CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES AVANZADOS, S.C.

Validación de ensayos para realizar la caracterización de los jales mineros Tesis como requisito para obtener el grado de Maestría en ciencia y tecnología ambiental

Presenta: IQ. Mayra Lizeth Núñez Torres Directora de Tesis MC. Dámaris acosta Slane Co- asesor MC. Luis Armando Lozoya Márquez Asesor externo Dr. Luis Miguel Rodríguez Vázquez

CONTENIDO 1

INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 1 1.1

Justificación ............................................................................................. 1

1.1.1

Importancia de la validación de métodos .................................... 1

1.1.2

Importancia de la caracterización jales mineros ........................ 2

1.2

Origen de las normas de calidad y la acreditación de los

laboratorios de ensayo .................................................................................... 2 1.3

Normalización .......................................................................................... 3

1.3.1

Organismos internacionales de normalización ........................... 4

1.3.2

Organismos nacionales de normalización ................................... 5

1.4

Acreditación de laboratorios de ensayo ............................................. 5

1.4.1

Antecedentes en la acreditación de laboratorios de ensayo ... 6

1.4.2

Antecedentes de la NMX-EC-17025 ............................................. 7

1.5

Validación de métodos .......................................................................... 8

1.5.1

La validación de métodos como sistema de aseguramiento de

la calidad ........................................................................................................ 8 1.5.2

Mediciones en la validación de métodos ..................................... 9

1.5.3

Límites ............................................................................................. 14

1.5.4

Linealidad ........................................................................................ 15

1.5.5

Parámetros

de

validación

evaluados

de

acuerdo

a

la

naturaleza de las pruebas analíticas ...................................................... 16 1.5.6

Aplicación de los métodos validados a muestras reales ........ 17 ii

1.6

Legislación para determinar la caracterización de un jal minero 18

1.7

Procedimientos empleados para la caracterización de jales

mineros ............................................................................................................. 18 1.7.1

Método NMX EPA 9045 D Determinación de pH en solidos .. 19

1.7.2

Métodos EPA 9014 y EPA 9010C Determinación de cianuros

totales. Métodos EPA 9034 y 9030B Determinación de Sulfuros totales 19 1.7.3

Métodos EPA 3050B y EPA 7000B Determinación de metales

totales y EPA 3010A Procedimiento para realizar la prueba de extracción de constituyentes tóxicos ...................................................... 20 1.8

Límites máximos permisibles para los analitos de interés ........... 20

1.9

Pruebas estadísticas aplicables en la validación de métodos ..... 21

1.9.1

Análisis robusto .............................................................................. 21

1.9.2

Estadísticos

aplicables

para

la

validación

de

métodos

analíticos ...................................................................................................... 22 2

3

HIPÓTESIS Y OBJETIVOS ....................................................................... 25 2.1

Hipótesis ................................................................................................ 25

2.2

Objetivos ................................................................................................ 25

2.2.1

Objetivo general ............................................................................. 25

2.2.2

Objetivos específicos .................................................................... 25

Metodologia .................................................................................................... 26 3.1

Obtención de los parámetros de desempeño de métodos analíticos ....... 26

3.1.1

Intervalo lineal de trabajo ................................................................... 26 iii

3.1.2

Repetibilidad ...................................................................................... 27

3.1.3

Reproducibilidad ................................................................................ 29

3.1.4

Porcentaje de recuperación y Sesgo ................................................. 30

3.1.5

Límite de detección y cuantificación .................................................. 30

3.2

Métodos validados ................................................................................... 32

3.2.1

NMX EPA 9045 D Determinación de pH ........................................... 32

3.2.2

Determinación de cianuros totales con los métodos EPA 9010C y EPA

9014 y determinación de sulfuros totales con los métodos EPA 9030B y EPA 9034

34

3.2.3

Determinación de metales totales. Métodos EPA 3050 B y EPA 7000B 40

4

Resultados ...................................................................................................... 46 4.1

Repetibilidad ............................................................................................ 46

4.1.1

Determinación de pH ......................................................................... 46

4.1.2

Determinación de cianuros y sulfuros totales .................................... 47

4.1.3

Determinación de metales totales...................................................... 47

4.1.4

Procedimiento de lixiviación sintética ................................................ 48

4.1.5

Criterios de aceptación para evaluar el parámetro de repetibilidad de

los métodos validados .................................................................................... 49 4.2

Reproducibilidad ...................................................................................... 50

4.2.1

pH ...................................................................................................... 50

4.2.2

Cianuros y sulfuros totales ................................................................ 50

iv

4.2.3

Determinación de metales totales...................................................... 51

4.2.4

Procedimiento de lixiviación sintética ................................................ 52

4.2.5

Criterios de aceptación para evaluar la reproducibilidad de los

métodos validados .......................................................................................... 52 4.3

Recuperación y sesgo .............................................................................. 53

4.3.1

Sesgo de pH ..................................................................................... 53

4.3.2

Determinación de cianuros y sulfuros totales .................................... 54

4.3.3

Determinación de metales totales...................................................... 55

4.3.4

Procedimiento de lixiviación sintética ................................................ 56

4.3.5

Criterios de aceptación o rechazo de los parámetros de porcentaje de

recuperación y sesgo ...................................................................................... 57 4.4

Intervalos de trabajo ................................................................................. 57

4.4.1

Método NMX EPA 9045 D Determinación de pH............................... 57

4.4.2

Determinación de cianuros totales con los métodos EPA 9010C y EPA

9014 y determinación de sulfuros totales con los métodos EPA 9030B y EPA 9034

58

4.4.3

Determinación de metales totales y procedimiento de lixiviación

sintética........................................................................................................... 58 4.4.4

Criterios de aceptación para la evaluación de los intervalos de trabajo 59

4.5

Límite de detección y cuantificación ......................................................... 59

4.5.1

Cianuros totales y sulfuros totales ..................................................... 59

4.5.2

Determinación de metales totales...................................................... 61 v

5

4.5.3

Procedimiento de lixiviación sintética ................................................ 61

4.5.4

Criterios de aceptación para el límite de detección encontrado ........ 62

Conclusiones .................................................................................................. 63 5.1

Determinación de pH................................................................................ 63

5.2

Determinación de cianuros y sulfuros totales ........................................... 63

5.3

Metales totales ......................................................................................... 64

5.4

Movilidad de metales y metaloides........................................................... 64

6

Recomendaciones .......................................................................................... 66

7

Analisis estadistico ......................................................................................... 69 7.1

Pruebas de distribución normal ................................................................ 69

7.2

Análisis estadístico para validar pH ......................................................... 70

7.2.1

Intervalo de trabajo........................................................................ 70

7.2.2

Repetibilidad ................................................................................... 71

7.2.3

Reproducibilidad ............................................................................ 74

7.2.4

Sesgo ............................................................................................... 76

7.3

Análisis estadístico

para validar cianuros totales y sulfuros

totales ............................................................................................................... 79 7.3.1

Límite de cuantificación ................................................................ 79

7.3.2

Repetibilidad ................................................................................... 81

7.3.3

Reproducibilidad ............................................................................ 84

7.3.4

Porcentaje de recuperación y sesgo .......................................... 87

vi

7.4

Evaluación de los resultados obtenidos en laboratorio para

validar a determinación de metales y metaloides en jales mineros ..... 92 7.4.1

Límite de detección y cuantificación .......................................... 92

7.4.2

Recuperación y sesgo ................................................................... 94

7.4.3

Repetibilidad y reproducibilidad .................................................. 95

7.4.4

Reproducibilidad para la determinación de metales totales .. 95

Tablas Tabla 1Parámetros evaluables para la validación de métodos analíticos de acuerdo a su procedimiento de análisis ................................................................ 17 Tabla 2 Límites máximos permisibles de cianuros totales y sulfuros totales de acuerdo a la NOM-052-SEMARNAT-2005 ............................................................ 20 Tabla 3 Límites máximos permisibles para los constituyentes tóxicos del extracto PECT y base seca (Extraído de la NOM-157-SEMARNAT-2009)......................... 20 Tabla 4 Concentraciones fortificadas para obtener el coeficiente de correlación para la linealidad del método considerado en el intervalo de trabajo .................... 27 Tabla 5 Concentración de soluciones fortificadas para evaluar la repetibilidad y reproducibilidad en metales totales ....................................................................... 29 Tabla 6 Concentraciones mínimas detectables por el espectrofotómetro de absorción atómica ................................................................................................. 31 Tabla 7 Resultados de ji-cuadrado para la evaluación del criterio de aceptación de repetibilidad para las mediciones de pH ................................................................ 46 Tabla 8 Resultados de repetibilidad para la determinación de cianuros totales y sulfuros totales ...................................................................................................... 47 vii

Tabla 9 Resultados de coeficientes de variación para evaluar la repetibilidad en la determinación metales totales .............................................................................. 48 Tabla 10 Resultados del coeficiente de variación porcentual y el coeficiente de variación de Horwitz para evaluar la repetibilidad del procedimiento de lixiviación sintética ................................................................................................................. 49 Tabla 11 Resultados de la aplicación del estadístico de Fisher a

valores

nominales de pH ................................................................................................... 50 Tabla 12 Resultados de repetibilidad para la determinación de cianuros totales y sulfuros totales ...................................................................................................... 51 Tabla 13 Resultados obtenidos de coeficiente de variación porcentual y coeficiente de variación de Horwitz para evaluar la reproducibilidad ...................................... 51 Tabla 14 Coeficientes de variación obtenidos para evaluar la reproducibilidad de la extracción de solubles en extracto PECT .............................................................. 52 Tabla 15 Resultados de sesgo de pH para los equipos A y B y evaluación de su criterio de aceptación ............................................................................................ 53 Tabla 16 Resultados de porciento de recuperación en la determinación d cianuros totales y sulfuros totales ........................................................................................ 54 Tabla 17 Resultados t-student para evaluar la veracidad de los métodos aplicados para validar la destilación de cianuros totales y sulfuros totales ........................... 55 Tabla 18 Resultados de porcentaje de recuperación y sesgo para la determinación de metales totales ................................................................................................. 55 Tabla 19 Resultados de recuperación y sesgo para la determinación de metales por lixiviación sintética ........................................................................................... 56 Tabla 20 Intervalo de trabajo para pruebas volumétricas ...................................... 58

viii

Tabla 21 Resultados del coeficiente de correlación para la linealidad del método considerado en el intervalo de trabajo ................................................................... 58 Tabla 22 Límite de cuantificación para la determinación de cianuros totales ........ 60 Tabla 23 Límite de cuantificación para la determinación de sulfuros totales ......... 60 Tabla 24 Resultados de límite de cuantificación para cianuros totales y sulfuros totales .................................................................................................................... 60 Tabla 25 Resultados LD y LC para metales totales .............................................. 61 Tabla 26 Resultados de límite de detección y cuantificación para el procedimiento de la determinación de metales en lixiviación sintética en agua tri destilada ........ 61 Tabla 27 Resultados de límite de detección y límite de cuantificación para el procedimiento de la determinación de metales en lixiviación sintética con agua ácida ...................................................................................................................... 62 Tabla 28 Resultados de distribución normal ......................................................... 69 Tabla 29 Resultados obtenidos para la validación de pH mediante los potenciómetros A y B ........................................................................................... 70 Tabla 30 Ejemplo de la evaluación de la repetibilidad mediante X2 para pH......... 72 Tabla 31 Resultados de ji-cuadrado para la evaluación del criterio de aceptación de repetibilidad para las mediciones de pH ........................................................... 73 Tabla 32 Resultados del análisis de la media y la varianza del equipo A y B para la evaluación de la repetibilidad del valor nominal de pH=4.002 ........................... 74 Tabla 33 Tabla de distribución de Fisher .............................................................. 75 Tabla 34Resultados de la aplicación del estadístico de Fisher a valores nominales de pH ..................................................................................................................... 76

ix

Tabla 35 Valores de sesgo obtenidos para un pH=4,002 con el equipo de medición A ............................................................................................................................ 77 Tabla 36 Valores numéricos necesarios para el cálculo de t-student critica ......... 78 Tabla 37 Resultados para determinar el límite de cuantificación de cianuros totales .............................................................................................................................. 79 Tabla 38 Valores para calcular el límite de cuantificación de cianuros totales ...... 80 Tabla 39 Resultados de límite de cuantificación para la determinación de sulfuros totales .................................................................................................................... 81 Tabla 40 Valores para la evaluación del límite de cuantificación de sulfuros totales .............................................................................................................................. 81 Tabla 41 Resultados de la determinación de cianuros totales para evaluar la repetibilidad ........................................................................................................... 82 Tabla 42

Resultados de la determinación de sulfuros totales para evaluar la

repetibilidad ........................................................................................................... 84 Tabla 43 Resultados de las repeticiones del método EPA 9010 C y EPA 9014 para evaluar la reproducibilidad .................................................................................... 85 Tabla 44 Valores estadísticos para analizar la reproducibilidad de acuerdo al estadístico de Fisher. ............................................................................................ 86 Tabla 45 Resultados de las repeticiones del método EPA 9030 B y EPA 9034 para evaluar la reproducibilidad .................................................................................... 86 Tabla 46Valores estadísticos para analizar la reproducibilidad de acuerdo al estadístico de Fisher ............................................................................................. 87 Tabla 47 Resultados de recuperación y sesgo en la determinación

cianuros

totales. ................................................................................................................... 88

x

Tabla 48 Análisis t-student para la identificación de errores sistemáticos en la evaluación de la recuperación de cianuros totales ................................................ 89 Tabla 49 Resultados de recuperación y sesgo en la determinación de sulfuros totales .................................................................................................................... 90 Tabla 50 Análisis t-student para la identificación de errores sistemáticos en la evaluación de la recuperación y sesgo de sulfuros totales ................................. 91 Tabla 51Resultados para la validación del límite de detección y cuantificación de Berilio .................................................................................................................... 93 Tabla 52 Resultados de porcentaje de recuperación y sesgo para la determinación de metales totales ................................................................................................. 94

xi

RESUMEN

Esta tesis fue realizada con la finalidad de validar

los métodos analíticos

necesarios para determinar la movilidad de constituyentes tóxicos, pH, cianuros, sulfuros y metales totales en jales mineros. Se desarrolló una etapa experimental la cual comprende el desarrollo de la metodología necesaria para realizar las determinaciones ya mencionadas y también se incluye una etapa metodológica para obtener los parámetros de desempeño que contribuyeron a la aceptación o de rechazo de hipótesis que involucra la validación de métodos analíticos. Posteriormente, se desarrolló el análisis de resultados estadísticamente, incluyendo en esta tesis un anexo con ejemplos didácticos de cómo obtener los parámetros de desempeño y aplicar las técnicas estadísticas necesarias para evaluar hipótesis y obtener conclusiones de los métodos validados. Finalmente se presentan algunas recomendaciones a los procedimientos empleados de acuerdo a la experiencia obtenida en la validación de métodos, con la finalidad de proporcionar al lector información que podría proporcionar una mejora a las técnicas aquí expuestas.

xii

1 INTRODUCCIÓN 1.1 Justificación 1.1.1 Importancia de la validación de métodos

En la actualidad el mercado exige el aseguramiento de que los productos, materiales y servicios que producen o compran cumplan con requerimientos específicos. A menudo esto significa que algunos productos son enviados a laboratorio para comparar sus características contra alguna norma o especificación (ILAC, 2010). La confianza de los productos aumenta si el mercado es consciente de que estos han sido evaluados minuciosamente por un laboratorio de pruebas competente, el cual ha sido evaluado por algún tercero con reconocimiento a nivel internacional y ha pasado por un proceso de acreditación pare determinar su capacidad técnica (Rambla, 2011). Mediante la acreditación de laboratorios se comprueban diversos factores que describen la habilidad de los mismos para poder producir resultados de pruebas precisos y correctos a través de la validación de métodos analíticos. (Moroto, 1999) La validación de métodos analíticos permite evaluar diversos parámetros de desempeño es decir proporciona información que garantiza la competencia técnica del personal, la validez y adecuación de las pruebas para el cumplimiento de objetivos y el aseguramiento de la calidad de resultados mediante pruebas de ensayo o calibración. (T. Peters, 2006 ). Según la ISO-17025 es imposible que un laboratorio compruebe su capacidad técnica para desarrollar una prueba si no realiza una validación de métodos analíticos de acuerdo a diversas guías, las cuales han sido aprobadas a nivel internacional.

1

1.1.2 Importancia de la caracterización jales mineros En los procesos de extracción de metales es imposible evitar la generación de residuos mineros los cuales contaminan el entorno. Para asegurar el bienestar ambiental de ríos, comunidades aledañas, mantos freáticos etc. es importante el monitoreo constante de la condición de los jales (Martínez et al, 2010) La NOM-157-SEMARNAT-2009 describe a la minería como una actividad que se caracteriza por su alto volumen en generación de residuos, algunos de ellos parcialmente tóxicos, los cuales pueden constituir un riesgo a la salud y al medio ambiente en caso de ser manejados de forma inadecuada (DOF, 2009) es importante establecer criterios para determinar la concentración debida a causas antropogénicas en suelos afectados por esta actividad. Una actividad prioritaria es ubicar, cuantificar y caracterizar los residuos, tanto de las minas activas como las abandonadas, en los distritos mineros históricos de México (Armienta et al 2008) para prevenir efectos negativos que causan a los ecosistemas y a la salud de la población cercana. Socialmente es importante la caracterización de jales, ya que las concentraciones fuera de los límites permisibles ocasionan impactos irreversibles a la salud humana (Mendez et al2007), tanto de trabajadores como de las comunidades cercanas a las minas, afectando principalmente a niños (Aparicio, 2008). El no tener conocimiento de la composición química y de los jales acumulados cerca de zonas pobladas, existe el riesgo de que estas puedan intoxicarse diariamente de forma silenciosa (Sanihinet al, 1999)

1.2

Origen de las normas de calidad y la acreditación de los laboratorios de ensayo

Las primeras normas de calidad estandarizadas publicadas oficialmente fueron creadas por los estadounidenses en el año de 1939 denominadas normas Z1 (ANSI/ASQC Z1.4), estas normas se enfocaron en la correcta elaboración de equipo militar (Cruz, 1999). Una vez que los sistemas de calidad fueron iniciados por Estados Unidos, dichos sistemas fueron optados por los japoneses para sobrevivir económicamente, adquiriendo ambos países la capacidad de exportar productos manufacturados competentes a todo el mundo. Con el fin de aumentar sus niveles de competitividad, el resto de los países se vio obligado a crear sistemas 2

normalizados de producción en cada uno de los diferentes sectores económicos existentes. (Juran, 1981) En junio de 1947 en Zurci, Alemania se crea la organización internacional de estandarización (ISO) con la finalidad de promover el desarrollo de estándares internacionales y actividades relacionadas incluyendo la conformidad de los estatutos para facilitar el intercambio de bienes y servicios en todo el mundo. (Cruz, 1999) En el periodo de creación de la ISO los laboratorios de pruebas y calibración jugaban un papel importante dentro de las organizaciones, dado que ya eran elementos de apoyo para determinar o verificar las propiedades de los productos de acuerdo a criterios establecidos, sin embargo estos criterios no se encontraban internacionalmente respaldados (Pedroso, 2004). Según L. Cortez la acreditación de laboratorios tuvo sus orígenes en los años 70´S, debido a que en ese entonces para realizar pruebas de ensayo las cuales fueran consideradas como confiables para el mercado, se debían realizar en institutos nacionales de metrología exclusivamente, lo que saturaba a estos lugares de trabajo. La solución a la demanda insaciable de servicios de metrología se encontró identificando laboratorios suficientemente competentes para llevar a cabo sus propias calibraciones en nombre de los institutos nacionales de metrología, a través de una evaluación de sus capacidades para proporcionar servicios trazables la cual incluía la validación de los métodos analíticos (Cortez, 1999) En el año 1990, en Europa la ISO fue la responsable de generalizar los sistemas de acreditación de laboratorios basándose en la guía 25 ISO/IEC (Requerimientos para la competencia de calibración y pruebas de ensayo) y la norma europea EN 45001 (Criterios generales para el funcionamiento de los laboratorios de ensayo) que se había usado hasta entonces solo por los institutos nacionales de metrología, en esta guía se establecían los requerimientos generales para realizar calibración y pruebas de laboratorios, uno de estos requerimientos comprendía la validación de métodos analíticos. (Cortez, 1999). 1.3 Normalización Las normas y reglamentos se establecen con la finalidad de permitir una intercomparación de resultado de acuerdo a niveles de calidad preestablecidos (ISPC, 2010). Estas normas y reglamentos emanan de la unificación de criterios, a través de reuniones de grupos de trabajo formados por organismos nacionales (DGN, 3

2012). De esta manera se asegura que los valores de referencia sean los mismos, independientemente del lugar y el tiempo en el que se apliquen. La acreditación de laboratorios sugiere la validación de procedimientos, algunos de los cuales se encuentran publicados por organismos internacionales o nacionales o bien normalizados (CNICA, 2011). La normalización de procedimientos tiene como objetivo elaborar especificaciones técnicas que se utilicen, como referencia para mejorar la calidad y la seguridad de cualquier actividad tecnológica, científica, industrial o de servicio y permitir el intercambio de productos o servicios a nivel internacional (DGN, 2012). Su desarrollo se lleva a cabo en el seno de organismos de normalización, que mediante procedimientos preestablecidos, y agrupando a todos los interesados, publican documentos, elaborados y aprobados por consenso, que se denominan normas. (ILAC , 2013) La normalización persigue fundamentalmente tres objetivos:   

Simplificación: se trata de reducir los modelos para quedarse únicamente con los más necesarios. Unificación: para permitir el intercambio a nivel internacional. Especificación: se persigue evitar errores de identificación creando un lenguaje claro y preciso.

1.3.1 Organismos internacionales de normalización

La actividad comercial internacional ha establecido la necesidad de tomar como referencia normas que son acordadas por consenso mundial dentro de organismos internacionales. Surge así un foro que crea un lenguaje común y un mínimo a exigir en lo que se integra al comercio mundial; con el fin de evitar barreras técnicas o una competencia injusta (DGN, 2012). A continuación se muestran algunos organismos internacionales de normalización y los sectores en los cuales son aplicables. 

Codex alimentarius. Es el punto de referencia mundial para los consumidores, los productores de alimentos, los organismos nacionales de control de los alimentos y el comercio alimentario internacional. México es miembro desde 1963.

4







Organización Internacional de Normalización (ISO). Las normas ISO cuentan con un amplio campo de aplicación de los cuales sus comités técnicos y sus sub comités están encargados de hacer cumplir las normas establecidas. Los sectores participantes son: Agricultura, químicos, construcción, medio ambiente, medicina y salud, ingeniería mecánica, responsabilidad social y tecnologías de la información. Comisión Electrotécnica Internacional (CIE). Es la organización líder en la elaboración de normas internacionales y sistemas de evaluación de la conformidad para productos eléctricos y electrónicos. Organización mundial de la salud.(OMS). Es la autoridad directiva y coordinadora de las actividades sanitarias en el sistema de las naciones unidas.

1.3.2 Organismos nacionales de normalización

Los Organismos Nacionales de Normalización (ONN) son personas morales cuyo principal objetivo es la elaboración y expedición de normas mexicanas en las materias en que sean registrados por la Dirección General de Normas. Los ONN deberán permitir la participación de todos los sectores interesados en los comités para la elaboración de normas mexicanas, así como de las dependencias y entidades de la administración pública federal competentes. (DGN, 2012) A continuación se muestran algunos de los ONN existentes en México    

Sociedad Mexicana de Normalización (NORMEX) Instituto Mexicano de Normalización y Certificación (IMNC) Asociación de Normalización y Certificación (ANCE) Normalización y Certificación Electrónica (NYCE)

1.4 Acreditación de laboratorios de ensayo La acreditación es el acto que da la seguridad y avala que los resultados de calibración y ensayo obtenidos en un laboratorio ejecutan las regulaciones, normas o estándares correspondientes con precisión para que comprueben, verifiquen o certifiquen los productos y servicios que consume la sociedad (CNICA, 2011). Para poder garantizar tanto la confiabilidad de los procedimientos de pruebas ejecutadas como de los resultados obtenidos, es necesario contar con el 5

reconocimiento, por parte de un organismo pertinente, de la capacidad técnica y administrativa del personal del laboratorio para el desarrollo de las pruebas, en las cuales se declara apto. (Cortez, 1999) La acreditación de laboratorios se basa en la evaluación de la conformidad de un sistema de calidad que cumpla con los requisitos administrativos y técnicos establecidos en una norma de calidad de referencia (CNICA, 2011). Los requisitos para la acreditación han sido modificados continuamente, adaptándolos secuencialmente a la normatividad internacional. Los criterios empleados en la evaluación de la conformidad en México se establecen en la NMX-EC-17025:2006 “Requisitos generales para la competencia de laboratorios de calibración y prueba”, emitida por el instituto mexicano de normalización y certificación (IMNC). Esta norma tiene su fundamento en la guía ISO/IEC 17025:2005 1.4.1 Antecedentes en la acreditación de laboratorios de ensayo

La cooperación Internacional para la Acreditación de laboratorios (ILAC, international laboratory acceditation cooperatios) ha jugado un papel importante en el establecimiento de estándares internacionales para laboratorios de prueba. ILAC fue formalizada como un organismo de cooperación en 1996, cuando 44 naciones firmaron en Ámsterdam un memorándum de entendimiento (MOU, memorándum of understanding). Tal acuerdo permite reforzar y facilitar la aceptación internacional de los resultados de las pruebas y la eliminación de barreras técnicas comerciales. (ILAC , 2013) ILAC es el principal foro internacional en el mundo para exponer el desarrollo de procedimientos y prácticas de acreditación de laboratorios, así como para promoción de su acreditación. (IFA, 2013) Debido a la presencia de México como miembro de ILAC y a la inminente importancia que adquirieron los laboratorios de pruebas, el país se vio en la necesidad de crear un sistema interno para evaluar la conformidad de sus laboratorios denominado. El sistema Nacional para la Acreditación de laboratorios de pruebas (SINALP). (ILAC, 2010) Después de la creación del SINALP, se establece el Sistema Nacional de Calibración (SNC), con el fin de que el trabajo en conjunto fuera la base del sistema mexicano de evaluación de la conformidad, dando origen a la Ley Federal sobre Metrología y Normalización (LFMN), junto con la creación del Centro

6

Nacional de Metrología (CENAM) y el nacimiento de los organismos certificadores de productos, sistemas y personal. En enero de 1999, la entidad mexicana de acreditación (EMA) comienza a operar como órgano acreditador de México en el Diario Oficial de la Federación con autorización de la Secretaria de Comercio y Fomento industrial. La EMA cuenta con todos los acuerdos de reconocimientos multilaterales de los máximos organismos de acreditación en la materia a nivel mundial como son el Foro Internacional de Acreditación (IAF) y la Cooperación Internacional de la acreditación de laboratorios (ILAC). Lo cual garantiza que su operación es equiparable a organismos de acreditación como: Alemania, Francia, Japón, Canadá, Estados Unidos, Brasil entre otros. La adopción de la acreditación ha ayudado a los países a establecer un sistema uniforme para determinar la competencia técnica de los laboratorios. Además, ha permitido que los países con sistemas de evaluación similares, puedan establecer acuerdos de reconocimiento mutuo entre ellos. Esto significa que los resultados obtenidos por uno de los laboratorios son aceptados por los demás, como si ellos mismos hubieran llevado a cabo la evaluación. (ILAC , 2013). L. Cortez realizó una comparación de resultados obtenidos de mismas pruebas de análisis químico en laboratorios acreditados y no acreditados, sus resultados demostraron que los laboratorios acreditados obtuvieron cerca de un 90% de resultados satisfactorios, mientras que los laboratorios no acreditados obtuvieron solo un 65%. 1.4.2 Antecedentes de la NMX-EC-17025

La primer norma mexicana para la acreditación de laboratorios de ensayo se creó en el año 1992 llamada NMX-CC-013-1992, esta era equivalente a la segunda guía ISO/IEC 25 emitida en 1982, a finales del año 2000 se publicó la NMX-EC025 equivalente a la tercera edición de la ISO/IEC 25, poco después se publica la NMX-EC-17025:2000 la cual era equivalente a la OSO/IEC 17025:2000 , la norma utilizada actualmente para la acreditación de laboratorios de ensayo en México es la NMX-EC-17025-2006 la cual está basada en la ISO/IEC 17025: 2005 (IMNC,2005).

7

1.5 Validación de métodos

La NMX-EC-17025 es la norma mexicana que por exigencia federal debe aplicarse para acreditar laboratorios de ensayo en México (INE , 2009), esta norma se divide en dos secciones, una sección de requisitos administrativos y la otra de requisitos técnicos, en la cual establece que la base de la acreditación en gran parte se determina por el desarrollo correcto de los ensayos efectuados. Lo cual se evalúa a partir de la validación de métodos. (NMX-EC-17025.IMNC-2006) Un ensayo es un medio por el cual se obtiene información específica de interés de diversas muestras a través de un análisis químico, el cual antes de ser aplicado debe comprobar que cumple diversos requisitos que expongan la calidad de su aplicación, sus limitaciones y el efecto de estas en los resultados finales (Skoog, 2001) La NMX-EC-17025-IMC-2006 define la validación de métodos como la confirmación por examen y la provisión de evidencia objetiva de que se cumplen los requisitos particulares de una técnica de determinación analítica para un uso específico propuesto. La validación de métodos consiste en un proceso de pruebas encaminadas a corroborar que un método es adecuado para un propósito en particular. Examina las características de desempeño de un método para establecer cualquier limitación que pueda esperarse del mismo cuando se aplica en un tipo específico de muestra (Eurachem, 1998).

1.5.1 La validación de métodos como sistema de aseguramiento de la calidad

Las exigencias de calidad y productividad actualmente son la base de la competitividad y solo pueden ser afrontadas con éxito si se tiene una cultura metrológica y los elementos para ejercerla adecuadamente. Es importante señalar que no se conoce una economía industrializada carente de institutos de metrología o de organismos normalizados robustos. (ILAC, 2010) En los laboratorios de ensayo es importante determinar que el mesurando se determina de forma confiable, para esto se requiere aplicar procedimientos de 8

acuerdo con las necesidades propias del laboratorio en los cuales se involucra la validación de métodos analíticos (NMX-EC-17025.IMNC-2006). Este conjunto de actividades debe ser parte de un sistema de calidad para obtener la acreditación, lograr el reconocimiento y confianza dentro de la organización y poder competir en mercados a nivel nacional o internacional (Alamilla, 2005). La validación de métodos tiene como función dentro del sistema de aseguramiento de la calidad en un laboratorio confirmar tres elementos fundamentales: Que los instrumentos de medición sean adecuados y aptos para un correcto desempeño de los métodos analíticos, la buena formación del personal y la eficiente generación o confirmación de los procedimientos necesarios para cumplir con los objetivos específicos. (Cortez, 1999).

1.5.2 Mediciones en la validación de métodos

El objetivo de una medición es determinar el valor convencional verdadero. Por lo que una medición comienza con una especificación apropiada del mesurando, el método de medición y el procedimiento de medición (ISPC, 2010). El resultado de una medición solo es un aproximado o estimado del valor convencional verdadero del mesurando; para conocer la calidad de las mediciones se realiza un análisis de los siguientes conceptos mediante la validación de métodos analíticos (Alamilla, 2005)     

Valor verdadero. Es el que se obtendría si se midiese de forma perfecta Valor convencional verdadero. Valor determinado en forma convencional, y sustituye al valor verdadero Trazabilidad. Cadena no interrumpida de comparaciones Exactitud. Distancia entre el valor convencional verdadero y el valor verdadero Precisión. Está referida a la diferencia entre las mediciones realizadas véase la Ilustración 1, donde la línea vertical muestra el valor real o también llamado valor de referencia, y las barras muestran los resultados de las mediciones realizadas.

9

Ilustración 1 Conceptos de precisión y exactitud

1.5.2.1 Exactitud en la validación de métodos analíticos

El manual del Codex alimentarius define la exactitud como el grado de concordancia entre el resultado de un ensayo y el valor de referencia. El termino exactitud, esta aplicado a un conjunto de resultados de un ensayo, y supone una combinación de componentes aleatorios y componente común de error sistemático o sesgo. La exactitud de un método se evalúa a partir de su veracidad y precisión. Veracidad

La veracidad de un método determina el grado de coincidencia existente entre un valor medio obtenido de una serie de resultados y un valor de referencia establecido, la veracidad puede ser determinada por sesgo o por recuperación. (EURACHEM, 2005)

10

1.5.2.1.1.1 SESGO Es la diferencia entre la expectativa relativa de los resultados de un ensayo o una medición y un valor de referencia empleado. Para determinar el sesgo se puede utilizar material de referencia certificado o bien material fortificado dependiendo de las exigencias del organismo de acreditación. Para este fin se debe medir un analito de concentración conocida y se determina la diferencia en valor absoluto, entre el valor conocido y la media del valor obtenido (EURACHEM, 2005). Cuando menor es el sesgo mayor es la veracidad del método. Este parámetro de desempeño se calcula utilizando la Ecuación 1 Ecuación 1 Cálculo del sesgo

X= Lectura obtenida Xa= Valor de referencia

La entidad mexicana de acreditación establece como un valor aceptable de sesgo aquel que se encuentre dentro de un rango de -2 unidades a +2 unidades. Este valor es referenciado por EURACHEM. 1.5.2.1.1.2 PORCENTAJE DE RECUPERACIÓN La recuperación permite ver el rendimiento de un método analítico en cuanto al proceso de extracción y la cantidad del analito existente en la muestra original, es decir la concentración real que tiene una muestra y la cantidad cuantificable por el analista. Por lo tanto la recuperación está directamente relacionada con la matriz de la muestra. (ISPC, 2010) Para la validación del método se recomienda por lo menos 6 mediciones, simulando el método a validar con una concentración conocida por el analista, ya sea una muestra fortificada o un material de referencia certificado (EURACHEM, 2005). La entidad mexicana de acreditación sugiere que para alcanzar una certificación la concentración fortificada se debe de encontrar dentro del intervalo de trabajo. El porcentaje de recuperación se evalúa a partir de la Ecuación 2 Ecuación 2 Evaluación del porcentaje de recuperación

11

%R= Porcentaje de recuperación Cf= Concentración de la muestra fortificada C0= Concentración detectada en el blanco El criterio de aceptación para evaluar el desempeño de la recuperación del método se establece en un rango aproximado del 80% al 110% dependiendo del método de referencia utilizado, en pruebas de espectrometría se deben obtener recuperaciones en un rango del 80% al 120%. (EMA , 2012) Precisión

La precisión podrá establecerse en términos de repetibilidad y reproducibilidad. (ISPC, 2010) 1.5.2.1.1.3 REPETIBILIDAD Es la precisión bajo condiciones donde los resultados de análisis independientes se obtienen con el mismo método, ítems de análisis idénticos, en el mismo laboratorio, Sin cambiar de perador utilizando los mismos equipamientos en intervalos cortos de tiempo. (EURACHEM, 2005) Se puede determinar el desempeño de la repetibilidad realizando 6 repeticiones bajo las mismas condiciones del método y evaluando los resultados a partir del estadístico de Ji-cuadrado con la Ecuación 3, o bien utilizando el estadístico de Horwitz con la Ecuación 4. (Sánchez , 2010) Ecuación 3 Ji-cuadrado para la evaluación de la repetibilidad

X2= Ji-cuadrado ei= Frecuencia esperada eo= Frecuencia observada Ecuación 4 Coeficiente de Horwitz para evaluar la repetibilidad

12

CVhr= Coeficiente de variación de Horwitz para evaluar la repetibilidad C= Concentración del analito expresado en potencia 10. Por ejemplo., 1mgL -1se expresa como 1X10-5 El criterio de aceptación de la repetibilidad del método validado depende de la hipótesis nula del estadístico aplicado. (ISPC, 2010) 1.5.2.1.1.4 REPRODUCIBILIDAD Es la precisión bajo condiciones de reproducibilidad, es decir, condiciones donde los resultados de los análisis se obtienen con el mismo método e ítem idénticos de análisis en condiciones diferentes ya sea cambio de laboratorio, diferentes operadores, empleando distintos equipos, en intervalos largos de tiempo entre otros. (EURACHEM, 2005) Se puede determinar registrando por lo menos seis mediciones de un material de referencia o de una muestra fortificada, de estas mediciones 3 deben realizarse bajo las mismas condiciones de operación entre ellas y ser diferentes a otro lote de 3 mediciones que se llevaran a cabo bajo las mismas condiciones de operación. La reproducibilidad se puede evaluar a partir del coeficiente de Horwitz con la Ecuación 5 o bien con el estadístico de Fisher empleando la Ecuación6 (IMNC, 2006)

Ecuación 5 Coeficiente de evaluación de Horwitz para evaluar la reproducibilidad

(

)

CVhrr% = Coeficiente de variación de Horwitz para evaluar la reproducibilidad C= Concentración del analito expresado en potencia de 10. Por ejemplo., 1mgL1 se expresa como 1X10-5 Ecuación6Obtención del valor practico de Fisher calculado

Al igual que en la repetibilidad el criterio de aceptación depende de la hipótesis nula obtenida del estadístico aplicado (ISPC, 2010).

13

1.5.3 Límites 1.5.3.1 Límite de detección 1.5.3.2

Se refiere a la cantidad real del analito presente en el material objeto de análisis, que puede detectarse pero no necesariamente cuantificarse bajo las condiciones establecidas en la prueba de análisis (ISPC, 2010) Para encontrar el límite de detección, se debe descubrir de forma experimental en laboratorio fortificando la matriz del analito a bajas concentraciones hasta encontrar la mínima detectable por el método aplicado. Una vez encontrado deben realizarse un mínimo de 6 repeticiones de la prueba bajo las mismas condiciones a la concentración mínima detectable. (EURACHEM, 2005) El límite de detección se establece con la siguiente ecuación. Ecuación 7 Limite de detección

LD= Limite de detección Promedio= Promedio de las pruebas realizadas en laboratorio S= Desviación estándar K=3 (Es un valor que se dispone para aumentar K veces el ruido del fondo) Según la IUPAC se define el límite de detección como 3 veces la desviación estándar de los blancos (el ruido producido por el instrumento). El motivo de esta definición es sencillo: debido a que sólo se puede detectar aquel componente que produzca una señal superior a 3 veces la señal producida por el instrumento sin componente, así el químico se asegura de que la señal estudiada es debido a la muestra y no al ruido del equipo. Sin embargo esto impide determinar componentes cuya concentración genere señal de menor intensidad, esto se lleva a cabo debido al efecto que produce el fenómeno conocido como pérdida de sensibilidad (Aguirre, 2001). 1.5.3.3 Límite de cuantificación

Es la concentración más baja del analito que puede determinarse con un nivel de confianza aceptable. Debe establecerse a partir de la concentración mínima que la técnica puede detectar, esta concentración debe ser encontrada experimentalmente. El límite de cuantificación debe calcularse a partir de la siguiente ecuación 14

Ecuación 8 Limite de cuantificación

LC= Limite de cuantificación Promedio= Promedio de las repeticiones realizadas en laboratorio S= Desviación estándar K= 5 ó 10 El valor que puede tomar el factor de cobertura K, depende del nivel de confianza deseado, el cual se define de acuerdo a las necesidades del cálculo de incertidumbre, la finalidad de emplear K es hacer una expansión del límite de detección, con la finalidad de aumentar la confianza de que realmente se cuantifica el analito y el valor cuantitativo disminuyendo el error. (Aguirre, 2001) 1.5.4 Linealidad

La linealidad es la capacidad de un método de análisis, dentro de un determinado intervalo, de dar una respuesta o resultados instrumentales que sean proporcionales a la cantidad del analito que se habrá de determinar en la muestra de laboratorio (EURACHEM, 2005). Con el fin de determinar el rango lineal se realiza un gráfico de concentración versus respuesta, que se conoce como Función Respuesta (normalmente llamada recta de calibrado). En este sentido se recomienda abarcar valores desde cercano al cero y valores superiores al LMP o al valor de interés. El número de puntos a analizar deberá ser establecido por el analista (en general, se utiliza un mínimo de 4 valores). (ISPC, 2010) 1.5.4.1 Intervalo lineal de trabajo

Se define como intervalo lineal de trabajo el rango en el que el método proporciona una respuesta lineal proporcional a la cantidad del analito presente. (EURACHEM, 2005) El intervalo lineal de trabajo se obtiene a partir de la medición de diferentes muestras con diferentes concentraciones del analito y seleccionando el intervalo de concentración que proporciona un intervalo de confianza aceptable, el cual se evalúa en pruebas espectrométricas mediante el coeficiente de correlación 15

obtenido ya que este indica el grado de relación entre la variable de concentración (X) y la variable de respuesta de la curva de calibración (Y). El criterio de aceptación de este parámetro incluye como valores de correlación de confianza aquellos que sean mayores a 0.9980 ya que el 1.0000 indica una relación perfecta entre la variable X y la variable Y. A continuación en la Ilustración2, se indica el margen donde el intervalo de trabajo corresponde a una linealidad aceptable. (ISPC, 2010). En el caso de la determinación del intervalo de trabajo en pruebas de volumetría se establece que este debe ser establecido por el volumen de la bureta y el gasto del titulante, el cual debe ser entre un cuarto y tres cuartos del volumen total de la bureta, excepto para la medición del blanco. (EMA, 2008).

Ilustración2 Intervalo lineal de trabajo

1.5.5 Parámetros de validación evaluados de acuerdo a la naturaleza de las pruebas analíticas

Para llevar a cabo la validación de métodos se realiza la evaluación estadística de los parámetros que se describen a continuación. De acuerdo a la naturaleza del método analítico a evaluar según se establece en las Guías Técnicas de trazabilidad EMA/CENAM, la aplicabilidad de los parámetros de validación, se sujetan a la información proporcionada en la Tabla 1, en donde se puede observar que en las pruebas de volumetría y gravimetría no 16

incluyen el parámetro de límite de detección esto es, debido a la política MPCA001-02 de la entidad mexicana de acreditación, la cual establece en la sección 3.3.2.4 que queda fuera de los alcances de la validación de métodos volumétricos el límite de detección debido a que para su determinación se deben validar independiente mente los métodos cualitativos correspondientes. Tabla 1Parámetros evaluables para la validación de métodos analíticos de acuerdo a su procedimiento de análisis

Parámetros Porcentaje de recuperación Límite de detección Límite de cuantificación Intervalo de trabajo Reproducibilidad Repetibilidad Incertidumbre

Volumetría y Gravimetría

Espectrofotometría UV-VIS, Absorción Atómica

Métodos potenciométricas

√

√

√

N/A

√

√

√

√

√

√ √ √ √

√ √ √ √

√ √ √ √

1.5.6 Aplicación de los métodos validados a muestras reales

El efecto de matriz consiste en una disminución o aumento de la respuesta instrumental del analito debido a la presencia de otros componentes. Es decir, para la misma concentración del analito, el análisis de una muestra real o de una disolución estándar del analito puro no proporciona la misma respuesta. (Boqué, 2001) Todos los parámetros de desempeño de un método son dependientes de la matriz, esta puede ocasionar interferencias cuando se aplica el método ya validado a muestras reales (EURACHEM, 2005). En la validación de métodos con la finalidad de identificar estas interferencias se requiere que una vez validado el método sea aplicado a muestras reales fortificadas para evaluar el desempeño de los métodos aplicados.

17

1.6 Legislación para determinar la caracterización de un jal minero Las formas de producción utilizadas en el pasado y la escasez de especificaciones ambientales han ocasionado la aparición de sitios contaminados los cuales han causado la incertidumbre de los particulares en cuanto a las acciones que se deben de llevar a cabo para remediarlos (DOF, 2004) Con el objeto de lograr el manejo integral de los residuos mineros, debe considerarse su alto volumen, su capacidad de valoración y recuperación energética, y como última opción su disposición final (DOF, 2009). Para el monitoreo del manejo de los residuos mineros existe la Ley General para la prevención y gestión integral de los residuos. En México de acuerdo a esta ley existen varias normas oficiales las cuales establecen las especificaciones para desarrollar un efectivo plan de residuos mineros, algunas de describen a continuación. NOM-052-SEMARNAT-2005 Que establece las características, el procedimiento de identificación, clasificación y los listados de los residuos peligrosos NOM-141-SEMARNAT-2003 Que establece el procedimiento para caracterizar los jales, así como las especificaciones y criterios para la caracterización y preparación del sitio, proyecto, construcción, operación y pos operación de presas de jales. Aprobada en febrero del 2004 NOM-147-SEMARNAT/SSAI-2004 Que establece criterios para determinar las concentraciones de remediación de suelos contaminados por arsénico, bario, berilio, cadmio, cromo hexavalente, mercurio, níquel, plomo, selenio, talio y/o vanadio. Aprobada en abril del 2006 NOM-155-SEMARNAT-2009 Que establece los requisitos de protección ambiental para los sistemas de lixiviación de minerales de oro y plata. Aprobada en diciembre del 2009. NOM-157-SEMARNAT/SSAI-2004 Que establece los elementos y procedimientos para instrumentar planes de manejo de residuos mineros. Aprobada en junio del 2011 NOM-052-SEMARNAT-1993 Que establece las características de los residuos peligrosos y el listado de los mismos y los límites que hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente. Aprobada en octubre del 1993. 1.7 Procedimientos empleados para la caracterización de jales mineros 18

Los procedimientos validados para caracterizar jales mineros se encuentran disponibles en diversas fuentes, como las normas oficiales mexicanas, procedimientos EPA y procedimientos ISO, antes de elegir el procedimiento a validar se deben revisar los métodos y elegir los más adaptables a las condiciones del laboratorio donde se validaran. 1.7.1 Método NMX EPA 9045 D Determinación de pH en solidos Este método es un procedimiento electrométrico para medir el pH en muestras de suelos y residuos. Los residuos pueden ser sólidos, lodos o líquidos no acuosos. Sainz y colaboradores, realizaron medición de pH en suelos provenientes de diferentes zonas de Buenos Aires argentina utilizando el método EPA 9045 D, para ello anteriormente habían realizado la validación del método en un intervalo de trabajo de 4 unidades a 10 unidades, reportando sesgos no mayores a 1.2 unidades de pH y precisión aceptable utilizando el estadístico de chi-cuadrada para su evaluación. 1.7.2 Métodos EPA 9014 y EPA 9010C Determinación de cianuros totales. Métodos EPA 9034 y 9030B Determinación de Sulfuros totales

Estos procedimientos son aplicables para la determinación de cianuros y sulfuros totales respectivamente en muestras de residuos líquidos y sólidos. En el año 2008 Rentería y colaboradores realizaron la caracterización de los residuos provenientes de la industria minera, sin realizar una validación de métodos pero si utilizando muestras fortificadas para el control de la calidad, reportaron que para la recuperación de cianuros con el método EPA 9014 solo lograron obtener recuperaciones inferiores al 80% y recuperaciones del 75% para sulfuros empleando el método EPA 9010 C. Los procedimientos de referencia empleados indican recuperaciones del 85% al 102% para la determinación de cianuros totales y recuperaciones del 80% al 120% en el caso de la determinación de sulfuros totales.

19

1.7.3 Métodos EPA 3050B y EPA 7000B Determinación de metales totales y EPA 3010A Procedimiento para realizar la prueba de extracción de constituyentes tóxicos

Ming Chen y Lena en el año de 1998, realizaron una comparación entre cuatro métodos EPA de digestión para 21 metales, entre estos métodos se encontraban el método EPA 3050 y el método EPA 3010, en la validación de estos se reportaron recuperaciones entre el 82% y 116% de Ba, Be, Cd, Cr, Mn, Pb, Sb, Se y recuperaciones de As y Hg del 70% y 75% respectivamente, de igual forma se reporta la presencia de coeficientes de correlación bajos para determinar la linealidad del intervalo de trabajo del mercurio.

1.8 Límites máximos permisibles para los analitos de interés La NOM-052-SEMARNAT-2005 contiene los límites máximos permisibles de cianuros totales y sulfuros totales los cuales se muestran a continuación en la Tabla 2 Tabla 2 Límites máximos permisibles de cianuros totales y sulfuros totales de acuerdo a la NOM052-SEMARNAT-2005

Elemento contaminante

LMP (mgL-1)

Ácido Cianhídrico

250

Ácido sulfúrico

500

La NOM-157-SEMARTAT-2009 establece los criterios que se deben establecer para las mediciones de pH, entre ellas se encuentra que si se identifica una zona generadora de residuos mineros que contiene un pH menor a 4 unidades debe considerarse posible generador de drenaje ácido. La NOM-157-SEMARTAT-2009 también establece como límites máximos permisibles (LMP) para los constituyentes tóxicos en el extracto PECT y base seca las concentraciones que se muestran a continuación en la Tabla 3. Se refiere a las concentraciones determinadas en los extractos PECT obtenidos de la lixiviación de los suelos o en las muestras de suelo de la mina. Tabla 3 Límites máximos permisibles para los constituyentes tóxicos del extracto PECT y base seca (Extraído de la NOM-157-SEMARNAT-2009)

20

Antimonio

LMP (mgL1) PECT 0.53

LMP (mg.Kg-1) Base seca 10.6

Cadmio

LMP (mgL1) PECT 1.00

LMP (mg.Kg-1) Base seca 20

Arsénico

5.0

100

Cromo

5.00

100

Bario

100.0

2000

Mercurio

0.20

4

Berilio

1.22

24.4

Plata

5.00

100

Plomo

5.00

100

Selenio

1.00

20

Vanadio

5.00

135

--

--

--

Elemento contaminante

Elemento contaminante

1.9 Pruebas estadísticas aplicables en la validación de métodos 1.9.1 Análisis robusto La metrología es la ciencia de las medidas, que constituye junto con la normalización, la acreditación y la certificación, los cimientos de todo plan de aseguramiento de la calidad de una medida. Todo procedimiento estadístico que emplea información para obtener conocimiento, está en el ámbito de la inferencia y cuando hay que determinar acciones, se aborda la denominada decisión estadística. (Quenouille, 1993). Los índices descriptivos cásicos por excelencia, la media aritmética y la desviación estándar, cambian sustancialmente su valor ante la presencia de datos anómalos, lo que los convierte en índices poco resistentes. En cambio, los índices descriptivos resistentes se caracterizan por ser insensibles a conductas erróneas o alejadas localizadas en los datos. Los índices resistentes o también llamados robustos ponen su atención en el cuerpo principal de los datos y muy poca en los valores anómalos o alejados. (Bengal, 2005) Muchos resultados de prueba de hipótesis se basan en índices poco resistentes, como la media y la desviación estándar de las distribuciones. (Zamar , 1994), esto puede tener como consecuencia decisiones incorrectas conclusiones erróneas reportadas. La NMX-CH-13528-IMNC-2007, propone un análisis robusto de los resultados obtenidos en su anexo B, el cual puede ser aplicado a los resultados que se obtienen en una validación de métodos. De esta manera, las decisiones tomadas en la validación se encontraran basadas en índices descriptivos resistentes.

21

1.9.2 Estadísticos aplicables para la validación de métodos analíticos Un análisis de varianza ANOVA permite la comparación de dos o más medias poblacionales procedentes de diversos tratamientos bajo estudio, es importante para poder aplicar los análisis del tipo ANOVA asumir que cada una de las muestras fue obtenida de una población normal. Cuando N es lo suficientemente grande no es necesario asumir normalidad (Rubio, 2012) Para decidir si se puede asumir que una población es normal, se puede recurrir al programa estadístico minitab 16 y aplicar una prueba de análisis de normalidad utilizando un análisis Anderson- Darling, el cual es aplicado para determinar si los datos de una muestra provienen de una distribución específica. (De la Horra, 2003) El manual de instrucción de minitab 16 establece que en el método Anderson Darling, si el valor de probabilidad de la prueba P es mayor a 0.05 se pueden considerar los datos como normales y se puede realizar la aplicación de los siguientes métodos estadísticos.

1.9.2.1 Coeficiente de variación de Horwitz

El coeficiente de variación de Horwitz fue obtenido a través de un estudio estadístico elaborado por W. Horwitz. En dicho estudio, Horwitz después de reunir una serie de datos de laboratorio observo que el coeficiente de variación de los valores medios dados por los diferentes laboratorios aumentaba a medida que disminuía la concentración del analito. Comportándose como se muestra en la siguiente grafica conocida como la trompeta de Horwitz (ISPC, 2010)

Ilustración3 Trompeta de W. Horwitz

22

La ecuación de Horwitz se muestra a continuación en la Ecuación 9 Ecuación 9 Ecuación de Horwitz

CVh=Coeficiente de variación de Horwitz C= concentración del analito expresado en potencia de 106 Para el análisis de precisión tanto de repetibilidad como de reproducibilidad el coeficiente de variación de Horwitz se aplican bajo los siguientes criterios de aceptabilidad. 

Para repetibilidad el CV% obtenido con la Ecuación 10 debe de ser menor al CVhr obtenido con la Ecuación 4 que se encuentra en la página 12.



Para la reproducibilidad el CV% obtenido mediante la Ecuación 10 debe de ser menor que el CVhr obtenido mediante la Ecuación 5 

Ecuación 10 Coeficiente de variación porcentual

(

)

1.9.2.2 Pruebas de significancia

Es frecuente utilizar pruebas de significancia estadística durante el proceso de la validación de métodos analíticos, en este sentido, se aplican comúnmente las siguientes (ISPC, 2010). 

Prueba t student para identificar errores sistemáticos (sesgo)



Prueba F de Fisher para identificar errores aleatorios (Precisiones)

Al realizar una prueba de significancia se comprueba la veracidad de una hipótesis experimental llamada hipótesis alternativa (Ha la cual establece una diferencia) con respecto a la hipótesis nula (Ho establece que no hay diferencias) En la hipótesis alternativa se determina el número de colas que se consultan en las tablas proporcionadas por los métodos estadísticos. Si la hipótesis alternativa contiene la frase “mayor que” o “menor que” la prueba es de dos colas (yströmRosander, 2004)

23

Una forma práctica de decidir es respondiendo dos preguntas: 

¿Son las medias o las varianzas iguales? Dos colas



¿Puede ser una media o una varianza mayor que la otra? Una cola

1.9.2.3 Prueba t student para comparar una muestra real contra un valor de referencia

En el caso de la validación de métodos es necesario comparar resultados obtenidos experimentalmente contra valores de referencia. Para esto se hace una comparación de valores entre una t calculada dada por la Ecuación 11 y una t tabulada la cual se encuentra predeterminada en diferentes bibliografías. Ecuación 11 t-student calculada

Xa= Valor de referencia X=Promedio de los resultados obtenidos S= Desviación estándar N= número de experimentos A partir de esta comparación se establece el criterio de aceptación o rechazo de las hipótesis. Si t calculada< t tabulada se acepta la hipótesis nula y se establece que no hay diferencia entre los valores analizados. 1.9.2.4 Prueba F (De Fisher)

En estadística aplicada se aprueban muchas hipótesis mediante la prueba de F entre ellas: La hipótesis de que las desviaciones estándar de dos poblaciones normalmente distribuidas no son significativamente diferentes. Fisher es un estadístico utilizando cuando se desea comparar dos poblaciones y determinar si son significativamente diferentes mediante la comparación de un valor F calculado dado por la Ecuación6 En el caso de Fisher se establece que si Fcalculada< F tabulada se aprueba la hipótesis nula que establece la ausencia de diferencias significativas entre los valores analizados.

24

2 HIPÓTESIS Y OBJETIVOS 2.1 Hipótesis La validación de métodos analíticos permitirá realizar la caracterización de jales mineros de forma confiable. 2.2 Objetivos 2.2.1 Objetivo general Efectuar la validación de ensayos necesarios para caracterizar jales mineros con la finalidad de crear un antecedente para alcanzar la acreditación de estos métodos en el laboratorio de residuos. 2.2.2 Objetivos específicos

2.2.2.1 Validar los siguientes métodos analíticos de acuerdo a la NMX -EC-17025IMNC-2006:

a) Determinación de pH en jales mineros utilizando el método EPA 9045D b) Determinación de cianuros totales y sulfuros totales en jales mineros empleando los métodos EPA 9010C y EPA 9014 y determinación de sulfuros totales con los métodos EPA 9030B y EPA 9034 c) Determinación de metales totales usando los métodos EPA 3050 B y EPA 7000B d) Determinación de movilidad de metales y metaloides empleando la NOM157-SEMARNAT-2009 Procedimiento de lixiviación sintética

2.2.2.2 Emitir recomendaciones a los métodos validados de acuerdo a la experiencia de validación

25

3 METODOLOGIA Para elegir los parámetros de evaluación y desempeño de métodos se emplearon las guías técnicas de trazabilidad e incertidumbre emitidas por el CENAM y por la EMA, y para conocer cómo obtener esos parámetros se utilizó la Guía Eurachem de 1998. 3.1 Obtención de los parámetros de desempeño de métodos analíticos

3.1.1 Intervalo lineal de trabajo 3.1.1.1 pH

En el caso de las pruebas potenciométricas el intervalo de trabajo se determinó a partir de las soluciones buffer preparadas, es decir, el intervalo de trabajo tiene como valor mínimo el valor de la sal de referencia de menor pH y como limite el valor de la sal de referencia más alta. 3.1.1.2 Determinación de cianuros totales y sulfuros totales

Para determinar el intervalo lineal de trabajo, se estableció a partir del valor de un cuarto hasta tres cuartos de la bureta de 25 mL en el caso de los cianuros totales, y para el caso de la de la determinación de sulfuros totales se hizo la valoración en la bureta de 50 mL. 3.1.1.3 Determinación metales totales y lixiviación sintética

El intervalo lineal de trabajo se estableció de acuerdo a los límites de cuantificación y un valor máximo, el cual se determinó después de realizar una administración de reactivos disponibles (véase Tabla 5) Para cada metal se elaboró una gráfica con la finalidad de conocer la linealidad del intervalo de trabajo, las concentraciones de las soluciones de referencia con las que se elaboraron estos gráficos se muestran a continuación en la Tabla 4, donde 26

se aprecia la concentración menor del estándar separada por un guion de la concentración mayor. Tabla 4 Concentraciones fortificadas para obtener el coeficiente de correlación para la linealidad del método considerado en el intervalo de trabajo

Concentración de las Elemento

soluciones de referencia mgL-1

Plomo

1-5

Selenio

1-5

Arsénico

1-5

Vanadio

1.-5

Bario

1-10

Mercurio

0.040-10

Berilio

0.010-1

Cadmio

0.010-1

Antimonio

0.3-5

Cromo VI

0.05-1

Los intervalos de trabajo se eligieron con la finalidad de administrar el material de referencia, para proporcionar resultados que proporcionen confianza en caso de que las muestras analizadas sobrepasen este rango estas deberán ser diluidas hasta encontrarse dentro de este intervalo de trabajo. 3.1.2 Repetibilidad 3.1.2.1 pH

Se realizaron 10 mediciones, exactamente bajo las mismas condiciones de acuerdo al punto 3.2.1 para evaluar la repetibilidad del método, a cada una de las soluciones buffer preparadas en el punto 3.2.1.1 con el Medidor de mesa pH/MV modelo Orion 3 Star plus Benchtop 27

3.1.2.2 Determinación de cianuros y sulfuros totales

Se realizaron 10 repeticiones de los métodos EPA 9010C y EPA 9014 (véase punto3.2.2.2) bajo una concentración de 40 mgL-1(véase punto 3.2.2.1) , para la determinación de cianuros totales y del método EPA 9034 y EPA 9030 B (véase punto 3.2.2.4) a una concentración aproximada de 137 mgL-1 (véase punto 3.2.2.3) bajo las mismas condiciones de operación en intervalos cortos de tiempo para la determinación de sulfuros totales. 3.1.2.3 Determinación de metales totales y procedimiento de lixiviación sintética.

Se administró el material de referencia disponible en el laboratorio y se fortificaron soluciones con material de referencia a las concentraciones que se pueden observar en la Tabla 5 Para la determinación de metales totales la repetibilidad se evaluó a partir de la preparación de 10 soluciones fortificadas utilizando la digestión descrita en el método EPA 3050 B (véase punto 3.2.3.1) para todos los metales a excepción del cromo hexavalente que se digirió con el método EPA 7196 A (Véase punto 3.2.3.3) y 10 mediciones cuantitativas por absorción atómica de cada uno de los elementos, realizadas en intervalos cortos de tiempo usando el método EPA 7000B, y la determinación de cromo hexavalente se realizó con el método EPA 7196 A. En el caso de la validación del procedimiento de lixiviación sintética se realizaron 5 repeticiones para la validación de muestras sin cianuros aforándose con agua acida preparada con la muestra H2SO4/HNO3 y 5 repeticiones para la validación de muestras con cianuro aforándose con agua, cada condición acompañada de un blanco, las digestiones se realizaron el mismo día.

28

Tabla 5 Concentración de soluciones fortificadas para evaluar la repetibilidad y reproducibilidad en metales totales

Elemento

Concentración

contaminante

fortificada (mgL-1)

Elemento contaminante

Concentración fortificada (mgL-1)

Antimonio

5.00

Cadmio

1.00

Arsénico

5.00

Cromo VI

5.00

Bario

5.00

Mercurio

0.10

Berilio

1.00

Selenio

1.00

Plomo

5.00

Oro

5.00

Plata

5.00

--

--

3.1.3 Reproducibilidad 3.1.3.1 pH

Se llevaron a cabo 10 repeticiones del mismo análisis con el equipo portátil Thermo Scientific Orion G01025, con el fin de evaluar la reproducibilidad del método al comparar los resultados con los resultados del medidor de mesa pH/MV modelo Orion 3 Star plus Benchtop 3.1.3.2 Cianuros y sulfuros totales

Se realizaron 5 repeticiones de los métodos EPA 9010C y EPA 9014 a la misma concentración usada en el parámetro de repetibilidad y en el caso de los sulfuros se usaron los métodos EPA 9030 B y el método EPA 9034 cambiando de analista 3.1.3.3 Determinación de metales totales y procedimiento de lixiviación sintética

Para la reproducibilidad de metales totales se realizó la repetición de 10 digestiones fortificadas a la misma concentración que en las condiciones de 29

repetibilidad y 10 mediciones cuantitativas por absorción atómica de cada uno de los elementos validados. Se cambió el tiempo de operación a las pruebas realizadas para la repetibilidad. En el caso de la validación del procedimiento de lixiviación sintética de igual manera que para la repetibilidad se realizaron 5 repeticiones de digestiones usando soluciones fortificadas para la validación de muestras sin cianuros y 5 repeticiones de soluciones para la validación de muestras con cianuro, con el método EPA 3010 A cada condición acompañada de un blanco, en un intervalo corto de tiempo La reproducibilidad de cada método (metales totales y lixiviación sintética) se calcula a partir de la comparación de los resultados obtenidos el día uno y el día dos.

3.1.4 Porcentaje de recuperación y Sesgo Con los resultados obtenidos en los puntos de repetibilidad y reproducibilidad se realizó la evaluación del sesgo y el porcentaje de recuperación, ya que al ser resultados provenientes de un material de referencia certificado se puede hacer una comparación de los valores cuantificados por el método aplicado.

3.1.5 Límite de detección y cuantificación 3.1.5.1 Determinación

del

límite

de

cuantificación

de

cianuros

totales

y

determinación de sulfuros totales Límite de cuantificación de cianuros totales

En el caso de la validación del método para la determinación de cianuros totales se prepararon soluciones a partir de la solución stock de cianuros a las siguientes 30

concentraciones, 0.2 mgL-1 , 1mgL-1, 5 mgL-1, 10 mgL-1, , 20 mgL-1, 25mgL-1,28 mgL-1, 27 mgL-1 y 30 mgL-1 y se cuantificaron de acuerdo al método EPA 9014. Límite de cuantificación de sulfuros totales

Para la validación de la determinación de sulfuros totales se prepararon soluciones de 40 mgL-1, 50 mgL-1, 60 mgL-1, 65 mgL-1,68 mgL-1 y 70 mgL-1. Y se cuantificaron de acuerdo al método EPA 9034. 3.1.5.2 Determinación del límite de detección y límite de cuantificación de la determinación de metales totales y procedimiento de lixiviación sintética

Se evaluó el límite de detección y cuantificación a partir de las concentraciones mínimas detectables por el espectrofotómetro de absorción atómica marca GBC modelo Avanta ∑ utilizando el método EPA. Después de realizar pruebas a bajas concentraciones, para identificar la mínima concentración detectable por el equipo de absorción atómica las concentraciones a las cuales se fortificaron las soluciones se muestran a continuación en la Tabla 6. A estas concentraciones se fortificaron las muestras para el cálculo del límite de detección y cuantificación.

Tabla 6 Concentraciones mínimas detectables por el espectrofotómetro de absorción atómica

Elemento

As

Ba

Be

Cd

Ag

Pb

Se

V

Hg

Sb

CMD mgL-1 1.0 1.0 0.10 0.01 0.04 0.10 1.0 1.0 10.00 0.30 CDM= concentración mínima detectable en ppm

Una vez que se encontró el límite de detección, se fortificaron 9 soluciones a esa concentración para cada metal, se digirieron bajo el método correspondiente a la determinación de metales totales y al procedimiento de lixiviación sintética.

31

3.2 Métodos validados

3.2.1 NMX EPA 9045 D Determinación de pH Para realizar la validación del método como la calibración de los equipos empleados se prepararon soluciones de pH conocido, con la finalidad de tener material de referencia para evaluar los parámetros de desempeño del método. 3.2.1.1 Preparación de las soluciones buffer

Se prepararon soluciones amortiguadoras de 4.002, 6.087 y 10.022 unidades de pH, a partir de material de referencia certificado proporcionado por el CENAM, siguiendo los procedimientos que se encuentran a continuación. 3.2.1.2 Preparación de agua libre de dióxido de carbono (CO 2 ).

Se armó una trampa ajustando un trozo, de “pelo de ángel” (hilo de fibra de vidrio) en la parte inferior de un tubo para secado de cristal con una entrada de 19/22, sobre este tubo que originó un “tapón” se colocó una cantidad del reactivo “cal sodada” (de 1 a 2 cm de altura), este es un absorbente de CO2. Para liberar el agua de CO2se calentó agua reactiva durante 15 minutos, una vez hirviendo, se retiró de la fuente de calor, se dejó enfriar y se le colocó la trampa con absorbente de CO2en la boca del recipiente. Al final el pH del agua tuvo un valor de 6.305 unidades de pH. 3.2.1.3 Solución amortiguadora con pH de 4.02 @ 25º c (aprox.)

Se preparó una solución 0.05 M de biftalato de potasio (KHC8H4O4). Como paso previo se secaron aproximadamente 10.5 g de esta sal a110ºC durante dos horas y después se colocaran en el desecador hasta que se enfriaron a temperatura ambiente. De esta sal seca se pesaron 10.12 g para disolverse en un matraz volumétrico clase A, calibrado de 100 mL y se aforó hasta la marca con agua libre de carbono. 32

3.2.1.4 Solución amortiguadora con pH de 6.861 @ 25º c (aprox.)

Para lograr esta solución tampón se preparó una solución de 0.025 M de fosfato de potasio monobásico (KH2PO4) y una solución 0.025 M de fosfato disódico (Na2HPO4) pesando aproximadamente 3.6 g de cada sal colocándose en en horno de secado modelo Shell lab CECf para su secado a 110ºC durante dos horas. Pasado el tiempo de secado, se pusieron a enfriar las sales en un desecador a temperatura ambiente se pesaron 3.387 g de KH2PO4 y 3.533 g de Na2HPO4, finalmente se disolvieron en un matraz volumétrico clase A de 1000 mL y se aforaron con agua libre de carbono. 3.2.1.5 Solución amortiguadora con pH de 10.021 @ 25º c (aprox.)

Para una solución de 0.025 M de bicarbonato de sodio (NaHCO 3) y carbonato de sodio (Na2CO3) Se tomaron 2.8 g de la sal de carbonato de sodio (Na 2CO3) y se secaron a 275°C durante dos horas para su uso, la otra sal no se secó. Una vez transcurrido el tiempo de secado sal de Na2CO dejó reposar hasta alcanzar temperatura ambiente en el desecador y se pesaron 2,644 g de la misma y 2,095 g de la sal de bicarbonato de sodio (NaHCO3), finalmente se disolvieron en agua libre de CO2 y se aforó en un matraz volumétrico clase A de 1000 mL. 3.2.1.6 Medición de pH

Las soluciones buffer de pH conocido fueron empleadas simulando que se trataba de una muestra real para la validación del método. Inicialmente se sumergió el electrodo en el sobrenadante de la muestra preparada comprobándose que la temperatura de la muestra se encontrara igual a ± 2° que la solución de los materiales de referencia con los cuales se calibro el equipo, con el termómetro de inmersión parcial LR-E11 marca Brannan Se reportó el resultado de pH de suelo medido y la temperatura correspondiente, en el caso de la validación de métodos por cada 10 mediciones se leyó una solución amortiguadora de 6.861 unidades de pH para verificar la calibración del 33

potenciómetro y en el caso de la determinación de pH en la muestra real se prepararon 3 submuestras del jal y a cada una se le realizó la medición de pH por triplicado. Al finalizar, tanto en el caso de la validación de métodos como en el caso de la muestra real, se leyó una solución buffer de 10,022 unidades de pH para confirmar el correcto funcionamiento de los potenciómetros. 3.2.2 Determinación de cianuros totales con los métodos EPA 9010C y EPA 9014 y determinación de sulfuros totales con los métodos EPA 9030B y EPA 9034 3.2.2.1 Preparación de la solución stock de cianuros totales

A partir de un estándar de cianuro de 1000 ppm Cat No LC 13545-, Se hicieron diluciones para obtener soluciones de concentración conocida y realizar la validación del método, el procedimiento cuantificar esta solución en el laboratorio de acuerdo al método EPA 9014 consistió en colocar 25 mL de la solución stock de cianuros en un matraz de 125 mL, y agregar 11 gotas de rodanina al 0,02 %., después se tituló esta solución preparada con nitrato de plata (AgNO 3) 0,0192 N hasta que el color cambio de rosa salmón a rosa pardo. Finalmente se registró la cantidad de AgNO3 empleado y se realizaron los cálculos correspondientes para el cálculo de la concentración a partir de la siguiente ecuación: Ecuación 12 Concentración de cianuros totales en la solución stock

CN 

VAgNO  1000 3

VCN Dónde: VAgNO3 = Volumen de nitrato de plata empleado en la titulación VCN= Volumen de solución de cianuros estandarizada 34

Una vez titulada la solución madre, esta se empleó para la validación del método EPA 9010C y EPA 9014. 3.2.2.2 Métodos EPA 9010C y EPA 9014 para la determinación de cianuros totales

La determinación de cianuros totales se compone de dos métodos aplicados de la EPA, debido a que primero se debe realizar una destilación de los cianuros presentes en la muestra, (en el caso de la validación presentes en la solución stock) con el método EPA 9010C y después se determina la cantidad de cianuros que se logró destilar mediante el método EPA 9014 El método 9010C, consiste en realizar una destilación con reflujo extrayendo los cianuros en forma de HCN mediante ácidos fuertes (H2SO4) y capturando los vapores mediante el burbujeo en una solución alcalina (NaOH). El procedimiento consiste en adicionar una cantidad de muestra preservada a 4 °C y pH >9 , dentro del matraz bola de 1 litro perteneciente al equipo de destilación. Adicionar 50 ml de H2SO4 18N y 20ml de MgCl2por un tubo de ingreso de aire, adicionar 50ml de NaOH 1.25N en un scrubber, propiciar el burbujeo con ayuda de una bomba peristáltica, el cual deberá ser de 2 burbujas por segundo y dejar hervir durante 60 minutos. La instalación del aparato de destilación por reflujo se muestra a continuación en la Ilustración 4

35

Bomba peristáltica Tubo de ingreso de aire Scrubber

Muestra a destilar

Ilustración 4 Equipo para la destilación de cianuros totales

Para realizar la determinación de cianuros totales destilados se llevó a cabo el procedimiento EPA9014. Se tomó la solución obtenida en el scrubber después de la de la destilación y se le agrego 11 gotas de rodanina, posteriormente se tituló la solución con nitrato de plata (AgNO3)0,0192 N hasta que se presentó un cambio de color de rosa salmón a rosa pardo. Se repitió este procedimiento titulando un blanco, finalmente se registraron los mililitros de nitrato de plata empleados en ambas titulaciones, y se realizaron los cálculos como lo indica el método EPA9014

3.2.2.3 Preparación de la solución stock de sulfuros totales

Para preparar la solución stock de sulfuros se utilizó sulfuro de sodio nanohidratado (Na2S*.9h20) Lote No 064238. Se preparó una solución diaria debido a su pronta degradación. Después de realizar varias pruebas prácticas para la determinación del límite de cuantificación, 36

se disolvieron aproximadamente 0.35g en un matraz de aforo de 200 mL con agua reactivo. Para conocer la concentración de la solución preparada se llevó a cabo su titulación mediante el procedimiento establecido en el método EPA 9034. El cual consistió en pipetear 10 mL de una solución de yodo 0.025 N en un matraz de 125 mL y agregar2mL de ácido clorhídrico HCl 6N, después se agregaron 3 mL de la solución stock, se agito la solución lentamente y se diluyo a 50 mL con agua destilada. Posteriormente se tituló la solución usando tiosulfato de sodio (Na 2S2O3) 0.025N hasta obtener un color amarillo canario, como indicador se agregaron 3 gotas de almidón, y la solución presento un color azul marino, inmediatamente se siguió titulando la solución hasta que el color azul marino desapareció. Se registró el valor total de tiosulfato de sodio gastado y se realizaron los cálculos correspondientes. Ecuación 13 Determinación de la concentración de sulfuros totales en la solución Stock

S= Concentración de sulfuros en miligramos por litro V1=Volumen de la solución de yodo añadido V2=Volumen de la solución de tiosulfato de sodio empleado N= Normalidad de la solución de tiosulfato de sodio empleada 16.0232= Peso equivalente del sulfuro

3.2.2.4 Métodos EPA 9030B y EPA 9034. Determinación de sulfuros totales método EPA 9030B

Inicialmente se realizó una prueba preliminar para determinar el nivel de la parrilla que proporcionaba una temperatura de 70°C a un volumen de muestra de 200 mL. Después se colocaron 20 g de muestra y 0,3 g de sulfuro de sodio nanohidratado 37

Na2S.9H2O en un matraz de 200 mL y se aforo a ese volumen. Este contenido del matraz se colocó en el matraz balón de tres cuellos de 500 mL y se colocó un agitador magnético. Posteriormente se ensamblo el matraz de tres cuellos, el tubo de entrada del gas y el tubo de salida de gas, posteriormente se colocó parafilm en las uniones de la cristalería y se aseguraron con pinzas para evitar fugas. Se agregaron al scrubber 10 mL de la solución de acetato de Zinc Zn(O2CCH3)2 0,5 M, 5 mL de la solución de formaldehido al 37% y 100 mL de agua, se conectaron el matraz de tres cuellos, el embudo de goteo en la parte superior del matraz, la botella de purificación de gases y la bomba peristáltica asegurando todas las uniones con parafilm y clips de seguridad como se muestra en la Ilustración 5.

Scrubber Muestra analizada

Vaso con hielo

Ilustración 5 Equipo para la destilación de sulfuros totales

La bomba peristáltica se colocó en el nivel 4.5, en este nivel el scrubber presenta un burbujeo constante y uniforme. Se colocó el scrubber dentro de un recipiente con hielo para favorecer la condensación del gas proveniente el matraz de tres cuellos. Finalmente se calentó la muestra a 70°C, y se le administro una agitación 38

de 125 rpm en la parrilla de calentamiento y agitación marca SUPER-NUOVA modelo SP131825, una vez que esta alcanzo la temperatura se abrió el embudo de adición a una posición que permitía un flujo de ácido sulfúrico de 5mL.min-1 aproximadamente. Una vez iniciado el goteo de ácido sulfúrico concentrado se mantuvo constante en el sistema, mientras que la agitación y la bomba peristáltica seguían en funcionamiento durante un total de 90 minutos. Una vez finalizado este tiempo de operación se apagó la bomba peristáltica y se cerró la llave del embudo de goteo, se dejó el sistema con agitación sin calentamiento durante 20 minutos más. Cuando finalizo la última etapa de destilación de sulfuros totales se retiró el scrubber del sistema y se procedió inmediatamente a la titulación del destilado mediante el método 9034 en el cual se recomienda adicionar yodo hasta que el color ambarino se mantenga uniforme, en este caso se pipetearon 20 mL de la solución de yodo previamente estandarizada en el matraz de 500 mL y 2 mL de la solución de HCl 6N. Se diluyo esta mezcla a 100 mL aproximadamente con agua grado reactivo y se agregaron 10 mL de la solución contenida en el scrubber, debido a que el color amarillo se desvaneció con la cantidad agregada de la solución del scrubber, se adicionaron 1000 mL más de la solución de yodo de 10 mL en 10 mL hasta que permaneció un color ámbar uniforme en la solución., se tituló esta solución del matraz con tiosulfato de sodio previamente estandarizada hasta que el color ámbar cambió a amarillo y se agregaron 2 mL de almidón. (La solución presento un cambio de amarillo a azul marino), una vez sucedido el cambio de color se siguió titulando hasta que el color azul marino cambio a gris claro. Finalmente Se registró el volumen de titulante usado desde el inicio de la determinación hasta el final de esta y se hizo el cálculo de acuerdo a lo establecido al método EPA 9034.

39

3.2.3 Determinación de metales totales. Métodos EPA 3050 B y EPA 7000B

3.2.3.1 EPA3050B Digestión acida para sedimentos, lodos y suelo.

Los metales y metaloides: arsénico, antimonio, cadmio, vanadio, bario, berilio, mercurio, plomo y selenio, se digirieron de acuerdo al método EPA 3050B realizando el procedimiento como se muestra a continuación: Se colocó un gramo de muestra en un vaso de precipitado acompañado de HCl 1:1 (preparado con 50 mL de agua y 50 mL de HCl concentrado) se cubrió con un vidrio de reloj y se dejó calentar durante 10 minutos, posteriormente se agregaron 5 mL de HNO3 concentrado y se dejó evaporar la solución hasta un volumen de 5 mL. Una vez que se alcanzó este volumen se dejaron enfriar las muestras y se les agregó 2 mL de agua y 3 mL de peróxido de hidrogeno al 30%, después se les adiciono 1 mL de agua y 1 mL de peróxido hasta llegar a los 9 mL totales de peróxido, después nuevamente se dejó disminuir el volumen a aproximadamente a 5 mL. Finalmente se agregaron 10 mL de HCl concentrado y se dejó digiriendo hasta un volumen aproximado de 5 mL, finalmente se filtró la muestra con papel whatman # 2 se aforo a un volumen de 100mL.

3.2.3.2 EPA 7000 B espectrofotometría de absorción atómica por flama

El análisis de las muestras analizadas se llevó a cabo con un Espectrofotómetro de absorción atómica marca GBC modelo Avanta ∑ que se encuentra en el laboratorio de residuos de CIMAV. Las condiciones de operación del equipo empleadas se muestran a continuación en la Tabla 8 40

Tabla 8 Condiciones de operación para el equipo de absorción atómica Avanta∑

Elemento

Longitud de onda

Altura del

Combustible

analizado

nm

quemador

empleado

Arsénico

143.7

11.5

Bario

553.6

12.5

Óxido nitroso

Berilio

234.9

12.5

Aire acetileno

Cadmio

228,8

12.5

Óxido nitroso

Mercurio

--------

----

--------

Plomo

283,3

12.5

Acetileno

Selenio

196.0

12

Vanadio

318,4

12.5

Óxido nitroso

Oro

242.8

12

Acetileno

Plata

328.1

12

Acetileno

Antimonio

217.6

12

Acetileno

Óxido nitrosoacetileno

Óxido nitroso acetileno

Inicialmente se escogió la lámpara conveniente para el análisis (de acuerdo al elemento analizado), se permitió su calentamiento por un mínimo de 15 minutos, posteriormente se alineo el instrumento, posicionando el monocromador y en la longitud de onda directa indicadas en la Tabla 8, después se encendió la flama regulando el flujo de combustible y oxidante Se corrieron una serie de estándares del elemento a analizar, los cuales se encuentran en los anexos de metales totales y lixiviación sintética en la sección de linealidad. Después con estos estándares se construyó una curva de calibración y se graficó la concentración de los estándares contra la absorbancia. Finalmente se aspiró la muestra y se determinó la concentración.

41

3.2.3.3 EPA 3060 A Digestión para cromo hexavalente

Inicialmente se colocaron 2.5 g de muestra en un vaso de precipitados de 250 mL, se agregaron 50 mL de la solución de digestión, (la solución de digestión fue preparada disolviendo 20.199 g de NaOH y 30 g de Na2CO3 en agua y se aforo a un volumen de un litro), 400 mg de MgCl y 0.5 mL de la solución buffer de fosfato (la solución buffer de fosfato de preparo disolviendo 87.09g de K 2HPO4 y 68.04g de KH2PO4 en 700 mL de agua y aforando a un volumen de 1L). Se colocó un agitador magnético a cada muestra y se calentó a 95°C durante 60 minutos con agitación continua. Después de los 60 minutos de agitación y temperatura constante se apagó la parrilla y se permitió que la solución digerida enfriara lentamente con agitación continua. Una vez fría la solución, se filtró y se transfirió lo filtrado a un nuevo vaso de precipitado con un agitador magnético, se colocó nuevamente en la parrilla de agitación donde se agito sin temperatura para medir el pH. Se agregaron 8 gotas de HNO3 5M para bajar el pH a 7.5 ± 0.5 unidades de pH, por último se transfirió la solución a un matraz de 100 mL y se aforo 3.2.3.4 EPA 7196 A determinación colorimétrica de Cr VI

Se prepararon estándares de 0.05, 1.00, 1.25, 2.50 y 5.00 mgL -1para elaborar una curva de calibración y asegurar la linealidad de los resultados obtenidos a partir de las siguientes concentraciones y al igual que a las muestras reales que se analizaron se les aplico el siguiente procedimiento. Se transfirieron 95 mL de la solución preparada a un matraz de 100mL, se añadieron 2 mL de difenilcarbazida (C13H14N4O) y se agito la solución cuidadosamente. Después se añadieron 9 gotas de H2SO4 al 10% para bajar el pH de la solución a 2.5 ± 0.05 unidades de pH, Una vez alcanzado este pH se aforo el matraz a 100 mL y se dejaron pasar 5 minutos para que el desarrollo del color de la solución fuera total y uniforme.

42

Se transfirió una porción de la muestra preparada a una celda de absorción de 1 cm y se midió su absorbancia a 540 nm empleando un espectrofotómetro UV-Vis marca HACH modelo DR/4000. Se utilizó el programa HACH 2720 Cr VI. 3.2.3.5 NOM-157-SEMARNAT-2009 Procedimiento de lixiviación sintética

Se tomaron 100 g de muestra de jal minero (se determinó la cantidad de muestra necesaria con los preliminares establecidos en la NOM-157-SEMARNAT-2009) y se mezclaron con 1L de agua, estos se colocaron en un frasco de polietileno y se dejaron durante 18 horas en el equipo de agitación continua marca environmental express como el que se muestra a continuación en la Ilustración 5. Una vez transcurrido el tiempo se filtró la mezcla, se almaceno a -4°C y se procedió a la digestión acida con este extracto obtenido.

Ilustración 5 Equipo de agitación continua

3.2.3.6 Digestión acida de muestras acuosas y extractos para metales totales método EPA 3010 A

Inicialmente se colocaron 100 mL del extracto obtenido en un vaso de precipitado de 250 mL y se le agregaron 3 mL de HNO3 concentrado, se cubrió el vaso de precipitado con el vidrio de reloj y se dejó evaporar el extracto hasta aproximadamente 25 mL., posteriormente se dejó enfriar la solución y se agregaron 3 mL de HNO3concentrado y se regresó a la parrilla de calentamiento hasta que la solución presento un color claro y se evaporo a un volumen aproximado de 15 mL, después se retiró de la parrilla de calentamiento 43

nuevamente el vaso de precipitados hasta enfriar la solución y se agregaron 10 mL de HCl 1:1, se cubrió el vaso de precipitado y se colocó de nuevo en la parrilla durante 15 minutos. Una vez transcurridos los 15 minutos se dejó enfriar la solución, se filtró y se aforo a un volumen de 100 mL. Finalmente se continuó con el análisis elemental de los elementos tóxicos a través del equipo de absorción atómica.

3.2.3.7 Digestión ácida para Oro con agua regia.

Se pesaron 20 gr del extracto obtenido a través de la columna de percolación y se colocaron en un vaso de precipitados de 250mL, después se añadieron 10 mL de HCl y 3 mL de HNO3 (agua regia), posteriormente se cubrió el vaso de precipitados con un vidrio de reloj y se llevó a calentamiento en la parrilla por 2 horas exactas a 120°C. Se dejó enfriar la solución, y posteriormente se filtró y se aforó a 100 mL. Finalmente se continuó con el análisis elemental en el espectrofotómetro de absorción atómica.

3.2.3.8 Procedimiento de movilidad con agua meteórica para oro y plata. NOM155-SEMARNAT-2007 anexo 1.

A. Se armó una columna con las siguientes características: 

Diámetro interno de 15 cm



Altura de 45 cm



Soporte perforado de metacrilato ubicado a una altura de 10cm de la columna.



Llave de salida en la parte inferior de la columna

B. Operación de la columna de percolación 44

Se colocó sobre toda la base perforada de metacrilato una capa de algodón con una altura aproximada a 6cm, después se pesaron y se tamizaron 5kg de muestra con un tamaño de partícula menor a 5 cm, posteriormente se colocó la muestra en la columna y se cubrió con una capa de algodón de aproximadamente 3 cm. Se adecuo una bomba peristáltica que proporcionaba un goteo de agua tridestilada aproximado de 3 mL por minuto, a continuación se colocó un recipiente receptor del extracto en la salida de la columna y se dejó trabajando el sistema durante 27 horas continuas. Una vez transcurrido el periodo de tiempo, se tomó el extracto final y se aplicó el procedimiento de digestión para lixiviación sintética para la determinación de plata y digestión con agua regia para oro. El resto se almaceno a -4°C El análisis de las muestras para conocer la concentración de metales en el lixiviado se llevó a cabo por absorción atómica. 3.2.3.9 Pre tratamiento de la muestra antes de pasar por los dife rentes métodos validados.

Se recibieron en el laboratorio de CIMAV alrededor de 15 kg de muestra, estos se tamizaron con una malla de 2.5 cm y se homogenizo la muestra perfectamente, se colocó en una caja cubierta y antes de realizar cada análisis la muestra era mezclada nuevamente. Se tomaron puntos de submuestra como se puede observar a continuación con una vista vertical de la caja que contenía la muestra se tomó un punto de muestra en la parte superior derecha, uno en la parte media y uno en la parte izquierda inferior. En la figura de la derecha se puede apreciar una vista desde el ángulo superior

45 Ilustración 6 Puntos de las sub muestras analizadas

4 RESULTADOS

4.1 Repetibilidad

4.1.1 Determinación de pH A continuación en la Tabla 31 se muestran los resultados de la repetibilidad obtenidos para los valores nominales de pH medidos con el equipo A y con el equipo B. Como se puede observar, la repetibilidad del método se encuentra en un criterio de aceptación valido para todos los valores nominales de pH. Para ver información detallada de cómo se obtuvieron estos valores véase el punto 7.2.2. Tabla 7 Resultados de ji-cuadrado para la evaluación del criterio de aceptación de repetibilidad para las mediciones de pH

Repetibilidad

X2 calculada X2Tabulado

pH 2

2

Criterio aceptación X2 Calculada