Determinación de mercurio orgánico e inorgánico en...

Determinación de mercurio orgánico e inorgánico en muestras

ambientales

Caroll Edith Cortés Castillo

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias, Departamento de Química

Bogotá, Colombia

2017

Determinación de mercurio orgánico e inorgánico en muestras

ambientales

Caroll Edith Cortés Castillo

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de:

Magister en Ciencias Química

Directora:

Ph.D., Lic Química, Elianna Castillo Serna

Línea de Investigación:

Desarrollo de metodologías analíticas para determinar metales pesados

Grupo de Investigación:

Grupo de Estudios para la Remediación y Mitigación de Impactos Negativos al Ambiente

- Germina

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias, Departamento de Química

Bogotá, Colombia

2017

A mi familia

Por su amor y apoyo incondicional

A mis amores

Porque siempre serán combustible y motor que guía

mi andar

Agradecimientos

A la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá y al grupo de investigación ―Grupo

de Estudios para la Remediación y Mitigación de Impactos Negativos al Ambiente‖ –

GERMINA que me permitieron reencontrarme con el ámbito académico e investigativo.

A mi directora la profesora Elianna Castillo Serna del departamento de Química por su

apoyo, guía, enseñanza y amistad.

Al profesor Jesús Alberto Agreda del departamento de Química que con su carácter

reflexivo me ayudo a perfilar el avance de esta revisión.

A todos los estudiantes e integrantes del grupo GERMINA porque desde su quehacer me

enseñaron y ayudaron en el desarrollo de este trabajo.

A mis jefes, mis compañeros y amigos del Laboratorio de Nutrición Animal de la Facultad

de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la Universidad Nacional Sede Bogotá por su

paciencia y apoyo.

Resumen y Abstract IX

Resumen

En este trabajo se presenta una revisión bibliográfica sobre el mercurio en cuanto a sus

características biogeoquímicas, toxicológicas, y metodologías establecidas para la

cuantificación de especies de mercurio, profundizando en los procesos de extracción,

recuperación, análisis y cuantificación de mercurio orgánico (Hgo) y mercurio inorgánico

(Hgi) en muestras ambientales. Como complemento, se realizó una revisión del contexto

normativo en que se encuentra enmarcado el control de mercurio en diferentes tipos de

muestras, en especial de agua y alimentos (fundamentalmente pescado) en Colombia y

el mundo; así como los trabajos de investigación realizados en el país respecto a la

problemática de contaminación por mercurio producto de la minería del oro a pequeña

escala.

Con este trabajo se consiguió tener fundamentación científica suficiente para desarrollar

en el grupo de investigación Germina, una propuesta metodológica que pretende hacer

separación de especies de mercurio: orgánico (Hgo) e inorgánico (Hgi) en muestras

ambientales, mediante la aplicación de estrategias de extracción en fase sólida, y

cuantificación, usando el espectrofotómetro de absorción atómica con fuente continua de

alta resolución del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias de la

Universidad Nacional Sede Bogotá.

Palabras clave: Mercurio, Especiación, Mercurio espectrometría de absorción atómica

con vapor frío, mercurio orgánico, mercurio inorgánico

X Determinación de mercurio orgánico e inorgánico en muestras ambientales

Abstract

This work presents a literature review on mercury in terms of its biogeochemical,

toxicological and established methodologies for the quantification of mercury species, in

deepen in the extraction, recovery, analysis and quantification of organic mercury (Hgo)

and inorganic mercury (Hgi) in environmental samples. As a complement, a review of the

regulatory context in which mercury control was framed in different types of samples,

especially water and food (mainly fish) in Colombia and the world; as well as the research

carried out in the country regarding the problem of mercury contamination caused by

small-scale gold mining.

With this work, it was possible to have sufficient scientific basis to develop in the Germina

research group a methodological proposal that intends to separate mercury species:

organic (Hgo) and inorganic (Hgi) in environmental samples, through the application of

solid phase extraction strategies, and quantification, using the atomic absorption

spectrophotometer with high resolution continuous source of the Department of

Chemistry of the Faculty of Sciences of the National University in Bogotá

Keywords: Environmental mercury, Speciation, Mercury, Cold Vapor Atomic Absorption

Spectrometric, mercury organic, mercury inorganic

Contenido XI

Contenido

Pág.

Resumen ..............................................................................................................................IX

Abstract .................................................................................................................................X

Lista de figuras ................................................................................................................ XIII

Lista de tablas .................................................................................................................. XIV

Lista de Símbolos y abreviaturas ................................................................................... XV

Introducción ......................................................................................................................... 1

1. Mercurio: características y prevalencia en el ambiente .......................................... 5 1.1 Mercurio. .............................................................................................................. 5 1.1 Especies químicas del mercurio ......................................................................... 5 1.2 Liberación de mercurio en el ambiente. .............................................................. 7

1.2.1 Mercurio en la atmosfera .......................................................................... 7 1.2.2 Mercurio en Suelo .................................................................................... 8 1.2.3 Mercurio en agua .................................................................................... 10 1.2.4 Mercurio en Biota ................................................................................... 13

1.3 Toxicidad del mercurio ...................................................................................... 13 1.4 Ciclo biogeoquímico del mercurio ..................................................................... 17 1.5 Emisiones de mercurio: Legislación.................................................................. 19 1.6 Contaminación por mercurio en Colombia........................................................ 22

2. Métodos de análisis de mercurio en muestras ambientales................................. 27 2.1 Toma, tratamiento y conservación de las muestras ......................................... 30 2.2 Determinación de especies de mercurio en Suelo y sedimentos .................... 32 2.3 Métodos de Determinación de Mercurio en Agua ............................................ 34 2.4 Métodos de Especiación de Mercurio en Muestras biológicas – Pescado ...... 38

3. Propuesta metodológica para la determinación y especiación de mercurio en muestras ambientales ....................................................................................................... 43

3.1 Especiación de mercurio en muestras de agua ................................................ 45 3.2 Especiación de mercurio en muestras de suelo y sedimentos ........................ 47 3.3 Especiación de mercurio en muestras de pescado .......................................... 50 3.4 Manipulación de la muestra (salud y seguridad en el trabajo) ......................... 54

4. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................... 55 4.1 Conclusiones ..................................................................................................... 55

XII Determinación de mercurio orgánico e inorgánico en muestras ambientales

4.2 Recomendaciones ............................................................................................. 56

A. Anexo A: Normatividad Colombiana. Niveles de mercurio permitidos en vertimientos líquidos ......................................................................................................... 59

Anexo B: Protocolo de muestreo para pescado ............................................................ 63

Anexo C: Diseño dedales fríos......................................................................................... 65

Bibliografía ......................................................................................................................... 67

Contenido XIII

Lista de figuras

Pág.

Figura 1. Reacción cobalamina con mercurio. Dibujada por el autor .................................. 8

Figura 2.Propuesta de estructuras promedio de Hg complejado por suelo orgánico. ...... 10

Figura 3. Transformaciones del mercurio en ambientes acuáticos. Copiado de: [34] ...... 11

Figura 4.Estructura química del complejo de metilmercurio con el aminoácido cisteína y

estructura de la metionina [47]. .......................................................................................... 16

Figura 5. Emisiones mundiales de mercurio. Copiado de [2] ............................................ 18

Figura 6.Distribución de emisiones antropogénicas de mercurio, recopilado de [2] ......... 19

Figura 7. Estadística de importaciones de mercurio en Colombia 2010-2016, recopilado

de [55] ................................................................................................................................. 23

Figura 8. Países de procedencia del mercurio importado por Colombia, recopilado de [55]

............................................................................................................................................. 24

Figura 9. Representación gráfica de muestreo en pescado. Elaborado por el autor ........ 44

Figura 10. Metodología propuesta para la especiación de mercurio en muestras de agua.

............................................................................................................................................. 46

Figura 11. Metodología propuesta para la especiación de mercurio en muestras de suelo

y sedimentos basada en EPA3200 (parte 2) ..................................................................... 48

Figura 12 Metodología propuesta para la especiación de mercurio en muestras de suelo y

sedimentos basada en Almeida 2016 (parte 1) ................................................................. 49

Figura 13. Etapa de digestión en para la determinación de mercurio total en muestras de

pescado ............................................................................................................................... 51

Figura 14. Etapa de cuantificación de mercurio total en muestras de pescado ................ 52

Figura 15. Metodología para la especiación de mercurio en muestras de pescado ......... 53

Contenido XIV

Lista de tablas

Pág.

Tabla 1. Especies de mercurio [13] ...................................................................................... 6

Tabla 2. Límites máximos admisibles de mercurio aplicables para Colombia (*) .............. 19

Tabla 3. Esquema de extracciones sucesivas de especies de mercurio en suelo y

sedimentos propuesto por Bloom [28]. ............................................................................... 32

Tabla 4. Fracciones de mercurio que pueden determinarse por el Método US EPA 3200

[68]. ..................................................................................................................................... 33

Tabla 5. Aspectos relacionados a la muestra .................................................................... 43

Tabla 6. Recomendaciones de muestreo y conservación de la muestra antes del análisis

............................................................................................................................................. 44

Contenido XV

Lista de Símbolos y abreviaturas

Símbolo Término

°C Grado Celsius Å Amstrong nm Nanómetro t Toneladas um micrómetro v/v volumen a volumen

Abreviatura Término

AAS Espectrometría de Absorción Atómica ACGIH/EEUU Asociación para la salud ocupacional y

ambiental AFS Espectrometría de Fluorescencia Atómica AOAC Association of Official Agricultural

Chemists ASTM Sección Americana de la Asociación

internacional de prueba de materiales CG-FAS Cromatografía de gases acoplada a

espectrometría de fluorescencia atómica con vapor frio

CG-MS Cromatografía de gases con espectrometría de masas

CIN Comité Intergubernamental de Negociación

COD Carbono orgánico disuelto CTQ Centro Toxicológico de Quebec CV-AAS Espectrometría de absorción atómica con

vapor frio CV-AFS Espectrometría de fluorescencia atómica

con vapor frio DCP-AES Espectrometría de emisión atómica con

plasma de corriente continua DGT Técnica de gradiente difusivo DIAN Dirección de aduanas e impuestos

nacionales DLLME Microextración por dispersión liquido-

liquido ELISA Ensayo por inmunoabsorción ligado a

enzimas EM Espectrometría de masas

XVI Determinación de mercurio orgánico e inorgánico en muestras ambientales


EPMA Análisis de micro prueba de electrones ET-AAS Espectroscopía de absorción atómica

electrotérmica EURL-HM Laboratorio de referencia de la Unión

Europea para metales en alimentos EXAFS Absorción de rayos X extendida de

estructura fina FAO Organización de las Naciones Unidas

para la Alimentación y la Agricultura FDA Agencia de drogas y alimentos de los

Estados Unidos GC-AFS Espectroscopia de fluorescencia atómica

con cromatografía de gases GC-ECD Cromatografía de gases con detector de

captura de electrones GC-MS Cromatografía de gases acoplado a

espectrometría de masas Hg Mercurio Hgi Mercurio inorgánico Hgo Mercurio orgánico HPLC Cromatografía liquida de alta eficiencia HPLC-DAD Cromatografía liquida de alta eficiencia

con detector de diodos ICP Espectrometría de masas de plasma

acoplado inductivamente ICP-AES Espectrometría de emisión atómica de

plasma acoplada inductivamente ICP-MS Espectrometría de plasma inductivamente

acoplado a espectrometría de masas ICP-OES Espectrometría de emisión óptica de

plasma acoplado inductivamente IDEAM Instituto de Hidrología, Meteorología y

Estudios Ambientales INS Instituto Nacional de Salud INVIMA Instituto Nacional de Vigilancia de

Medicamentos y Alimentos IOMC Inter-Organization Programme for the

Sound Management of Chemicals IPCS International Programme on Chemical

Safety IUPAC International Union of Pure and Applied

Chemistry LC-CV-AAS Cromatografía líquida acoplada a

espectrometría de absorción atómica con vapor frio

LC-CV-AFS Cromatografía líquida acoplada a espectrometría de fluorescencia atómica con vapor frio

LC-ICP-MS Cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas de plasma

Contenido XVII


acoplado inductivamente LC-MS Cromatografía líquida con espectrometría

de masas MAE Extracción asistida por microondas MDMSPE Microextracción sólida de dispersión

magnética MIP-AES Espectrometría de emisión atómica de

plasma inducida por microondas MOD Materia orgánica soluble MOS Materia orgánica del suelo MSDS Ficha de datos de seguridad MSPE Extracción en fase sólida magnética NAA Análisis de activación de neutrones ONAC Organismo Nacional de Acreditaci OMS Organización mundial de la salud PE Polietileno PEHD Polietileno de alta densidad PET Polietilentereftalato PIXE Emisión de rayos X inducida por protones PNUMA Programa de las Naciones Unidad para el

Medio Ambiente POE Procedimiento operativo estándar PTFE Politetrafluoroetileno SIMCO Sistema de Información minero

colombiano SNC Sistema nervioso central SPE Extracción en fase sólida SPME Microextracción en fase sólida SVA Voltamperometría anódica US-EPA Agencia de protección ambiental de los

Estados Unidos XAFS Absorción de rayos X de estructura fina XRF Fluorescencia de rayos X

Introducción

En el contexto mundial, la evaluación de las emisiones de mercurio producto de su ciclo

biogeoquímico y del aporte por parte de las actividades humanas, así como el estudio de

las características toxicológicas, de movilidad y de transformación de este elemento en

los diferentes compartimentos ambientales se ha desarrollado desde los años 50s [1].

Debido a la preocupación internacional sobre el mercurio, el Consejo de Administración

del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) publicó en el

año 2002 la primera evaluación mundial sobre el mercurio y sus compuestos, en

cooperación con otros miembros del Programa Interinstitucional para la Gestión Racional

de las Sustancias Químicas1 . Como resultado de esta evaluación, se acordó que se

requería una mayor acción internacional para reducir los riesgos sobre la salud y el

medio ambiente [2]. Desde ese momento los esfuerzos locales e internacionales para

regular el uso y comercio de este elemento a nivel mundial se han hecho cada vez

mayores; producto de ello en el año 2013 se planteó el convenio de Minamata cuyo

objetivo es ―proteger la salud humana y el medio ambiente de las emisiones y

liberaciones antropógenas de mercurio y sus compuestos‖[2]

Según el informe quinquenal epidemiológico (2005-2012) del Instituto Nacional de Salud

[3] y el último informe de Planeación Nacional (Caracol, 13 noviembre de 2016) se ha

establecido que, las regiones con mayor contaminación por mercurio en el país y

posiblemente en el mundo, se encuentran ubicadas en el departamento de Antioquia, en

el que se reportaron alrededor de 320 casos de intoxicación entre 2013 y 2015.. En

Colombia se han realizado estudios referentes al contenido de mercurio, en peces y

aguas de la región de la Mojana y del Rio Sinú [5], en aguas, sedimentos y peces del rio

1 Inter-Organization Programme for the Sound Management of Chemicals (IOMC):

http://www.who.int/iomc/en/

2 Introducción

Amazonas [6], en aguas de la Quebrada la pedrera en Bogotá [7], y en procesos

asociados a minería ilegal de oro desarrolladas por la fiscalía general de la nación [8].

El último estudio nacional del agua de 2014 [9], indica que en 2012 se vertieron alrededor

de 205 t de mercurio provenientes del beneficio de plata (27,5%) y del oro (72,5%) a

agua y suelo de los departamentos de Antioquia, Chocó, Bolívar y Caldas, en ese mismo

informe se reportó que las subzonas con mayor afectación por vertimientos de mercurio

asociados al beneficio de oro son las correspondientes a: directos al Magdalena (Brazo

Morales), Bajo Nechí, Sucio, directos al Bajo Nechí, ríos Taraza, Man, Quito, Cajón,

Tamaná y otros directos al San Juan [9].

Si bien, en el país existen diversos institutos, universidades y laboratorios privados que

han desarrollado metodologías de cuantificación de mercurio total principalmente por

técnicas de Espectroscopia de Absorción Atómica con Vapor Frio (CV-AAS) y por

analizadores directos de mercurio, la diferenciación de especies (orgánica e inorgánica)

aún se encuentra en una etapa incipiente en cuanto a laboratorio acreditados para su

determinación. Sin embargo, desde el ámbito académico e investigativo los trabajo

desarrollados por Marrugo y Olivero en el norte del país han incluido la cuantificación del

metilmercurio (mercurio orgánico) que es considerado una de las formas del mercurio

con mayor toxicidad.[10], [11].

Este documento corresponde a un trabajo de revisión bibliográfica; para su desarrollo fue

necesario realizar la búsqueda de información científica (vigilancia tecnológica) en bases

especializadas como Scopus y Science Direct, de orden legal en las páginas de

búsqueda de las entidades relacionadas al sistema de información ambiental nacional

(SINA) y vigilancia en salud tales como el Instituto Nacional de Salud (INS) y el Instituto

Nacional de Vigilancia de medicamentos y alimentos (INVIMA) entre otros, y

adicionalmente como complemento a los aspectos relacionados al mercurio, su control,

cuantificación y especiación en entidades tales como la Agencia de Protección Ambiental

de los Estados Unidos (US-EPA), la organización Mundial de la Salud (OMS), el Código

Alimentario y la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la

Agricultura (FAO).

El énfasis primordial de este documento es en las metodologías de análisis para

especiación de mercurio por métodos no cromatográficos, para generar una propuesta

Introducción 3

metodológica en la que se emplea la CV-AAS como técnica de detección y cuantificación

de mercurio y sus especies en diversas muestras ambientales de acuerdo con las

condiciones actuales de disponibilidad de equipos del Departamento de Química de la

Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá.

1. Mercurio: características y prevalencia en el ambiente

1.1 Mercurio.

El mercurio es un metal líquido, inodoro, plateado, pesado y ligeramente volátil a

temperatura ambiente, con un peso atómico de 200,59 g/mol. En estado sólido es blanco,

dúctil, maleable y puede cortarse con un cuchillo. Su símbolo (Hg) se tomó de su nombre

en latín: hydrargyrum, que significa plata líquida. Existen una gran cantidad de isótopos

naturales de este elemento: 202 (29,8%), 200 (23,13%), 199 (16,84%), 201 (13,22%),

198 (10,02%), 204 (6,85%) y 196 (0,146%). Se encuentra en la corteza terrestre en una

concentración de 0,5mg kg-1, en combinación con azufre, formando más de una docena

de compuestos diferentes; de esos compuestos, el más importante es el sulfuro rojo HgS,

conocido como cinabrio, el cual contiene 86,2% de Hg y 13,8 % de azufre, a partir de

este mineral se obtiene principalmente el mercurio metálico, ya que tiene una pureza

hasta el 99,9%. Algunos otros minerales de mercurio son: la corderoita (Hg32+S2Cl2), la

livingstonita (HgSb4S7), la montroidita (HgO), el calomel (HgCl) entre otros.[12]. Su

solubilidad en agua es muy baja (de 20 a 60 μg L-1), mientras que en lípidos es casi mil

veces mayor (5 - 50 mg L-1) [13].

1.1 Especies químicas del mercurio

El mercurio existe en tres estados de oxidación: mercurio metálico (Hg0), mercurio

mercurioso [Hg(I)] y mercurio mercúrico [Hg(II)] (Tabla 1). El mercurio puede formar sales

inorgánicas, como cloruros, nitratos, sulfatos, y compuestos organometálicos [14]. Los

6 Determinación de mercurio orgánico e inorgánico en muestras ambientales

compuestos orgánicos se caracterizan por el enlace del mercurio a uno o dos átomos de

carbono orgánico, además pueden enlazarse con cualquier anión [15].

En compartimentos de la naturaleza, como el suelo, la forma predominante del mercurio

es en sales inorgánicas, siendo las más importantes el cloruro mercurioso (Hg2Cl2) o

calomel, con el que se fabrican electrodos de referencia y que ocasionalmente puede ser

también utilizado en medicamentos; el fulminato mercúrico [Hg(OCN2)2], un detonador en

explosivos, y el sulfuro mercúrico (HgS), pigmento de alto grado para pinturas [16] .

Los compuestos organomercúricos se caracterizan por la formación de enlaces

covalentes C-Hg muy estables, dicha estabilidad parece estar dada más por aspectos

cinéticos que termodinámicos; por otra parte, debido a que la afinidad del mercurio por el

oxígeno (a diferencia de otros metales) es muy baja, normalmente el mercurio presente

en la naturaleza está unido a uno o dos átomos de carbono formando principalmente

monometilmercurio (CH3Hg+) y dimetilmercurio (CH3HgCH3), estas formas químicas

presentan una elevada solubilidad en lípidos y son altamente tóxicas; el

monometilmercurio presenta adicionalmente solubilidad en agua [17].

Tabla 1. Especies de mercurio [13]

Mercurio inorgánico:

Elemental Hg(0)

Mercurioso Hg(I)

Mercúrico Hg(II)

Sales inorgánicas de mercurio

X: –OH-, –CN -, –Cl -, –Br, -S2-

Hg0

Hg22+

Hg2+

HgX2

HgX3-

HgX42-

Mercurio orgánico: Monometilmercurio (MeHg+)

CH3Hg+

Dimetilmercurio (Me2Hg) (CH3)2Hg

Etilmercurio (EtHg+) CH3CH2Hg+

Fenilmercurio (PhHg) C6H5Hg+

Capítulo 1 7

1.2 Liberación de mercurio en el ambiente.

Por acción microbiológica y abiótica se producen transformaciones de las especies de

mercurio en la atmósfera y en los ecosistemas terrestres y acuáticos, generándose así un

ciclo global del mercurio.

Se ha establecido que la principal fuente de emisión de mercurio atmosférico (cerca del

50%) es la generada por la actividad volcánica y es considerada una fuente natural, la

otra mitad se le atribuye a emisiones antropogénicos que tienen su origen en fuentes

estacionarias tales como plantas de energía alimentadas con gas o carbón, en la

explotación minera de oro, ferroniquel, carbón y de otros metales no ferrosos, en la

producción de cemento, acero, y también al uso del mercurio como catalizante, fungicida,

herbicida, desinfectante, pigmento y formador de amalgama en la minería de oro a

pequeña escala [18]. Se estima que la producción mundial de mercurio alcanzó su pico

máximo en los años 70´s con cerca de 10000 t, sin embargo, paulatinamente se ha visto

una disminución en su producción evidenciada en cifras que muestran que para los años

80´s la producción se reportó alrededor de 6500 t, en los 90´s bajo a 2000 t

aproximadamente [19], y se ha estimado que para el año 2013 la producción de mercurio

estuvo en las 1882 t siendo China el mayor productor [20].

1.2.1 Mercurio en la atmosfera

El mercurio elemental se encuentra fundamentalmente en la atmósfera en forma de

vapor, su presión de vapor es muy elevada lo que hace que se presenten condiciones de

concentración peligrosas en el ambiente a ciertas temperaturas, las otras formas

presentes son Hg particulado y Hg(II) unido a partículas en suspensión y en forma

gaseosa [21]. De estas tres formas la que mayor tiempo tarda en depositarse es la de

mercurio elemental (cercana a 1 año) seguida por la de Hg(II) particulado, mientras que

la especie Hg(II) gaseoso puede depositarse en horas o meses por medio de los

procesos de precipitación. La química atmosférica del mercurio implica diversas

interacciones con ozono (O3) y con radicales hidroxilo [22] que desencadenan reacciones

en fase gaseosa y en fase acuosa (en gotas de niebla, nubes y partículas de aerosol

delicuescentes), repartición de las especies de mercurio elemental y oxidado entre las

fases gaseosa y sólida y, por último, repartición entre las fases sólida y acuosa en el


caso de material particulado insoluble que se recoge por las gotas de agua de las nubes

[21].

1.2.2 Mercurio en Suelo

En suelo la forma más común de encontrar el mercurio es en estado divalente Hg(II), su

reducción a un estado de oxidación Hg(I) tiene un rango de estabilidad limitada, y la

forma metálica Hg(0), es algo volátil [23]; el mercurio inorgánico puede ser metilado

formando compuestos orgánicos de mercurio, especialmente metilmercurio (CH3Hg+),

proceso en el que se encuentran involucradas bacterias reductoras de sulfatos, a través

de la enzima metilcobalamina responsable de la conversión de Hg(II) en metilmercurio,

mediante la trasferencia de un grupo metilo (-CH3) y su transformación en

hidroxicobalamina como se muestra en la figura 1 [24][25], en general, esta reacción esta

mediada por procesos de óxido-reducción dependientes de condiciones estacionales que

controlan la concentración de metilmercurio en suelo y agua como efecto neto de los

procesos de metilación y desmetilación [26], [27].

Figura 1. Reacción cobalamina con mercurio. Dibujada por el autor

La formación de metilmercurio se ve favorecida en condiciones ácidas y concentraciones

relativamente altas de mercurio; adicionalmente, se ha encontrado que la cantidad de

H2O

Capítulo 1 9

metilmercurio incrementa proporcionalmente con la concentración de iones sulfuro libres

en suelos o sedimentos, todo ello mediado por bacterias sulfato reductoras de las

especies Clostridium butyricum, Desulfobulbus propionicus, Desulfovibrio desulfuricans,

Desulfococcus multivorans, Desulfobacter sp., Desulfobacterium sp.[16].

Tanto el mercurio inorgánico Hg(II), como el metilmercurio, forman complejos estables

con la materia orgánica del suelos (MOS) y de los sistemas acuáticos, el metilmercurio

constituye solo una pequeña parte de mercurio total en suelo y agua; sin embargo,

presenta una alta toxicidad y grado de bioacumulación, tanto así que se ha establecido

por ejemplo que del 80 al 99% del mercurio total reportado en pescado es metilmercurio

[23].

La coexitencia de especies de mercurio en el suelo, depende de numerosos factores,

entre ellos: el tipo de suelo, el contenido de matería orgánica e inorgánica, la profundidad

de la capa de suelo, la aireación y humedad de este, el tipo de sedimientos, la

concentración de los diferentes ligantes, la evolución de los microorganismos, el pH, el

potencial redox, los contenidos de cloruros, de azufre y el tipo de impacto antropogénico

[16], [28], [29]. En particular, las proporciones relativas de los componentes del suelo

responsables de la retención de Hg (minerales de arcilla, Fe-, Al- y Mn (óxidos

hidróxidos), materia orgánica) varían con las condiciones geoquímicas que a su vez

dependen de la posición topográfica a lo largo del suelo [30].

Los niveles basales de mercurio en diferentes regiones del mundo, varían en un amplio

rango debido a la naturaleza global de la contaminación antropogénica con mercurio,

estableciendo, que la concentración promedio de mercurio en la capa superficial de suelo

no excede los 0,4 mg.kg-1 [28].

En general, la materia orgánica del suelo (MOS) junto con la materia orgánica disuelta

(MOD), juegan un papel fundamental en la movilidad, biodisponibilidad y la toxicidad de

metales traza [28]. Estudios realizados para establecer los sitio de unión del

metilmercurio a los ácidos húmicos usando absorción de rayos X, han mostrado que esta

molécula se enlaza preferentemente a ligantes sulfhidrilo (-SH), y que una vez se saturan

estos ligantes, entonces el CH3Hg+ restante se une a ligantes tipo carboxilo (figura2) [31],

es así como el Hg está complejado por dos grupos S orgánicos reducidos

(probablemente tioles) a una distancia de 2,33 Å en una configuración lineal (figura 2a).


Además, un tercer S reducido (probablemente un sulfuro orgánico) contribuye en la

atracción del mercurio a una distancia de 2,92 a 3,08 Å. Cuando todos los sitios de

afinidad a azufre, que corresponde a un 20-30% del total del S orgánico reducido se

saturaran, se encuentra una estructura que afecta a un grupo carbonilo -O ó amino - N a

2,07 Å y uno carboxilo -O en 2,83 Å en la primera capa, y dos segundas átomos

centrales de C en una distancia media de 3,24 Å, como se muestra en la figura 2b [32],

[33].

Figura 2.Propuesta de estructuras promedio de Hg complejado por suelo orgánico.

(a) Enlazamiento a grupos tiol en la primera capa y (b) Enlazamiento cuando los grupos tiol ya se han saturado. El átomo de N representa un grupo amino-N o un grupo carbonilo-O.

1.2.3 Mercurio en agua

En medios acuosos, el mercurio está presente en forma de sales inorgánicas, solo una

porción pequeña de metilmercurio se integra a las aguas por procesos de precipitación,

los niveles de metilmercurio en las aguas son menores que los de mercurio inorgánico

debido a la dificultad de las reacciones de metilación en fase acuosa y a la fácil

descomposición por luz UV solar de los compuestos orgánicos de mercurio (Figura 3)

[34].

Se estima que la concentración de mercurio total en las aguas naturales oscila entre 0,2

y 100 ng.L-1, de los que aproximadamente 0,05 ng.L-1 serían de metilmercurio lo que

representa alrededor del 5 % del mercurio total, porcentaje que aumentaría en áreas

fuertemente industrializadas y en áreas acuáticas de intensa metilación de mercurio

inorgánico. Se ha estimado que la vida media del mercurio en agua puede ser de unos

Capítulo 1 11

pocos minutos a muchos años, dependiendo del tipo de especie de mercurio

presente[13].

En Colombia los estudios desarrollados por Marrugo en la zona de la Mojana han

establecido niveles de mercurio total en agua en el rango de 160 a 460ng.L-1 [35].

Figura 3. Transformaciones del mercurio en ambientes acuáticos. Copiado de: [34]

Todas las transformaciones que sufre el mercurio dependen de diversos factores

medioambientales como la actividad microbiana, la temperatura, la disponibilidad de

carbono orgánico, la presencia de partículas en suspensión, el oxígeno disuelto y el pH

[13], [36].

Si las condiciones son favorables, cualquier forma de mercurio que entra en las aguas

superficiales puede ser convertida a iones metilmercurio principalmente por metabolismo

microbiano; las bacterias reductoras del azufre son las responsables de la mayor parte

Hg (0)

Hg (0)

Hg (II)

Hg (II)

DMHg

DMHg

MMHg

MMHg

Hg (refractario)

HgS

Hg (refractario)

Hg (II)

DMHg

MMHg Hg (refractario)

Fitoplancton Almacenamiento

de

Hg 2+

y MMHg

Zooplancton Almacenamiento

de

Hg 2+

y MMHg

Peces pequeños

Almacenamiento de

Hg 2+

y MMHg

Peces grandes

Almacenamiento de

Hg 2+

y MMHg


de la metilación de mercurio, viéndose favorecida su actividad en condiciones

anaerobias. Levaduras como Candida Albicans y Saccharomyces cerevisiae, cuyo

crecimiento está favorecido por condiciones de bajo pH, son capaces también de metilar

el mercurio y reducir el mercurio iónico a mercurio elemental. Además, los compuestos

de cobalamina metilados producidos por la síntesis bacteriana parecen estar

involucrados en la metilación no enzimática de iones inorgánicos de mercurio. Sin

embargo, niveles altos de carbono orgánico disuelto (COD), reducen la metilación de

mercurio, posiblemente como resultado de la unión de los iones libres de mercurio con el

carbono orgánico disuelto, reduciéndose así su disponibilidad para la metilación. Aparte

de que el carbono orgánico disuelto inhibe en cierta medida la metilación bacteriana [21].

En general, la concentración de Hg0 es mayor cerca de la interfase aire-agua mientras

que los niveles de Hg(II) y CH3Hg+ son más altos cerca de los sedimentos. En las aguas

dulces continentales no contaminadas, el Hg(II) no se encuentra como ion libre sino

formando complejos con el ión hidróxilo (Hg(OH)+,Hg(OH)2 o Hg(OH)3-), mientras que en

los estuarios y océanos predominan los clorocomplejos (HgCl+, HgClOH, HgCl2, HgCl3-,

HgCl42-) [13].

En ambientes anóxicos que contengan sulfuro y en un pH de 4-9, el mercurio se combina

formando sulfuro mercúrico. Bajo condiciones ácidas, la actividad del ion sulfuro decrece

y de esta forma se inhibe la formación de sulfuro de mercurio favoreciendo la formación

de metilmercurio. En presencia de sulfuro en disolución, también pueden encontrarse

complejos de sulfuro como HgS2H2, HgS2H-, HgS2

2- [27].

En términos químicos el monometilmercurio se comporta en el medio acuoso como el

mercurio inorgánico y se va a encontrar principalmente unido a partículas y a la materia

orgánica disuelta. Además en el medio marino se encuentra formando un complejo con

cloruro (CH3HgCl) y en aguas continentales forma el hidroxocomplejo neutro

correspondiente (CH3HgOH). Análogamente, en presencia de sulfuro forma CH3HgS-,

pero este complejo tendrá una importancia mucho menor que los complejos sulfúricos del

mercurio inorgánico [21].

Capítulo 1 13

1.2.4 Mercurio en Biota

Un factor muy importante de los efectos del mercurio en el medio ambiente es su

capacidad para acumularse en organismos acuáticos y ascender por la cadena

alimenticia. De las diferentes formas de mercurio que pueden bioacumularse, el

monometilmercurio es una de las que se absorbe y acumula con mayor facilidad como se

mostró en la figura anterior (figura 3). El mercurio tiende a acumularse (bioacumulación),

transferirse (biotransferencia) y magnificar su concentración (biomagnificación) dentro de

los ecosistemas al incrementar el nivel trófico [26].

Los ríos son los ecosistemas que más se afectan por la presencia del mercurio debido a

la formación de rutas de transporte hacia las llanuras aluviales de la cuenca, produciendo

un incremento de la concentración en las zonas bajas, además de potencializar los

procesos de re-suspensión de los sedimentos en cada período de inundación,

permitiendo su ingreso en la biota acuática, en especial en los peces [37].

En general, cuando los organismos están expuestos a la contaminación por mercurio,se

surte un proceso de biomagnificación,; considerando que el consumo mundial de

pescado per cápita se acerca a los 20 kg.año-1[38], los estudios enfocados en la

detección y cuantificación de este metal y sus especies toma cada vez mayor

relevancia[39][14].

1.3 Toxicidad del mercurio

Tanto el mercurio metálico, como sus sales orgánicas e inorgánicas son venenos

protoplásmicos, fatales para humanos, animales y plantas. Los más tóxicos son los

compuestos orgánicos, y de ellos, los derivados alquilados. Los factores que determinan

los efectos tóxicos en humanos, son la velocidad de absorción y la cantidad absorbida,

las propiedades fisicoquímicas de los compuestos y la susceptibilidad del individuo. El

mercurio y sus compuestos pueden ingresar al cuerpo a través de la piel, del tracto

gastrointestinal y del tracto respiratorio[40].

En el caso del mercurio metálico, la principal forma de ingresar al organismo es en forma

de vapor, la cantidad que se absorbe a través de la piel es mínima. Los compuestos


inorgánicos de mercurio, después de que han ingresado al organismo, son absorbidos y

disociados por los fluidos corporales y la sangre, siendo distribuidos al plasma y

eritrocitos. Los aril-compuestos y los alcoxi derivados se descomponen en iones mercurio

y sufren el mismo proceso mencionado arriba [41].

Se ha encontrado que los alquil derivados de mercurio permanecen en el cuerpo debido

a su gran estabilidad y solubilidad; estos compuestos afectan el sistema nervioso central

y se acumulan en el cerebro, siendo eliminados más lentamente del organismo que las

sales inorgánicas y los aril y alcoxi derivados [21].

Las sales solubles en agua producen efectos corrosivos en la piel y membranas

mucosas, provocando náusea severa, vómito, dolor abdominal, diarrea con sangre, daño

a los riñones, una exposición crónica provoca inflamación de la boca, salivación

excesiva, pérdida de los dientes, daño a los riñones, temblores musculares, espasmos de

las extremidades, cambios de personalidad, depresión e irritabilidad. Generalmente los

compuestos de mercurio presentan bajas presiones de vapor, por lo que no contribuyen a

la presencia de vapores tóxicos en áreas de trabajo, lo que si sucede con el mercurio

metálico[42].

La reactividad del ion mercúrico, Hg(II), hace que presente una alta afinidad por muchos

ligantes orgánicos e inorgánicos, especialmente por aquellos que contienen azufre, lo

que explica que se une fuertemente a grupos sulfhidrilo y, en menor grado, a grupos

hidroxilo, carboxilo y fosforilo. De manera que el ion Hg(II) tiende a unirse a

metalotioneínas, ricas en cisteína (aminoácido no esencial que contiene un grupo

sulfhídrilo) [43].

El metilmercurio es el compuesto derivado del mercurio al que más está expuesta la

población especialmente por la dieta; sin embargo, el aire y agua, dependiendo del nivel

de la contaminación, puede contribuir significativamente a la ingesta diaria de mercurio

total[18]. Se ha establecido que en la mayoría de los productos alimenticios, el mercurio

se encuentra en forma inorgánica y en concentraciones inferiores a 20 mg.kg-1 de peso

fresco. En el caso de los peces y sus derivados se considera que son la fuente principal

de metilmercurio en la dieta, reportando niveles mayores a 1200 mg.kg-1 en las porciones

comestibles de tiburón, pez espada, y atún del mediterráneo [18].

Capítulo 1 15

El mercurio elemental y los compuestos de mercurio inorgánico y el metilmercurio son

considerados por US-EPA y OMS como principal fuente de contaminación; y son

responsables de efectos agudos y crónicos tales como afecciones del sistema nervioso

central, daño renal; en el caso del mercurio inorgánico y el metilmercurio se ha

establecido su dosis letal aguda en rangos de 14 a 57 mg.kg-1 y en 20 a 60 mg.kg-1 de

peso corporal respectivamente para una persona con un peso aproximado de 70 kg. En

el caso de la dosis de referencia crónica se establece para mercurio elemental en 0,3

ug.m-3.dia-1, para mercurio inorgánico en 0,3 ug.kg-1.dia-1 y para metilmercurio en 0,1

ug.kg-1.dia-1 [44].

La US-EPA no ha clasificado estos compuestos como cancerígenos debido a que los

estudios realizados hasta ahora son poco concluyentes y por tanto, el mercurio está en el

grupo D ―No carcinogénico‖, mientras que el mercurio inorgánico y el metilmercurio

pertenecen al grupo C ―posible carcinógeno humano‖. [44].

La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha estimado que los seres humanos pueden

llegar a tener un consumo diario de alrededor de 2,4 mg de metilmercurio proveniente de

todas las fuentes y una absorción diaria de aproximadamente 2,3 mg. La ingesta diaria

total de todas las formas de mercurio se ha estimado en 6.7 mg, con una carga adicional

de 3,8 a 21 mg de vapor de mercurio de las amalgamas dentales en los casos en que

están presentes. El nivel de mercurio en los peces, incluso para los seres humanos que

sólo consumen pequeñas cantidades (10-20 g de pescado-día), puede afectar

notablemente la ingesta de metilmercurio. El consumo de 200 g de pescado que contiene

500 mg.kg-1 de mercurio, se traducirá en la ingesta de 100 mg de mercurio

predominantemente metilmercurio.

Desde el punto de vista bioquímico, se ha establecido que al consumir alimentos

contaminados con compuesto de mercurio, el 95% del metilmercurio presente, se

absorbe por el tracto gastrointestinal y en exposiciones a vapores de este compuesto el

80% se absorben por inhalación. El metilmercurio es transportado por los glóbulos rojos

mediante la formación de una asociación de este a una proteína plasmática, de esta

manera penetra fácilmente a membranas y por tanto se puede distribuir por todo el

cuerpo, sin embargo, se ha establecido que la mayor acumulación se da en el sistema

nervioso central (SNC), en donde permanece en forma orgánica, en otros tejidos como

hígado y riñón se convierte y almacena como mercurio inorgánico, todo esto favorecido


por el hecho de que esta molécula tiene la capacidad de formar un complejo

metilmercurio-cisteína que tiene una estructura análoga a la metionina (figura 4),

adicionalmente, posee una velocidad de metabolización muy lenta, considerando que la

vida media del metilmercurio en sangre y en cerebro puede superar los 50 días [45].

El metilmercurio atraviesa fácilmente la placenta, encontrándose niveles mayores en el

cordón umbilical del feto que en la sangre materna. Un informe de Dutczak et al. (1991)

citado por Nabi en 2014, proporciona datos de ensayos realizados en cobayas, hámsters,

y un mono macaco indicando una gran absorción de metilmercurio por la vesícula biliar y

su ciclo biliar hepático [18], [45]. Los datos disponibles sugieren que el metabolismo de

metilmercurio es similar en animales y humano [46].

Figura 4.Estructura química del complejo de metilmercurio con el aminoácido cisteína y estructura de la metionina [47].

La excreción del metilmercurio ocurre principalmente por las heces en forma de mercurio

inorgánico como resultado de la excreción biliar del compuesto y la conversión a la forma

inorgánica por la flora intestinal, parte del metilmercurio excretado por la bilis puede ser

reabsorbido, creando de ese modo la circulación enterohepática de la forma orgánica;

menos de 1% de la carga corporal de metilmercurio se excreta a diario, el metilmercurio

también se secreta en leche materna con concentraciones alrededor del 5% del

metilmercurio, además, también se puede eliminar a través de la exhalación, saliva y

sudor en forma de mercurio inorgánico [18], [45].

Capítulo 1 17

1.4 Ciclo biogeoquímico del mercurio

La contaminación por mercurio plantea riesgos para la salud humana y el medio

ambiente en todo el mundo y a pesar de que el mercurio está naturalmente presente en

el medio ambiente, la quema de carbón junto con otras actividades industriales y de

minería en pequeña escala, ha aumentado en un factor de tres a cinco veces la cantidad

de mercurio que cicla entre la tierra, la atmósfera y el océano[1].

Se estima que cerca de 500 Mg.año-1 es la cantidad de emisiones atmosféricas naturales

primarias de este elemento producto de los procesos naturales de vulcanismo y

desgasificación gradual de los sistemas de suelo. (Fitzgerald y Lamborg, 2004; Selin,

2009 citados por[48]), el mercurio viaja por todo el mundo antes de oxidarse a una forma

que se deposite en los ecosistemas [1]. La figura 5 muestra las características de emisión

de mercurio por fuentes naturales y antropogénicas haciendo tangible el hecho de que

cada vez las emisiones de origen antropogénico (2000 Mg.año-1) son casi el 75% de la

totalidad del presupuesto de mercurio global y por tanto desencadenando un

desequilibrio del balance natural del mercurio en los diversos compartimentos

ambientales; el modelamiento de estos fenómenos ayuda a ilustrar los principales

compartimentos y vías ambientales que son importantes en el ciclo global del mercurio y

las formas en que las emisiones naturales y antropogénicas a la tierra y al agua se

mueven entre estos mismos, además de evidenciar que las emisiones al aire no solo

provienen de fuentes naturales y fuentes antropogénicas, sino que también de re-

emisiones de mercurio previamente depositadas por el aire sobre suelos, aguas

superficiales y vegetación [1], [49].


Figura 5. Emisiones mundiales de mercurio. Copiado de [2]

Las actividades desarrolladas por el hombre han modificado el ciclo natural del mercurio

bien sea de manera intencional al hacer explotación minera del metal o al usarlo en

proceso de extracción minera (extracción de oro) e inclusive al incorporarlo en procesos

industriales (plantas de fabricación de cloro-alcalis entre otras industrias), en cuanto a las

modificaciones no intencionales se encuentran las emisiones de mercurio producto de

combustión de carbón para producir energía, la industria de cementos y la pirametalurgia

ya que trazas de Hg se liberan al someter esa clase de materiales a altas temperaturas

[48]. El mercurio continúa circulando en la atmósfera, los océanos y el sistema terrestre

durante siglos y hasta milenios antes de que regrese a los sedimentos de los océanos

profundos, donde se han reportado cálculos de tiempo de vida del mercurio que van

desde los 3000 hasta los 10000 años [1].

La estimación de emisiones atropogénicas primarias totales de mercurio están en el

rango de 1960 a 2800 Mg.año-1, los aportes a esta emisión se le atribuyen principalmente

a Asia con un aporte cercano a los 777 Mg.año-1, seguida por África con 330 Mg.año-1 y

Sudamérica con 245 Mg.año-1, como se muestra en la figura 6 [2].

Capítulo 1 19

Figura 6.Distribución de emisiones antropogénicas de mercurio, recopilado de [2]

1.5 Emisiones de mercurio: Legislación

Debido a la amplia evidencia referente a la toxicidad del mercurio y sus efectos

perjudiciales para la salud humana y el medio ambiente (incidente de Minamata,

reconocimiento oficial en 1956) [50], la mayoría de los países desarrollados han

establecido normativas referentes a los límites máximos permitidos en diferentes fuentes,

agua, aire, suelo y alimentos, en el caso de Colombia se han acogido dichos

lineamientos internacionales, y estos se resumen en la tabla 2.

Tabla 2. Límites máximos admisibles de mercurio aplicables para Colombia (*)

Matriz de mercurio Limite Observación Fuente/referencia bibliográfica

Limites en agua

Agua potable 0,001 mg.L-1

Resolución 2115/07

Agua uso pecuario 0,01 mg.L-1

Agua para uso pecuario Decreto 1594/84

Agua residual 0,01 mg.L-1

Vertimiento de red de acueducto

Resolución 3957/09 Bogotá

Agua residual 0,00025 mg.L-1

Vertimiento de corriente principal

Resolución 3956/09 Bogotá

40%

17%

12%

31%

Asia

Africa

Sudamerica

resto planeta


Limites en aire

Hg exposición no laboral

0,001 mg.L-1

EPA

Hg en aire de zonas urbanas

10-20 ng.Hg m-3

aire Decreto 602/1998

Hg en aire de zonas suburbanas

6 ng Hg.m-3

aire Decreto 602/1998

Límite máximo permisible

< 1 ug.m-3

Mercurio inorgánico 1 año de exposición (Norma calidad de aire o nivel de inmisión en condiciones de referencia)

Resolución 610/10 Colombia

Lugar de trabajo 0,025 mg.m-3 ACGIH/EE.UU. (valor

TLV), 1994

Limites en alimentos

Consumo humano (Hg orgánico)

1,6 mg.kg-1

peso corporal (PC)

Consumo máximo semanal de Hg orgánico

FAO/OMS 2007

Consumo humano 5 ug.kg-1

PC Consumo máximo semanal de Hg total

FAO/OMS 2007

Pescado 0,5 ug Hg.g-1 Límite máximo de

metilmercurio en pescado no depredador para consumo humano

Codex Alimentarius

0,50 mg.Hg.kg

-1 Productos de la pesca y

carne de pescado Resolución No. 122 de 2012

1,00 mg Hg.kg

-1 Atún y peces

depredadores

Limites biológicos

Sangre ≤20ug.L-1

Expresado como mercurio total

Centro toxicológico de Quebec (CTQ 2011)

Orina ≤50ug.L-1

CTQ 2011

Cabello ≤5ug.L-1

OMS 2011

Limites en biosólidos2

Tipo A o B con Hg de 10 mg kg

-1 y 20 mg kg

-

1 respectivamente

0,85 kg Ha-año-1

Tasa máxima de aplicación

Resolución 1287 de 2014

(*) Modificado de: OPS/OMS, 2011 Cooperación técnica entre Brasil, Bolivia y Colombia: teoría y práctica para el

fortalecimiento de la vigilancia de salud de poblaciones expuestas a mercurio.

De forma complementaria a la normatividad ya listada se encuentra la resolución 631 de

2015 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo que establece límites máximos de emisión

por tipo de industria y/o fuente de emisión. (Anexo A)

Teniendo en cuenta que los efectos tóxicos de sustancias, como el mercurio, tienen

incidencia a nivel mundial por sus características de migración biogeoquímica y

considerando que el uso del mercurio sigue siendo muy amplio a pesar de las

2 De acuerdo con la resolución 1287 de 2014, art.3, un biosolido se define como el ―producto resultante de la estabilización

de la fracción orgánica de los lodos generados en el tratamiento de aguas residuales municipales, con características físicas, químicas y microbiológicas que permiten su uso. No son biosólidos las escorias y cenizas producto de la oxidación o reducción térmica de lodos, así como los residuos que se retiran de los equipos e instalaciones de la fase preliminar del tratamiento de aguas residuales, ni los provenientes de dragados o de limpieza de sumideros.‖

Capítulo 1 21

limitaciones y prohibiciones que ha establecido cada país, especialmente por la

comercialización ilegal del mismo para minería de oro a pequeña escala, el Consejo de

Administración del Programa de las Naciones Unidad para el Medio Ambiente (PNUMA),

estableció un Comité Intergubernamental de Negociación (CIN) para que definiera

lineamientos de carácter mundial en el tema de uso, transporte y comercialización del

mercurio y que tuviese características jurídicamente vinculantes, de donde se establece

el Convenio de Minamata (enero de 2013) [2], cuyo objetivo es «Proteger la salud

humana y el medio ambiente de las emisiones y liberaciones antropogénicas de mercurio

y sus compuestos» y dentro de sus aspectos más destacados se encuentra la prohibición

de nuevas minas de mercurio, la eliminación gradual de las existentes en un plazo no

mayor a 15 años, medidas de control de emisiones a la atmósfera, y la regulación

internacional del sector informal para la extracción de oro artesanal y en pequeña escala

[2].

Si bien, Colombia es uno de los países firmantes aún no ha ratificado dicho Convenio,

por tanto no está vigente en el país, sin embargo se han adelantado procesos legislativos

por parte del Congreso de la Republica con la expedición de la Ley 1658 de 2013 y "por

medio de la cual se establecen disposiciones para la comercialización y el uso de

mercurio en las diferentes actividades industriales del país, se fijan requisitos e incentivos

para su reducción y eliminación y se dictan otras disposiciones", en ella se establece la

necesidad de un registro de usuarios de mercurio, el control de las importaciones de este

metal y la disminución y eliminación de su uso, además propone su erradicación en todos

los procesos industriales y productivos en un plazo no mayor a diez (10) años y para la

minería en un plazo máximo de cinco (5) años [51].

Por otra parte, el año pasado el Ministerio de Comercio expidió el Decreto 2133 del 22 de

diciembre de 2016, a través del cual se ponen reglas a la importación de mercurio, y se

da cumplimiento al artículo quinto de la Ley 1658 del 2013 que ordena al Ministerio de

Comercio, Industria y Turismo, en conjunto con el de Ambiente y Salud y con la Dirección

de Aduanas e Impuestos Nacionales (DIAN), hacer seguimiento y controlar la importación

y comercialización del mercurio [52].

En este decreto el Ministerio determinó un cupo de importación anual de 63 toneladas,

de las cuales, 40 toneladas podrán ingresar al país desde que se publique el decreto en

el Diario Oficial hasta el 15 de junio de 2017 y las 23 toneladas restantes deberán


ingresar entre el 16 de junio y el 15 de septiembre de 2017, fecha desde la cual no podrá

ingresar mercurio para uso en la minería [52].

Entre el 16 de septiembre del 2017 y el 15 de septiembre de 2020, el cupo de

importación será de dos toneladas anuales, las que se podrán usar en actividades

diferentes a la minería. Este cupo será administrado por el Instituto Nacional de Vigilancia

de Medicamentos y Alimentos (INVIMA) y el Ministerio de Comercio, Industria y Turismo,

cada uno desde el marco de sus competencias. Por otra parte se establece que la Dian,

en máximo 45 días a partir de la expedición del decreto, definirá los lugares por los

cuales se podrá importar el mercurio; al respecto, la Dian ha generado un proyecto de

resolución que establece que “el mercurio identificado con la subpartida arancelaria

2805.40.00.00 deberá ingresar e importarse exclusivamente por las jurisdicciones de los

puertos y aeropuertos de las Direcciones Seccionales de Cartagena, Buenaventura y

Medellín, y bajo ninguna circunstancia podrá autorizarse el Régimen de Tránsito

Aduanero para ésta mercancía, con excepción de la modalidad de transbordo‖ [53],

aunque a la fecha no ha sido emitido formalmente.

En cuanto a la reducción en el uso de mercurio se encuentra la resolución 159 de 2015,

de la Secretaria Distrital de Salud de Bogotá y que ―establecen los lineamientos que

deben cumplir los Prestadores de Servicios de Salud de Bogotá, D.C. para la eliminación

de productos y dispositivos con contenido de mercurio y la sustitución por alternativas

seguras y tecnológicamente no contaminantes‖[54].

1.6 Contaminación por mercurio en Colombia.

En el contexto colombiano se ha establecido que en el departamento de Antioquia están

localizados los municipios con mayor contaminación por mercurio del país y

posiblemente del mundo reportando altos índices de intoxicación por este metal. [3] [4]

Como se muestra en la figura 7 y de acuerdo con las cifras del Ministerio de Comercio,

Colombia ha importado en los últimos años un promedio de 100 t de mercurio por año

para el desarrollo de su actividad minera [55], lo que demuestra que a pesar de la firma

del convenio de Minamata en 2013 y del establecimiento de normativa para regular el

uso de mercurio en el país, estas medidas no han tenido suficiente alcance para que se

presente una disminución significativa en el uso de este elemento, a pesar de estar a

Capítulo 1 23

puerta de cumplirse el plazo de reducción y eliminación de la minería de oro a pequeña

escala.

Figura 7. Estadística de importaciones de mercurio en Colombia 2010-2016, recopilado de [55]

Las importaciones de mercurio que realiza Colombia provienen principalmente de México

(25%), España (21%), Países Bajos(20%), Estados Unidos (17%) y Alemania (9%) entre

otros (8%) [55], [56]. (figura 8).

113,3

84

101,3 99,9

127,1 133,2

95,1

0

20

40

60

80

100

120

140

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

Ton

ela

das

Año


Figura 8. Países de procedencia del mercurio importado por Colombia, recopilado de [55]

De acuerdo con Tognelli (2016) en el Libro ―Estado de Conservación y Distribución de la

Biodiversidad de Agua Dulce en los Andes Tropicales‖, en Colombia la cuenca

Magdalena- Cauca produce el 93% de la producción nacional de minerales metálicos y el

90% de minerales no metálicos y la extracción de oro en el periodo 2003-2014 de la

cuenca del nor-occidente de los Andes fue de alrededor de 846 t, dentro de la cual se

realizó la disposición no adecuada de muchos desechos contaminantes en los sistemas

acuáticos, presentando como ejemplo de su magnitud que para el año 1996 se vertieron

a rios y quebradas por cada tonelada de oro producida cerca de seis toneladas de

mercurio [57], lo que a cifras actuales de producción de oro (alrededor de 62 t en 2016 de

acuerdo a lo reportado por el Sistema de información Minero Colombiano-SIMCO) podría

significar un vertimiento de 372 t de mercurio.

En Colombia, existen diversas investigaciones sobre la bio-acumulación de metales

pesados en los peces de la región de la Mojana y del Rio Sinú [5], [35], [58] y su impacto

en las poblaciones humanas expuestas [35], [43], [59], particularmente en las cuencas

del rio Sinú, San Jorge y Magdalena-Cauca. Estos estudios muestran que la

concentración del mercurio dentro del tejido está asociada con la dieta del pez, así las

México

España

Paises Bajos

Estados Unidos

Alemania

Otros

Capítulo 1 25

especies carnívoras (Hoplias malabaricus) son las que tienen las mayores

concentraciones, 1,39 ± 0,69 μg.g-1 de peso húmedo, seguidas por las omnívoras

(Leporinus muyscurum), 0,40 ± 0,11 μg.g-1 de peso húmedo y por último de las

detritivoras (Cyphocharax magdalenae), 0,15 ± 0,02 μg.g-1 de peso húmedo, por tanto los

peces carnívoros presentan concentraciones de mercurio superiores a los permitidos

para consumo humano (0,5 mg.kg-1) [57], lo cual es coincidente con los reportes en la

Amazonia colombiana en donde se encontró que el 30% de los pescados estudiados

presentaban contenido de mercurio total superiores a las concentraciones normalizadas

con valores de hasta 2,0 mg.kg-1 [6], también se encuentran reportes de los contenidos

de mercurio en aguas de la Quebrada la pedrera en Bogotá [7], y en procesos asociados

a minería ilegal de oro desarrolladas por la fiscalía general de la nación [8].

De acuerdo con los registros encontrados en la lista de laboratorios ambientales

acreditados por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales-IDEAM

consolidada a 31 de diciembre de 2016, en Colombia, existen 33 laboratorios registrados

que realizan análisis de mercurio fundamentalmente en la matriz agua (alrededor de 29) ,

y algunos de ellos también incluye matrices como suelo, sedimentos, residuos peligrosos

y aire, por otra parte, al revisar el directorio oficial de acreditación del Organismo

Nacional de Acreditación de Colombia-ONAC, se encontró que solo hay siete laboratorios

con acreditación en la norma ―Requisitos generales para la competencia de los

laboratorios de ensayo y de calibración‖ (ISO/IEC 17025:2005) y de los cuales solo tres

también están registrados ante el IDEAM, en esta misma base se encontraron dos

laboratorios acreditados para muestras diferentes al agua; uno, para determinación de

mercurio total en carbón y otro para determinación de mercurio en productos derivados

del pescado y en semillas y harinas de trigo.

La mayoría de ellos se localizan en Bogotá (15), seguidos por ciudades como Medellin

(6), Cali (3), Barranquilla (4) y otras ciudades (5)

2. Métodos de análisis de mercurio en muestras ambientales

En este aparte se presentan los métodos de análisis de mercurio aplicados en específico

a muestras ambientales: suelo, sedimentos, agua y pescado.

La espectrometría de absorción atómica con vapor frio (CV-AAS) puede considerarse

como la metodología más popular para la determinación de mercurio en prácticamente

cualquier tipo de muestra, ya que el mercurio es un elemento metálico que tiene una

presión de vapor muy alta a temperaturas relativamente bajas y puede introducirse

cuantitativamente en el espectrómetro como vapor sin dificultad. La absorción a 253,7 nm

en la región ultravioleta se ha medido con el uso de lámparas de vapor de mercurio así

como lámparas de cátodo hueco como fuente de luz [1], [60]–[64].

La forma de liberar el mercurio de las muestras acuosas o digeridas es la reducción

medida por el uso de cloruro de estaño o de boro hidruro de sodio seguida de la

volatilización e introducción del mercurio mediante la ayuda de una corriente de gas. Los

procedimientos para eliminar la interferencia han sido importantes en la determinación

del mercurio en matrices inorgánicas en las que la descomposición completa es difícil

incluso con el uso de ácidos fuertes. Se han adoptado dos métodos para eliminar las

interferencias causadas por los vapores orgánicos: la amalgamación con oro para

purificar el vapor de mercurio y un método de corrección de fondo óptico para la

espectrometría. El método de amalgamación del oro se basa en la adsorción selectiva de

una superficie de oro a temperatura ambiente, posteriormente se purgar el vapor

orgánico, y el mercurio se libera de la trampa por calentamiento y luego se introduce en

el espectrómetro. Esta estrategia no solo funciona para purificar el mercurio sino que

ayuda a mejorar la sensibilidad del análisis. Según el reporte técnico de Morita y

colaboradores en 1998, el uso de una lámpara de cuarzo y la línea de resonancia de

184,9 nm en la región UV de vacío proporcionó un aumento de la sensibilidad sobre la


línea comúnmente empleada de 253,7 nm. La precisión mejorada para CV-AAS se

obtuvo utilizando la línea de resonancia de 184,9 nm resonancia presentado un límite de

detección para Hg 30 veces menor que cuando se utiliza la línea de 253,7 nm [19].

Por otra parte, la extracción de las especies de mercurio incluye procesos que pueden ir

desde tratamiento de la muestra con ácidos fuertes [65], [66] como es el caso de suelos,

sedimentos, aguas y residuos líquidos; extracción alcalina [67], usada principalmente en

muestras biológicas y de sedimentos o en otros casos procesos de extracción secuencial

aplicada en el análisis de suelos y sedimentos [10], [68] aunque no proporcionan

información específica sobre la composición de los compuestos extraídos, cada una de

las fracciones extraídas contiene un conjunto de compuestos de mercurio con estrecha

similaridad en sus parámetros de movilidad físicoquímica y de disponibilidad biológica

[69].

La determinación de niveles traza de mercurio requiere un paso de preconcentración

dentro de esta estrategia se emplean la extracción en fase sólida (SPE) [65], la pirolisis

[69], la preconcentración con amalgamador de oro, la extracción en punto de nube [61],

[70] y la extracción liquido – liquido. En el caso de la SPE la ventaja de su uso reside en

que genera menos residuos, disminuye el efecto matriz, la fase sólida es fácilmente

recuperable y presenta mayores índices de recuperación además de no requerir el uso

de solventes tóxicos, recientemente se emplea la extracción en fase sólida con sorbentes

como plata o algodón de plata, con resinas de quelatación que contienen

ditiocarbamatos, azul de metiltimol, mercaptobenzotiazoles, carbón activado, silica-C18

modificada [71], además de otras estrategias de concentración como el uso de sistemas

ternarios compuesto de agua- antipirina y ácido sulfosalicílico [72] y amberlita [65].

La detección de las especies de Hg se hace en algunos casos con métodos altamente

sensibles como la espectrometría de fluorescencia con vapor frío, además del uso de la

espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) muy usada en el

análisis de especiación [34] o en otros casos por técnicas no menos sensibles como la

espectrometría de absorción atómica con vapor frio (CV-AAS)[60], [65].

Si bien, establecer las concentraciones de mercurio total es importante, al considerar las

características toxico cinéticas de su forma orgánica, se hace más relevante establecer

metodologías de especiación, y como parte de ello la comunidad científica ha empleado

Capitulo 2 29

dicha palabra para referirse a aspectos variados de las condiciones de una determinada

sustancia ligados a aspectos tales como su movilidad, estado de oxidación e interacción

con otras sustancias, de esta manera la International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) define el análisis de especiación como ―el análisis de compuestos

químicos que difieren en composición isotópica, conformación, oxidación o estado

electrónico, o en la naturaleza de su sustituyentes acomplejados o en unión covalente,

que se pueden considerar como especies químicas distintas‖[73].

En las últimas décadas se han desarrollado metodologías de especiación del mercurio,

que usan tecnologías como la cromatografía líquida con espectrometría de masas (LC-

MS), cromatografía gaseosa con espectrometría de masas (CG-MS) y cromatografía

gaseosa con detector de captura de electrones (GC-ECD) [60], [74], la espectrometría de

emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES) y la espectrometría de

plasma inductivamente acoplado a espectrometría de masas (ICP-MS), también se

reporta el análisis por absorción de rayos X especialmente aplicada a análisis de

especies de mercurio en suelo [23], y los métodos electroquímicos [19], [75], [76].

También se ha logrado avances en el desarrollo de sistemas híbridos y sistemas on-line,

con énfasis en tecnologías que combinan separaciones cromatográficas y detección por

métodos espectroanalíticos, como, por ejemplo, LC-CV-AAS, LC-ICP-MS, LC-CV-AFS,

CG-AFS [60].

El uso de sistemas híbridos amplifica en muchas órdenes de magnitud la sensibilidad

para cuantificar el mercurio y mejoran la capacidad de especiación. Sin embargo, exigen

la necesidad de acoplarse a tecnologías de excelente separación y tecnologías

espectroanalíticas, hecho que prácticamente duplica los costos para adquirir y desarrollar

este tipo de metodología. Nuevamente, el uso de estas metodologías demanda costos.

Se están perfeccionando los sistemas que usan cromatografía líquida o gaseosa

acoplados a espectrómetros de masa. Estos han demostrado alta versatilidad para

identificar y cuantificar especies organomercuriales (metilmercurio, etilmercurio,

dimetilmercurio, fenilmercurio, etc.)[77]. Sin embargo, su adquisición y mantenimiento

involucran costos elevados, en comparación con metodologías que usan GC-ECD,

equipos comercialmente disponibles a bajo costo. No obstante, el uso de GC-ECD, a

pesar del menor costo de adquisición de tecnologías, exige etapas más trabajosas de


extracción y separación de las muestras; se usa principalmente para cuantificar el

metilmercurio. Otro aspecto metodológico importante es la necesidad de que las

muestras para análisis se encuentren disueltas en fluidos para cuantificación en la

mayoría de estas tecnologías. Es decir, exigen etapas de extracción delicadas y cuyas

pérdidas pueden ser significativas [74].

2.1 Toma, tratamiento y conservación de las muestras

El riesgo de contaminación de la muestra debida a los materiales y recipientes de

almacenamiento puede ser considerable, además algunas formas del mercurio son

volátiles o tienen afinidad por los materiales de los recipientes de almacenamiento [78].

Por lo tanto, la recolección apropiada de muestras, el pretratamiento, y los

procedimientos de almacenamiento son críticos.

En la recolección, pretratamiento y almacenamiento de muestras ambientales son

populares los elementos polímericos, de vidrio, acero inoxidable y aluminio. Se ha

reportado el uso de contenedores de polietileno (PE) en la recolección y almacenamiento

de muestras de agua, sin embargo, los contenedores PE no se recomiendan en el

análisis de especiación del elemento, debido a la rápida degradación del mercurio

orgánico, los procesos de interconversión y lo fenómenos de adsorción superficial [79].

Otros materiales como el polietilen tetrafluoroetileno (PTFE/teflón), Polietileno fluorinado

(FLPE), polietilentereftalato (PET) y los recipientes de vidrio y cuarzo son los más

recomendados para el almacenamiento de muestras de mercurio, siendo el PTFE el más

empleado por sus bajo costo, su carácter reciclable, y porque no se rompen fácilmente

en comparación con los envases de vidrio; además, las técnicas de conservación de

muestras tales como pretratamiento de muestras, adición de varios conservantes y

pretratamiento de envases, lavado en ácido se recomiendan ampliamente para reducir al

mínimo la perdida de analito durante el tiempo de almacenamiento [63].

La muestra de agua generalmente se filtra con membranas de 0,45 μm para eliminar el

material partíiculado y luego se acidifican con HNO3 [65] o HCl [80] para preservar los

analitos y para prevenir el crecimiento de microorganismos. En diversos artículos se

indica que en general, el almacenamiento y la temperatura correcta para las muestras

Capitulo 2 31

ambientales deben ser en la oscuridad y a 4°C, respectivamente. En los últimos años, la

micro extracción en fase solida (SPME) y la técnica de gradiente difusivo (DGT) han sido

mostradas como estrategias promisorias para el almacenamiento de Hg en el análisis de

muestras ambientales ya que en estas técnicas, los analitos son adsorbidos y

estabilizados sobre los materiales sólidos directamente en campo haciendo más fácil su

transporte y almacenamiento en comparación con una fase líquida y de esta manera,

minimizar la pérdida de analito.[71], [81].

En el caso de las muestras de sedimento y suelo pueden ser almacenadas de manera

diferente usando contenedores de PE previamente limpiados con ácido en los cuales se

deposita la muestra se homogeniza y se congelan hasta el análisis.[80], [82], el pre

tratamiento de las muestras con soluciones ácidas ayuda a conservar los analitos y evita

la interconversión de especies. Por otra parte las muestras de sedimentos deben cubrirse

con una capa delgada del sitio de donde fueron extraídos y luego sellarlos evitando dejar

espacios de cabeza vacíos.

En cuanto al tratamiento en el laboratorio para las muestra de suelo se reportan procesos

de secado, homogenización, tamizaje y almacenamiento en recipientes de polietileno de

alta densidad (PEHD); considerando que la temperatura de secado puede influir en el

contenido de mercurio en las muestras de suelo en general se recomienda el secado por

liofilización [83].

En el caso de muestras biológicas, en especial pescado, se ha estudiado la influencia del

tiene el método de secado y el tipo de metodología de extracción encontrando que los

porcentajes de recuperación de las especies de mercurio es mayor cuando el secado se

realiza a temperaturas no mayores a los 40°C por un tiempo de 48 horas en comparación

con el proceso de liofilización y que el mejor medio de digestión para determinar mercurio

total es el que emplea ácido nítrico concentrado (HNO3 al 63%) o ácido clorhídrico (HCl

37%) y que en el caso de requerir especiación se recomienda las extracción alcalina

[84][85].


2.2 Determinación de especies de mercurio en Suelo

y sedimentos

Los métodos de determinación de mercurio en suelo y sedimentos más comúnmente

usados incluyen la extracción secuencial [86], pirolisis, y la cuantificación por

espectrometría de vapor frio (CV-AAS), espectrometría de fluorescencia de vapor frio

(CV-AFS), espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-

OES), espectrometría de plasma inductivamente acoplado a espectrometría de masas

(ICP-MS), e ICP-MS acoplado a HPLC para separar las especies, también se reporta el

análisis por absorción de rayos X (principalmente XAFS y EXAFS) [23], [87], además de

diversas publicaciones que emplean la determinación directa por amalgamación y

posterior desorción térmica (DMA) [88]. Los métodos de extracción son más

frecuentemente empleado en la investigación de especies de mercurio en suelo y

sedimentos, aunque no proporcionan información específica sobre la composición de los

compuestos extraídos. Cada una de las fracciones extraídas contiene un conjunto de

compuestos de mercurio con estrecha similitud en sus parámetros de movilidad

físicoquímica y de disponibilidad biológica[69].

En la tabla 3 se resume uno de los métodos de extracción de compuestos de mercurio

empleado en el análisis de suelos y sedimentos y que reporta un límite de detección en

0,1-5 mg.kg-1 para todas las facciones de mercurio analizadas.

Tabla 3. Esquema de extracciones sucesivas de especies de mercurio en suelo y

sedimentos propuesto por Bloom [28].

Etapa Reactivo extrayente Fraccion macerada Compuesto de Hg característico

1 Agua desionizada Solubles en agua HgCl2, HgSO4

2 HCl 0,01M + AcOH 0,1 M, pH2 Solubles en ácido HgO

3 KOH 1 M Complejos orgánicos con compuestos orgánicos

Hg-humatos, Hg2Cl2

4 HNO3 12 M Enlazados fuertemente Intersticial en el mineral, Hg2Cl2, Hg

0

5 HCl: HNO3 (3:1) Residual (sulfhidrilos) HgS, HgSe, HgAu

Tomada de: Journal of Analytical Chemistry, 2011, Vol. 66, No. 2, pp. 119–124.

En general, esta secuencia de extracción ha venido siendo reemplazada por la

metodología de fraccionamiento dinámico usando columnas giratorias en espiral las

cuales permiten disminuir el tiempo de extracción del orden de más de 20 horas a cerca

Capitulo 2 33

de 1 hora por cada paso de extracción, además presenta una recuperación del 96–100%,

en comparación con la extracción secuencias que tiene una recuperación de solo 72–

84% [69].

La US-EPA publicó en el 2005 el método estándar 3200 para determinación de

fracciones de mercurio en suelos y sedimentos usando extracción asistida por

microondas y extracción selectiva por solventes y/o extracción en fase sólida, con esta

metodología es posible discriminar las especies que se listan en la tabla 4.

Tabla 4. Fracciones de mercurio que pueden determinarse por el Método US EPA 3200 [68].

Fracciones de mercurio definidas operacionalmente

Especies de mercurio individual

Reactivo extrayente y condiciones de extracción

Mercurio total Análisis directo según método

US-EPA7473

Mercurio extraíble Mercurio orgánico extraíble

CH3HgCl CH3CH2HgCl

La extracción se realiza por

sonicación con mezcla de HCl

2% y metanol al 10%

La separación de la fracción

orgánica e inorgánica se realiza

por extracción en fase sólida

usando fibra de algodón

Mercurio inorgánico extraíble

HgCl2 Hg(OH)2 Hg(NO3)2 HgSO4 HgO

Hg2+

complexes a

Mercurio no extraíble Mercurio semi-móvil

Hg0

Hg0-M

b

Hg2+

complexes a

Hg2Cl2 (menor)

Con el residuo remanente de la

extracción anterio se puede

determinar de forma directa

según método US-EPA7473 el

mercurio no extraíble.

Si se quieren diferencias las

fracciones se lava el residuo

hasta fin de cloruros y se

somete a digestión con 5 mL de

HNO3 2 M a 95°C por 20 min,

se lava con agua y se cuantifica

para determinar el mercurio

semimovil

El residuo final se analiza

directamente siguiente el

método US-EPA7473 para

determinar el mercurio no móvil

Mercurio no-móvil

Hg2Cl2 (mayor) HgS HgSe

a. Ciertos complejos inorgánicos de mercurio pueden estar presentes tanto en las fracciones extractables

orgánicas como inorgánicas

b. Esto represente una amalgama mercurio-metal

Otro método de determinación de especies de mercurio en suelo y sedimentos es el

reportado por Neculita y colaboradores en 2005 y posteriormente modificado por

Tazisong y colaboradores en 2012 que incluye la extracción del mercurio en cuatro


fracciones identificadas como Solubles en Agua (FI) usando agua disionizada,

intercambiable (F2) usando una solución 0,5 M de Acetato de sodio-EDTA y 1 M de

cloruro de calcio, orgánico (F3) haciendo extracciones sucesivas con hidróxido de sodio

0,2 M y ácido acético al 4% v/v, y por último, la fracción residual (F4) correspondiente a la

tratada con ácido nítrico (HNO3), ácido sulfúrico (H2SO4) y ácido perclórico (HClO4) [89],

o por combustión directa a 750 °C [90].

Como complemento a lo anterior el trabajo de Reis y colaboradores en 2015, indica que

es posible conocer los diferentes especies químicas del mercurio en suelo aplicando la

técnica de termo desorción en la cual, al incrementar la temperatura logra la liberación de

las especies de mercurio en el siguiente orden: HgCl2 = Hg asociado a Fe2O3 < Hg

asociado con ácidos húmicos <HgS <HgO, adicionalmente al evaluar el tamizaje

encontraron que al usar un tamiz <2mm permitía una mejor homogeneidad de la

muestras, además de que la muestra debía ser rápidamente analizada ya que después

de 10 días a temperatura ambiente el Hg0 no era posible de detectar [87].

Como se mencionó previamente, las concentración de mercurio en muestras de suelos y

sedimentos son también determinadas por CV-AAS y por espectrometría de

fluorescencia atómica, en estos métodos se oxida la totalidad del mercurio presente a

Hg2+ y posteriormente se reduce a Hg0 empleando una solución de cloruro de estaño(II),

seguido de una purga y amalgación con oro para posteriormente desorberlo

térmicamente en el espectrofotómetro; cuando se requiere realizar un estudio de

mercurio en suelo es necesario considerar y cuantificar también la materia orgánica y el

tamaño de partícula ya que juegan un papel importante en el control y distribución de

este elemento tanto en el suelo como en los sedimentos afectando, por tanto, los

procesos de sorción, transporte y retención del mercurio en sistemas acuáticos [88].

2.3 Métodos de Determinación de Mercurio en Agua

El análisis del mercurio y de sus especies en la matriz agua no solo está enmarcado en

el interés per se de conocer su concentración, sino que permite establecer las

Capitulo 2 35

características de deposición y migración del mercurio, las principales especies de

mercurio en aguas naturales están conformadas por el Hg (II) y por metilmercurio, la

determinación de mercurio en agua dará una idea de la acumulación de mercurio en las

especies de peces allí presentes [13]; se ha establecido que el factor de

bioconcentración, es decir, la relación de la concentración de metilmercurio en el tejido

de los peces con respecto a la del agua, se encuentra entre 10000 y 100000 [81], [91].

Las metodologías de determinación directa de mercurio en muestras de agua incluyen el

uso de la espectroscopia de absorción atómica electrotérmica (ET-AAS), usando

vaporización en un atomizador de dos etapas con un vaporizador purgado, con límites de

detección de 0,24 o 0,024 ug.L-1 para agua potable a un volumen de muestra de 100 uL

[92], otra metodología reportada es la voltamperometria anódica (SVA) con electrodo de

grafito en el que el mercurio fue acumulado a –1,4 V por 30 s mostrando un

voltamperograma con un pico de la oxidación de mercurio en la región de 0,00–0,10 V,

además se estableció una concentración mínima detectable de 0,008–0,012 ug.L-1 en

muestras de nieve [72].

Cairns y colaboradores reportaron en el año 2008 el desarrollo de una nueva

metodología para análisis de aguas naturales en el cual se colocaban microcolumnas

para eliminación de interferencias de matrices de agua de mar (altamente complejas) y

las cuales sirven para concentrar las especies de mercurio, para ser porteriormente

analizadas y cuantificadas en un sistema acoplado LC-ICP-MS, dicho trabajo reportó

límites de detección de 0,07 ng.L-1 para mercurio inorgánico y 0,02 ng.L-1 para

metilmercurio [67], otra alternativa de análisis es en la que se realiza una extracción

asistida por microondas y para la detección de las especies de mercurio se emplea

electroforesis capilar acoplado a ICP y espectrometría de masas (MS), para esta técnica

se reportaron límites de detección en el orden de 1-32 ng.L-1 para MeHg, EtHg y Hg (II)

[93].

Por su parte, desde las aplicaciones biotecnológicas se ha reportado el uso de

biosensores y sistemas de detección con anticuerpos monoclonal específicos (mAb)

basados en ensayos indirectos de inmuno absorción enzimática (ELISA) [94], en

biosensores portátiles de célula completas [95][96], en nanoparticulas de oro

funcionalizadas con DNA [97] entre otros.


En cuanto a los métodos de análisis estándar para la cuantificación de mercurio en agua

propuesto por la US-EPA y la ASTM se encuentran el método US EPA 245.1 y el método

ASTM D3223 que aplica para la determinación de mercurio total en agua de consumo,

agua superficial, ambiental, de océanos, y en aguas producto de residuos industriales y

domésticos para los cuales se emplea una cantidad de muestra de agua que se

transfiere a una botella de demanda bioquímica de oxígeno y se somete a digestión en

una solución diluida de permanganato de potasio y persulfato de potasio durante dos

horas a 95°C, posteriormente el mercurio se reduce con cloruro de estaño y se cuantifica

en donde la cuantificación se realiza por espectrometría de absorción atómica con vapor

frio (CV-AAS) la diferencia primordial entre los métodos mencionados corresponde al

límite inferior del rango de cuantificación que reportan, siendo de 0,2-10,0 µg.L-1 0,5 a

10,0 µg L-1 respectivamente [98].

Para el año 2012 la US-EPA desarrolló los métodos 1630 y 1631, Revisión E, que

corresponden a la determinación de metilmercurio mediante procesos de destilación y

etilación acuosa con posterior cuantificación por espectrometría de fluorescencia atómica

con vapor frío (CV-AFS), y la determinación de mercurio (Hg) en agua no filtrada por

oxidación, purga, trampa y desorción detectada por la misma técnica respectivamente; y

con rangos de determinación de Hg de 0,5-100 ng.L-1[99] y para CH3Hg en el intervalo de

0,02-5 ng.L-1[100]; ambos métodos se acompañan del método US-EPA 1669 que

establece las directrices de muestreo de agua ambiental para la determinación de

metales traza. De forma similar se encuentra el método US-EPA 245.7 que también usa

detector CV-AFS para medir niveles bajos de mercurio, sin embargo, este último hace

separación gas-líquido y emplea un tubo de secado para aislar el analito a diferencia del

método US-EPA 1631 que usa aislamiento con purga y trampa de oro [101].

El método US-EPA 7473 para la determinación de mercurio total (orgánico e inorgánico)

en sólidos y soluciones es un método integrado de preparación de muestras y

cuantificación que se compone de descomposición térmica, amalgamación y

espectrometría de absorción atómica, una de las principales bondades de este método

se le atribuye a la disminución en el tiempo de análisis, a la versatilidad de su uso en

campo o en laboratorio y su amplio espectro de aplicación dentro de lo que se incluye

suelos, sedimentos, lodo, así como en residuos acuosos y aguas subterráneas, todo ello

Capitulo 2 37

sin pre tratamiento químico de la muestra además también puede emplearse en

muestras que hayan sido sometidas a procesos de descomposición total como los

sugeridos por la serie 3000 de las normas EPA [102] y también por el Standard Methods

SM3112B [103].

Considerando la importancia que tiene establecer diferencias entre el mercurio inorgánico

y el mercurio orgánico se han desarrollado diversos trabajos en los que desarrollo de las

metodologías está encaminado principalmente a la fase de separación y pre

concentración encontrando por ejemplo la adsorción e inmovilización del metilmercurio y

de mercurio inorgánico en una muestra acuosa acidificada a pH 1 en una columna

empacada con ditizona inmovilizada en cristales de naftaleno, reportando como reactivo

de elución ácido clorhídrico 7mol.L-1 y un factor de pre concentración de 200 [104],

también se ha encontrado reportes de columnas rellenas de lana de plata acopladas a

CV-AAS en las que se encontraron límites de detección de 3 ng.L-1 y un rango lineal de

10-250 ng.L-1, con la ventaja de que iones metálicos comunes como K+, Na+, Cu2+, Pb2+,

Fe3+, Ni2+ y Mn2+, no presentaron interferencia con el método y además fue aplicable a

muestras de aguas naturales y aguas residuales [71].

Con el interés creciente en lo referente a diferenciar las especies de mercurio en 2010

[105] se propuso un método de microextracción por dispersión liquido –líquido (DLLME),

acoplado a cromatografía liquida de alta eficiencia con detección de diodos (HPLC-DAD),

en esta metodología se propone un proceso de acomplejamiento con ditizona de las

diferentes especies de mercurio (Hg2+, metilmercurio (MeHg+) y fenilmercurio (PhHg+)),

para formar quelatos hidrófobo que posteriormente se extraen en las finas gotas de

disolvente de extracción dispersadas en la muestra acuosa y se analizan por HPLC-DAD,

en este caso el disolvente de extracción empleado fue hexafluorofosfato de 1-hexil-3-

metilimidazolio ([HMIM] [PF6])y como solvente dispersivo metanol con ditizona (0,02%,

m/v) a pH 4, los límites de detección de Hg2+, MeHg+ y PhHg+ fueron 0,32, 0,96 y 1,91

g.L-1 respectivamente, y en muestras reales de agua (agua de grifo, agua de río y agua

de lago) se obtuvieron recuperaciones relativas de 89,6-101,3%, 85,6-102,0% y 81,3-

97,6%, para Hg2+, MeHg+ y PhHg+ respectivamente.[105], también se reporta el uso de

sílice magnética modificada químicamente con grupos tiol para la extracción en fase

sólida magnética (MSPE) de trazas de Hg+2 en muestras ambientales [106].


En Iran se han desarrollado trabajos de nanotecnología, que proponen el uso de un

método de micro extracción sólida de dispersión magnética (MDMSPE), en donde se

utiliza una mezcla de disolvente de extracción, disolvente dispersante y nanomagnetita

(Fe3O4) empleando como agente quelante 1-(2-etoxifenil)-3-(4-etoxifenil) triazeno fundido

con nanotubos de carbono de múltiples paredes con concha de sílice, como adsorbente,

este material es sumergido en la muestra de agua y después del tiempo de contacto

apropiado, el nano-adsorbente se separó de la fase acuosa aplicando un campo

magnético y se transfiere a otro vial con el disolvente de elución, luego de ello se

cuantifica el mercurio en la solución residual usando espectroscopia de absorción

atómica de vapor frío, este estudio indica que los datos de equilibrio de adsorción

obedecieron a los modelos isotérmicos de Langmuir y los datos cinéticos fueron

adecuados para el modelo de pseudo-segundo orden, además de revelar la naturaleza

endotérmica del procedimiento, para este procedimiento se estableció un límite de

detección para Hg (II) de 1,5 ± 0,27ng.mL-1 y reportaron un límite de cuantificación

(LOQ) de 5,0 ± 0,32ng.mL-1 (n = 5). El intervalo lineal de la curva de calibración fue 9 ±

0,51 - 1000 ± 0,03ng.mL-1 con un coeficiente de correlación de 0,9994 [107].

De la misma manera se ha reportado un método para la determinación de mercurio traza

en el agua, en el cual se extrae primero el mercurio inorgánico (Hg2+) con líquidos iónicos

(ILs), tales como N-octilpiridinio ([OPy]+). Tetrafluoroborato de N–octilpiridinio y

trifluorometilsulfonato de N-octilpiridinio y luego se realiza la detección y cuantificación

de mercurio en medios orgánicos con voltametría de separación de pulso diferencial

(DPSV) con electrodo de disco de oro, para este método se encontró un enriquecimiento

de mercurio de 17 veces y una reducción de iones interferentes de dos órdenes de

magnitud en los medios orgánicos en condiciones óptimas [76].

.

2.4 Métodos de Especiación de Mercurio en Muestras

biológicas – Pescado

En el caso de las muestras biológicas y en particular del pescado el interés en diferenciar

el contenido de mercurio orgánico del inorgánico fue posterior al desarrollo de las

Capitulo 2 39

metodologías en agua, por tanto, la mayoría de las metodologías existentes son producto

de modificaciones de aquellas establecidas para análisis de agua.

En el desarrollo de están metodologías juega un papel fundamental los aspectos

relacionados a la adecuada conservación de la muestra en frascos de vidrio a una

temperatura menor a -15°C previa homogenización con molino de acero y su posterior

secado por liofilización para poder almacenar la muestra en un ambiente de poca

humedad, máximo durante 1 año [108].

Dentro de los métodos que se reportan para la extracción de mercurio en muestras de

pescado se describen los asociados a digestiones ácidas con ácido clorhídrico (HCl), o

con ácido nítrico (HNO3), en algunos casos acompañados del uso de peróxido de

hidrógeno (H2O2), también se reportan digestiones alcalinas en metanol usando hidróxido

de tetrametilamonio (TMAH) o hidróxido de potasio (KOH) y en menos medida la

extracción con detergentes como el dodecil sulfato de sodio (SDS), en el trabajo de

Cabañero (2002), se compararon estas metodologías y se determinó que los mejores

porcentajes de recuperación se alcanzan con las extracciones ácidas, de la misma

manera se evaluó el efecto del método de secado de la muestra comparando el secado

en horno, secado en horno microondas y la liofilización como estrategias de

conservación, reportando que el método más recomendado es el de secado en horno a

40°C por 48 horas, además se estableció que el método más sencillo, rápido y con

menos pasos para la determinación de compuestos de organomercurio es la extracción

ácida con un porcentaje de recuperación mayor al 95%, permitiendo una extracción

cuantitativa del mercurio total e inorgánico y a su vez permitiendo en un paso muy

sencillo la extracción con solventes como diclorometano, para la posterior especiación de

monometilmercurio, dimetilmercurio y etilmercurio por cromatografía de gases acoplada a

espectroscopia de fluorescencia atómica [78], [84].

En la actualidad, la mayoría de artículos relacionados a la cuantificación de mercurio total

en pescado reportan el uso de digestión asistida con microondas empleando ácido nítrico

con peróxido de hidrogeno como lo reporta el método estándar AOAC 2015.01 [66], y de

forma alterna al microondas se reportan estudios de extracción en los que se emplea la

técnica de ultrasonido [109], [110].


Otra propuesta metodológica reportada corresponde a un procedimiento simple y rápido

de preparación de muestras incluyendo lixiviación ácida y etilación y extracción in situ

para la determinación de metilmercurio en muestras biológicas, de esta manera se

empleó cromatografía de gases (GC) acoplada a una serie de sistemas para el análisis

de la especiación del mercurio, incluyendo espectrometría de emisión atómica de plasma

inducida por microondas (MIP-AES), espectrometría de masas de plasma acoplada (ICP-

MS), espectrometría de absorción atómica (AAS) y espectrometría de masas (EM). [111],

también a la cuantificación mediante espectrometría de absorción atómica con

generación de hidruros [112].

El paso clave de la preparación de la muestra es la liberación y aislamiento de los

compuestos de la matriz usando un protocolo de extracción óptimo y eficiente, en ese

sentido, se han realizado varios estudios que comparan la extracción asistida por

microondas (MAE) (principalmente en términos de las recuperaciones y duración) con

otras técnicas de extracción. Sin embargo, la extracción de especies de mercurio de una

matriz compleja está limitada por extracción incompleta, transformación de especies,

contaminación de muestras o pérdidas de analitos que ocurren durante el tratamiento de

la muestra [113].

En el año 2012 el laboratorio de referencia de la Unión Europea para Metales en

Alimentos (EURL-HM), organizó un interlaboratorio para validar una metodología para la

determinación del metilmercurio en mariscos, dicho método se basó en una doble

extracción líquido-líquido con un solvente orgánico y con una solución acuosa de

cisteína, en el método al cuantificación final se realizó con un analizador elemental de

mercurio y se usaron muestras para cubrir la concentración de 0,013 a 5,12 mg.kg-1, lo

cual cumple con los requisitos establecidos por legislación europea [114].

La Agencia de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA), considerando que una

de las mayores fuentes de contaminación por mercurio en humanos está dada por el

consumo de pescado y de alimentos de origen marino, ha establecido el método

estándar 4.5, en el cual se realiza la extracción de mercurio empleando digestión ácida

asistida por microondas en dos pasos en los que la digestión se lleva de forma

controlada desde temperatura ambiente hasta 130 °C con una potencia de 300 W y luego

hasta 200 °C a una potencia de 1200 W, y posteriormente se realiza la detección por CV-

Capitulo 2 41

AAS, este método reporta un límite de detección de 0,86 ug.kg-1[115], con el desarrollo

de las técnicas analíticas y ante la necesidad de disminuir los límites de detección de

mercurio y otros elementos de interés toxicológico en alimentos la AOAC, propuso el

método 2015.01 para la determinación de metales pesados en alimentos por ICP-MS,

esta metodología ha sido diseñada para la determinación de elementos como arsénico,

cadmio, plomo y mercurio a nivel traza en muestras de bebidas y alimentos incluyendo

chocolate, jugos de frutas, pescado, formulas infantiles y arroz usando digestión asistida

por microondas, en esta metodología se usa como reactivos de digestión ácido nítrico

concentrado y peróxido de hidrogeno (relación 4:1) [116].

3. Propuesta metodológica para la determinación y especiación de mercurio en muestras ambientales

Una vez presentadas las consideraciones de índole ambiental, toxicológico, legal y

analítico frente a la importancia que tiene la determinación de mercurio de muestras

ambientales y la diferenciación entre mercurio orgánico e inorgánico, a continuación se

presenta la propuesta metodológica para la determinación de este elemento

considerando las condiciones de infraestructura y equipos con que actualmente cuenta el

Departamento de Química de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá.

En la tabla 5 se presentan los aspectos más relevantes relacionados con el tratamiento

de la muestra que deben considerarse al momento de realizar el montaje de las

metodologías propuestas.

Tabla 5. Aspectos relacionados a la muestra

Tratamiento de las muestras

Antes Durante Después

Protocolo de recolección y conservación de las

muestras

Recepción, aceptación y registro de las muestras

Tratamiento de los datos y evaluación de los controles

Protocolo de conservación hasta análisis

Generación de resultados

Protocolo de manipulación de la muestra (salud y

seguridad en el trabajo)

Informe de Análisis y aceptación por parte del

solicitante

Procedimiento operativo de extracción del mercurio

Conservación de contramuestra o extractos por un tiempo determinado

Procedimiento operativo de cuantificación

Tratamiento y disposición de residuos químicos

44 Determinación de mercurio orgánico e inorgánico en muestras ambientales Título de la tesis o trabajo de investigación

Ya que en la mayoría de los casos son los usuarios quienes llevan a cabo el proceso de

muestreo es necesario que desde el laboratorio de análisis se den unas instrucciones

básicas para asegurar que las condiciones de muestreo favorezcan la idoneidad de las

características composicionales de la muestra y en especial de las especies de mercurio.

De esta manera, en la tabla 6 se presentan las recomendaciones mínimas según el tipo

de muestra que se vaya a recolectar.

Tabla 6. Recomendaciones de muestreo y conservación de la muestra antes del análisis

Agua Suelo y sedimentos Pescado y alimentos

Recipientes Teflón o vidrio pírex, no se debe usar recipientes de polietileno

Cantidad de muestra

requerida

500mL mínimo 100-200g 50-100g

Tratamiento en el sitio de muestreo

Acidificación a pH <2 con HNO3

concentrado doblemente destilado si se va a realizar Hg

total. Para las fracciones orgánicas o para Hg

disuelto tomar la muestra, refrigerar y llevar al laboratorio en el menor tiempo

posible

Ninguno Ver figura 9 y revisar anexo B

Refrigeración, almacenamiento y

transporte

A 4°C en oscuridad y transporte en el menor tiempo posible (<48h) manteniendo la refrigeración

En el laboratorio Almacenar en congelador a -18°C

Figura 9. Representación gráfica de muestreo en pescado. Elaborado por el autor

Capítulo 3 45

En el caso especifica de las muestras de pescado la figura 9 es una representación

esquemática del pez, cuyo objeto es mostrar la zona recomendada para realizar el

muestreo del musculo, la cual está ubicada en la parte superior entre la aleta dorsal y la

aleta caudal, adicionalmente se recomienda tomar tanto la longitud total como el peso del

pez completo y en el Anexo B se incluye el protocolo de muestreo completo.

Por otra parte, debe señalarse que las metodologías presentadas en este trabajo son

producto de la revisión de los diferentes artículos y material bibliográfico disponible e

incluye las condiciones que presentaban mejores resultados en el tratamiento, extracción

y/o separación de las especies de mercurio.

Para realizar la diferenciación entre el mercurio inorgánico (Hgi) y orgánico (Hgo) en

muestras ambientales, de acuerdo a las condiciones de infraestructura y equipos con que

cuenta el Departamento de Química y el grupo de investigación Germina enfocados

principalmente a la detección por espectrometría de absorción atómica con vapor frío.

(CV-AAS), se han seleccionado los siguientes procedimientos de análisis:

3.1 Especiación de mercurio en muestras de agua3

La figura 10 que se presenta a continuación corresponde El diagrama de flujo que

resume la metodología propuesta para cuantificar no solo la cantidad de mercurio total

sino también diferenciar entre mercurio soluble, mercurio inorgánico y mercurio orgánico.

3 En la etapa de extracción en fase sólida se sugiere el uso de Amberlyst 36 por ser una resina de

intercambio aniónico con ácido sulfónico (marca DOW) disponible comercialmente.


Figura 10. Metodología propuesta para la especiación de mercurio en muestras de agua.

Capítulo 3 47

3.2 Especiación de mercurio en muestras de suelo y

sedimentos4

Debido a la complejidad de esta matriz en este aparte se proponen dos metodologías de

especiación una basada en la US-EPA3200 (figura 11) y otra basada en el trabajo de

Almeida 2016 (figura 12)

Figura 11 Metodología propuesta para la especiación de mercurio en muestras de suelo y sedimentos

4 Se presenta modificación del método original reemplazando algodón por amberlyst 36 disponible

comercialmente usado para la SPE


Figura 11. Metodología propuesta para la especiación de mercurio en muestras de suelo y sedimentos basada en EPA3200 (parte 2)5

5 La reducción del mercurio en cada uno de los casos (recuadros azules) se realiza con una

solución de NaBH4 al 2% en NaOH 0.1% y la detección por CV-AAS.

Capítulo 3 49

Figura 12 Metodología propuesta para la especiación de mercurio en muestras de suelo y sedimentos basada en Almeida 2016 (parte 1)


Figura 12. Metodología propuesta para la especiación de mercurio en muestras de suelo

y sedimentos basada en Almeida 2016 (parte 2)

3.3 Especiación de mercurio en muestras de pescado

En el caso de las muestras de pescado se considera que un punto crítico en su

procesamiento es la digestión para la determinación de mercurio total y de especies de

mercurio, por tanto a continuación se presentan las metodologías de bloque de digestión

o de baño ultrasonido para la etapa de digestión (figura 13) y posteriormente el proceso

de cuantificación (figura 14)

Capítulo 3 51

Figura 13. Etapa de digestión en para la determinación de mercurio total en muestras de pescado

* Se usan dedales fríos para realizar la digestión en bloque con capacidad de 20 tubos en comparación con el baño ultrasonido que solo digiere un tubo a la vez. El diseño y dimensiones de dichos dedales se encuentra reportado en el trabajo de Ferreira de 2013 y se muestra en el anexo C [117].


Figura 14. Etapa de cuantificación de mercurio total en muestras de pescado

En el caso de la especiación de mercurio se propone una determinación secuencial de

acuerdo a lo que se presenta en la figura 15 y está basado en el trabajo de Ubillius, 2000.

Capítulo 3 53

Figura 15. Metodología para la especiación de mercurio en muestras de pescado

** La solución oxidante: 1 g de K2Cr2O7 + 20 mL de HNO3 concentrado y llevar a volumen

de 100 mL con agua destilada y desionizada


3.4 Manipulación de la muestra (salud y seguridad

en el trabajo)

Considerando las características toxico cinéticas del mercurio y sus especies químicas,

se deben tomar medidas de protección tales como el uso de guantes de nitrilo, mascara

de seguridad con filtros especiales para vapores de mercurio, cuyas características

deben cumplir con ser eficientes en la remoción de más del 95% de material particulado

de acuerdo a lo recomendado por la OSHA [118].

Los métodos estándar para determinación de mercurio en diferentes muestras

ambientales publicados por la US-EPA indican que ―aunque la toxicidad y

carcinogenicidad de cada reactivo propuesto en las diferentes metodologías no ha sido

plenamente establecida, es necesario que sean considerados como un riesgo potencial

para la salud y minimizar la exposición a estos compuestos‖ [98] [101] [119].

En general, se recomienda que el laboratorio cuente con un manual de seguridad que

incluya las ficha de seguridad de las sustancias químicas (SMSD) empleadas, además

del uso en todo momento de gafas de seguridad, protección facial y de ser posible,

campana extractora en especial cuando se manipulen los ácidos concentrados por

ejemplo el ácido nítrico y el ácido clorhídrico ya que son moderadamente tóxicos y

extremadamente irritantes para la piel y las mucosas [68], [98].

En cuanto al manejo de los residuos químicos, estos se deben segregar en la fuente

separándolos e identificándolos por tipo de peligrosidad, y siguiendo los procedimientos

establecidos por el Sistema de Integrado de Gestión – UN, y la oficina de gestión

ambiental de la Sede Bogotá [120].

4. Conclusiones y recomendaciones

4.1 Conclusiones

La búsqueda de información científica (vigilancia tecnológica) en bases

especializadas como Scopus y Science Direct, permitió realizar una aproximación

más efectiva en lo referente a la diferenciación y cuantificación de mercurio

orgánico (Hgo) e inorgánico (Hgi) en muestras ambientales, evidenciando la

tendencia actual al uso de técnicas analíticas acopladas (ej.LC-CV-AAS, LC-ICP-

MS, LC-CV-AFS, CG-AFS) a fin de realizar separaciones selectivas de las

especies de mercurio con límites de detección muy bajos (del orden de ng kg-1)

A partir de la revisión realizada se pudo establecer que en Colombia, los

laboratorio de análisis (alrededor de 29), tienen metodologías aplicadas

fundamentalmente a la determinación de mercurio total en agua, y que solo unos

pocos grupos de investigación han incluido técnicas de especiación de mercurio

dentro del desarrollo de sus investigaciones, por tanto, establecer una

metodología para la determinación de mercurio de otras matrices ambientales y

realizar la diferenciación entre mercurio orgánico e inorgánico es un aspecto que

debe ser abordado, lo antes posible, por las implicaciones tanto ambientales

como comerciales, que en el corto y mediano plazo tendrá el cumplimiento de los

estipulado en el Convenio de Minamata.

Aunque existen normas muy bien establecidas para la diferenciación, detección y

cuantificación de las especies de mercurio en diversas matrices, la puesta a punto

de estas normas no siempre son viables, principalmente por la disponibilidad de


equipos en el país, por esta razón, en este trabajo se logró seleccionar una

metodología de análisis de especies de mercurio, en las condiciones disponibles

en el Departamento de Química de la Universidad Nacional de Colombia

empleando una etapa previa de separación por extracción en fase solida con

Amberlyst 36 para muestras de agua, suelo y sedimentos, y por digestiones

diferenciales en medio ácido o básico en el caso del pescado para posteriormente

realizar la cuantificación del mercurio (total, orgánico o inorgánico) con el

espectrofotómetro de absorción atómica con fuente continua de alta resolución

ContrAA® 700 de Analytic Jena y el módulo de generador de hidruros para el

análisis por vapor frío.

Si bien la tendencia actual en la determinación de las especies de mercurio

corresponde al uso de técnicas cromatográficas acopladas a detectores de

fluorescencia o de masas, la espectrometría de absorción atómica con vapor frío

(CV-AAS), es una técnica selectiva para determinación de mercurio y en

combinación con estrategias de pretratamiento de las muestras (SPE) permite la

cuantificación de mercurio orgánico e inorgánico, además el límite de detección

reportado para esta metodología se encuentra por debajo de los niveles

establecido por la normatividad en cuanto a las concentraciones de mercurio

permitido en las diversas matrices ambientales.

4.2 Recomendaciones

Teniendo en cuenta que el alcance de este trabajo corresponde a una revisión y

recopilación de información llegando únicamente hasta la propuesta

metodológica, se recomienda realizar las pruebas de laboratorio para establecer

la pertinencia y factibilidad de la implementación de estas metodologías de

análisis.

En el futuro se recomienda considerar la adquisición de un equipo de

cromatografía liquida acoplado a un espectrofotómetro de fluorescencia atómica,

el cual permitirá hacer la separación de las especies de mercurio in situ

alcanzando límites de detección más bajos que los reportados con CV-AAS.

A. Anexo A: Normatividad Colombiana. Niveles de mercurio permitidos en vertimientos líquidos

NORMA NACIONAL

EXPEDIDA POR

OBJETO OBSERVACIONES RESPECTO A MERCURIO EN AGUA

Ley 9 de 1979

Congreso de la República

Dicta medicas sanitarias

Art 3- 9. Control sanitario del uso del agua Art 10. Residuos Líquidos Art 21. Para preservación y conservación del agua el Min salud tendrá en cuenta lo establecido en los artículos 134 y 135 del Dec. Ley 2811 de 1974 en lo referente a protección de agua para consumo humano Título II. Suministro de agua. Art 51 -79

Decreto 1594 de 1984

Ministerio de Agricultura Ministerio de Salud

Usos del agua y Residuos Líquidos

Capítulo IV. Criterios de calidad para destinación del recurso hídrico Art.38 - 39. Criterios de calidad admisibles para la destinación del recurso para consumo humano y doméstico. Hg 0,002 mg.L

-1

Art 40. Criterios admisibles para la destinación del recurso para uso agrícola. Hg no establecido Art. 41. Criterios de calidad admisibles para la destinación del recurso para uso pecuario. Hg 0,01 mg.L

-1

Art. 42 y 43. Los criterios de calidad admisibles para la destinación del recurso para fines recreativos mediante contacto primario y contacto secundario. Hg no están determinados Art. 74. Concentraciones para el control de la carga de sustancias de interés sanitario. Hg 0,02 mg.L

-1

Capitulo XIV. Métodos de análisis y de la toma de muestras Art.155. Métodos de análisis oficialmente aceptados Para cadmio y mercurio la técnica es Absorción atómica


Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo

Por medio de la cual se señalan características, instrumentos

Art. 5. Características químicas de sustancias que tienen reconocido efecto adverso en la salud humana. Hg valor máximo aceptable 0,001 mg.L

-1


territorial Ministerio de la protección social

básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo humano


Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible

Por la cual se establecen los parámetros y los valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales y a los sistemas de alcantarillado público y se establecen los parámetros objeto de análisis y reporte por parte de las actividades industriales, comerciales o servicios.

Capitulo V. Parámetros fisicoquímicos y sus valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales de Aguas Residuales Domésticas, (ARD) y de las Aguas Residuales (ARD –ARnD) de los prestadores del servicio público de alcantarillado a cuerpos de aguas superficiales. Aguas residuales domésticas (ARD), y aguas residuales no domésticas -ARND de los prestadores del servicio público de alcantarillado, con una carga mayor a 625,00 kg.día

-1 y menor o

igual a 3000,00 kg.día-1

DBO5 Hg 0,02 kg.día

-1

Aguas residuales domésticas (ARD), y aguas residuales no domésticas - ARnD de los prestadores del servicio público de alcantarillado, con una carga mayor a 625,00 kg.día

-1 y mayor a

3000,00 kg.día-1

DBO5 Hg 0,02 mg.L

-1

Capítulo VI. Parámetros fisicoquímicos y sus valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales de Aguas Residuales no Domésticas (ARnD) a cuerpos de aguas superficiales. 1. Agroindustria Procesamiento de hortalizas, frutas, legumbres, raíces y tubérculos; Beneficio de café(clasificación de la federación nacional de cafeteros – FNC/ CENICAFÉ), producción ecológica o tradicional: no está determinado Procesos poscosecha de plátano y banano, producción de azúcar y derivados a partir de caña de azúcar y extracción de aceites de origen vegetal: no está determinado Producciones pecuarias: cerdos, aves, ganado, equinos, caprinos y ovinos: no está determinado 2. Actividad minera

Extracción de carbón de piedra y lignito, extracción de minerales de hierro, extracción de oro y otros metales preciosos, extracción de minerales de níquel y otros minerales metalíferos no ferrosos,

Anexo A. Normatividad Colombiana. Niveles de mercurio permitidos en vertimientos líquidos 61

extracción de minerales de otras minas y canteras: Hg 0,002 mg.L

-1

3. Hidrocarburos Exploración (upstream), Producción (upstream), Refino venta distribución (downstream) Hg 0,01 mg.L

-1

4. Alimentos y bebidas Elaboración de productos alimenticios, elaboración de alimentos preparados para animales, elaboración de maltas y cervezas, elaboración de productos lácteos, elaboración de aceites y grasas de origen animal y vegetal, elaboración de café soluble: Hg 0,01 mg.L

-1

5. Fabricación y manufactura de bienes

Fabricación de productos derivados del tabaco: Hg no está determinado Fabricación de productos textiles, fabricación de artículos de piel, curtido y adobo de pieles: Hg no está determinado Fabricación de papel y cartón -plantas integradas de pulpa blanqueada (maderables y no maderables), fabricación de papel y cartón a partir de fibras recicladas, fabricación de abonos y compuestos inorgánicos nitrogenados, Fabricación de sustancias y productos químicos, fabricación de pigmentos inorgánicos de azul ultramar, fabricación de pigmentos inorgánicos de óxidos de hierro: Hg 0,01 mg.L

-1

Fabricación de ácidos inorgánicos y sus sales fabricación de plásticos en formas primarias, de formas básicas y artículos de plástico fabricación de sabores y fragancias: Hg 0,01 mg.L

-1

Fabricación de surfactantes, fabricación de plaguicidas y otros productos químicos de uso agropecuario fabricación de pinturas, barnices y revestimientos similares: Hg 0,01 mg.L

-1

Fabricación de productos farmacéuticos, sustancias químicas medicinales y productos botánicos de uso farmacéutico, fabricación de vidrio, productos de vidrio, cemento, cal y yeso fabricación de productos cerámicos: Hg 0,01 mg.L

-1

Fabricación de surfactantes, fabricación de plaguicidas y otros productos químicos de uso agropecuario, fabricación pinturas, barnices y


revestimientos similares: Hg 0,01 mg.L-1

Fabricación de productos farmacéuticos, sustancias químicas medicinales y productos botánicos de uso farmacéutico, fabricación de vidrio, productos de vidrio, cemento, cal y yeso, fabricación de productos cerámicos: Hg 0,01mg.L

-1

Tratamiento y revestimiento de metales, fabricación de pilas, baterías y acumuladores eléctricos, fabricación de equipos eléctricos de iluminación: Hg 0,01 mg.L

-1

Fabricación de maquinaria y equipos (recubrimientos electrolíticos) : Hg 0,01 mg.L

-1

Fabricación de vehículos automotores, remolques y semirremolques, fabricación de autopartes : Hg 0,01 mg.L

-1

Imprentas y litografías, elaboración de bebidas alcohólicas, mezcla y formulación de bebidas: Hg 0,01 mg.L

-1

6. Actividades asociadas con servicios y otras actividades

Generación de energía eléctrica: Hg 0,005 mg.L-1

Tratamiento y disposición de residuos: Hg 0,01 mg.L

-1

Reciclaje de materiales plásticos y similares :Hg 0,02 mg.L

-1

Actividades de atención a la salud humana - atención médica con y sin internación, actividades de atención a la salud humana - hemodiálisis y diálisis peritoneal, pompas fúnebres y actividades relacionadas: Hg 0,01 mg.L

-1

Capítulo VII. Actividades industriales, comerciales o de servicios diferentes a las contempladas en los Capítulos V y VI con vertimientos puntuales a cuerpos de agua superficiales Hg 0,002 mg.L

-1

Anexo B: Protocolo de muestreo

para pescado

A continuación se describe el proceso de muestreo en peces, este protocolo se basa en

las recomendaciones publicadas por Persistent Organic Pollutants (POPs) del Gobierno

canadiense.

Para llevar a cabo el muestreo se debe contar con los siguientes elementos.

Hoja de datos de campo

Bolsas de polietileno, frascos y un kit de disección

Kit de disección limpia

Guantes de nitrilo

Agua destilada

1. Siempre use equipo limpio y guantes nuevos para cada pez, se debe registrar las

medidas del pez en cuanto a longitud y peso.

2. La muestra de musculo se colecta del lado izquierdo del pez, por encima de la

línea lateral, y entre la aleta dorsal y la aleta caudal. En este proceso se debe

tener especial cuidado para evitar contaminación con los contenidos de la cavidad

abdominal. La primera incisión debe comenzar justo debajo de la aleta dorsal

(superior) de los peces, y correr justo por encima de la línea lateral.

3. Luego haga dos incisiones desde la primera incisión lateralmente hacia la cola del

pez: una justo por encima de la línea lateral y la segunda cerca de la parte

superior del pez.

4. Retire la piel con un par de pinzas y el bisturí. Se recomiendo evitar la

manipulación del musculo con los guantes. Solamente usar las pinzas para su

manipulación.


5. Haga incisiones alrededor del área disectada para liberar el músculo del pez.

6. Retire con cuidado la muestra de tejido muscular de los peces, asegurándose de

que no haya piel ni escamas en la muestra.

7. Se debe asegurar de recoger una cantidad suficiente de tejido (normalmente 50 -

100g).

8. Transferir la muestra a un frasco limpio, teniendo cuidado de no tocar la muestra

con las manos o cualquier objeto extraño.

9. Realizar la identificación de la muestra incluyendo :

Ubicación del muestreo

Fecha

Análisis solicitados

Nombre de la organización

Tipo de muestra (músculo, hígado)

10. Se recomienda en la tapa incluir la identificación de la muestra

11. Llevar a refrigeración y congelación a una temperatura menor a -18°C

12. Se recomienda en la tapa incluir la identificación de la muestra

13. Llevar a refrigeración y congelación a una temperatura menor a -18°C

Anexo C: Diseño dedales fríos

A continuación se presenta la representación gráfica de los dedales fríos sugeridos para

la digestión de muestras de pescado en bloque de calentamiento.

En la figura (a) Tubo de dedo frío. (b) Tubo de digestión. (c). Tubo de dedo frío acoplado

al tubo digestivo.

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