especies inertes, a las especies metálicas asociadas a materiales coloidales orgánicos e inorgánicos. La forma iónica del metal retenida por la resina es la más fácilmente biodisponible (Stumm y Morgan, 1981). PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS Las muestras se analizaron siguiendo el esquema de la figura 1 (González et.al., 1997). Para la determinación de las especies lábiles e inertes, se trabajó utilizando tiempos de contacto pequeños y largos (Barceló et.al., 2000; González, 1997; Figura y McDuffie,

1980; Batley y Florence, 1976a) con esta resina, con la siguiente metodología:

Muestra Centrifugación, filtración a 0.45µm

Intercambio catiónico rápido

Intercambio catiónico lento

Análisis

Análisis Figura 1. Diagrama de especiación utilizado para determinar las especies que se encuentran en el agua de la presa J.A. Alzate. 1. Intercambio catiónico rápido: a 700 ml de muestra se le agregaron 2 g de resina Chelex-100 preparada (Barceló, et.al., 2000; González et.al., 1997), manteniendo la muestra en agitación suave durante 30 s, inmediatamente se repartió la muestra en dos porciones, una para su análisis y la otra para el intercambio lento, como se representa en la figura 1. 2. Para el intercambio catiónico lento, la muestra se mantuvo en contacto con la resina en agitación suave durante 24 horas, y posteriormente se analizó. Los análisis se realizaron por espectrofotometría de absorción atómica de horno de grafito. En las figuras 2 y 3, se presentan los resultados de los intercambios para los iones Cd y Pb respectivamente en las muestras a diferentes profundidades y de cada zona de la presa (González et.al., 1997). INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS Cadmio El cadmio presentó una afinidad intermedia hacia la resina, según los órdenes de afinidad característicos en resinas sintéticas de intercambio catiónico. Aplicando criterios de dureza y suavidad (Pearson, 1972), se tiene que los ligandos OH-, Cl- y SO42- se comportan como bases duras y el Cd2+ como ácido suave, así, según Barceló, et.al. (2000), las especies formadas con estos ligandos: [CdOH]+, [Cd(OH)2 ], [CdCl]+,

Intercambio cationico rápido intercambio cationico lento

-11

2.5x10

E fon

E 2m

E 1m

E 20cm

D fon

D 2m

D 1m

D 20cm

C fon

C 2m

C 1m

C 20cm

B fon

B 2m

+00

B 20cm

0.0x10

B 1m

Concentración de Cd2+ en mol/l.

-11

5.0x10

Zona y profundidad Figura 2. Concentración de Cd2+, en mol/l, en aguas provenientes de la presa J. A. Alzate.

intercambio cationico rápido intercambio cationico lento -09

2.0x10

-09

1.0x10

Zona y profundidad Figura 3. Concentración de Pb2+, en mol/l, en aguas provenientes de la presa J. A. Alzate.

E fon

E 2m

E 1m

E 20cm

D fon

D 2m

D 1m

D 20cm

C fon

C 2m

C 1m

C 20cm

B fon

B 2m

B 1m

0.0x10+00 B 20cm

Concentración de Pb2+ en mol/l.

-09

3.0x10

[CdCl2] y [CdSO4] se consideran lábiles, ya que el cadmio preferirá intercambiar los ligandos de cada caso con la resina, la cual es un ligando intermedio, es decir, es menos dura que los ligandos OH-, Cl- y SO42-. Según Arheland et. al. (1958) y Schwarzenbach (1961), en los compuestos donde se encuentran presentes tanto un ácido como una base duros, existe un predominio de carácter iónico en el enlace, por el contrario si un ácido y una base suaves son los que están presentes, el carácter predominante en el enlace es el covalente. Esto explica la existencia de una mejor afinidad entre el cadmio (ácido suave) y la resina (base intermedia). Las especies: [CdCl3]-, [CdCl4]2-, [Cd(SO4)2]2- y [Cd(SO4)3]4- a pesar de contienen ligandos que se comportan como bases intermedias y el Cd como ácido suave, no son muy lábiles, debido posiblemente a la cantidad de aniones que rodean al cation, lo que evita que exista interacción entre los grupos funcionales de la resina y el ion Cd2+. El Cd2+ forma especies estables (Barceló et.al., 2000; González, 1997) con los sulfuros y cianuros que son ligandos suaves, lo que explica el porqué no intercambiaron con la resina, por lo tanto, se consideran las de mayor elución. Cuando la muestra es pasada a través de la resina Chelex-100 y la elución es rápida, los lábiles se retienen: Plomo En el caso del plomo, se pueden considerar a las especies [PbOH]+ , [Pb(OH)2], [PbCl] +, [PbCl2] y [PbSO4] como lábiles, esto es, tienden a intercambiar, pues en cada una está presente un ligando considerado como base dura y siendo el Pb2+ un ácido intermedio con tendencia a suave, intercambia rápidamente hacia la resina (considerada como una base intermedia). Para las especies: [Pb(OH)3]-, [PbCl3]-, [PbCl4]2-, al ser más voluminosas no intercambian rápidamente con la resina. CONCLUSIONES q Mediante el empleo de la resina es posible determinar las especies lábiles e inertes. q Stumm y Morgan, (1981), han relacionado los iones metálicos y a los complejos más lábiles como las formas más tóxicas para cierta biota. El intercambio con la resina Chelex-100, es importante ya que mediante su uso se pueden clasificar las especies químicas inocuas o con potencialidad tóxico para la biota, pues como se ha indicado, permite conocer a las especies lábiles biodisponibles de Cd y Pb. BIBLIOGRAFÍA Arhland, S.; Chatt, j.; Davies, N.R. (1958). The relative affinities of ligand atoms for acceptor molecules and ions. Advance. Inorg. Chem., Vol. 1, p. 150.

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