Determinación Semiautomática De Radion 226

Desarrollo de un método MSFIA-MPFS para la separación y preconcentración de radio en muestras de agua

Y. Fajardo(1), E. Gómez(1), F. Garcias(2), V. Cerdà(1) and M. Casas(2)(*)

(1) Department of Chemistry. University of the Balearic Islands. E-07122 Palma. Spain

(2) Department of Physics. University of the Balearic Islands. E-07122 Palma. Spain

(*) Corresponding author. Fax: +34 971173426. E-mail address: montse.casas@uib.es (M. Casas)

Resumen

En el presente trabajo se desarrolla un nuevo método semiautomático para la preconcentración y separación de radio en muestras de aguas. En el método se combinan las técnicas de análisis en flujo multijeringa (MSFIA) y multibomba (MPFS) lo que permite analizar elevados volúmenes de muestra en un tiempo reducido. El Ra adsorbido sobre el MnO2, depositado en la fibra de algodón, es eluído con hidroxilamina y posteriormente coprecipitado con BaSO4. La actividad alfa del 226Ra se determina utilizando un contador proporcional de bajo fondo. Los resultados experimentales obtenidos se comparan con los valores teóricos empleando el sistema de ecuaciones de Bateman. El rendimiento del procedimiento es del 90±3% y su limite inferior de detección es 0.05 BqL-1. El método ha sido aplicado satisfactoriamente a diferentes tipos de agua ( grifo, mineral y de mar).

1. Introducción

El radio es un elemento que se encuentra en la naturaleza, principalmente en rocas, suelo y en algunas aguas minerales y subterráneas. Sus isótopos, todos ellos radiactivos, se forman a partir de las series naturales del uranio 238U, 235U y 232Th. Entre ellos cabe destacar el 226Ra por su largo periodo de semidesintegración (T1/2=1600  7 años) y su amplia distribución en el medio ambiente, por lo que se considera uno de los mayores contribuyentes a la dosis interna de la población , . La absorción por parte de las plantas y animales del radio retenido en el suelo o disuelto en las aguas, hace posible su incorporación a la cadena trófica. Biológicamente, el radio se concentra en los huesos al reemplazar al calcio aumentando de esta manera la dosis de radiación interna y tras una irradiación prolongada puede tener consecuencias para la salud (anemia, cataratas, dientes quebradizos, cáncer, especialmente de huesos)

Por otra parte el contenido de radio en aguas naturales ha sido utilizado como trazador geoquímico para evaluar los procesos ambientales y geofísicos que se llevan a cabo en la corteza terrestre y en los océanos - . Asimismo, las aguas naturales procedentes de zonas cercanas a minas de uranio, aguas termales, etc. suelen tener concentraciones de radio que deben ser controladas con el fin de determinar sus posibilidades de consumo y sus efectos en la dosis de la población.

Como resultado de diversas actividades antropogénicas, los niveles de 226Ra en el medio ambiente se han ido incrementando. Todo ello hace necesario el desarrollo de metodologías analíticas que permitan determinar de manera sencilla y eficiente el contenido de Ra a niveles medioambientales. En el caso de las aguas de consumo la Unión Europea (UE) ha establecido una nueva directiva en la cual se fija 0.1 BqL-1 como valor límite para el índice de actividad alfa total .

Como la concentración del analito en las muestras acuosas generalmente es muy baja, además de utilizar grandes volúmenes de muestra para su determinación, será preciso realizar una o varias etapas preliminares de separación y preconcentración que eliminen las posibles interferencias presentes en la matriz de la muestra analizada. Los tradicionales métodos de separación de radio generalmente incluyen etapas de precipitación, y coprecipitación con sulfatos, carbonatos o fosfatos insolubles - . Estos métodos tienen un gran consumo de reactivos y de tiempo lo que hace muy tedioso el trabajo de separación y en el caso de algunos isótopos del Ra con T1/2 de unos pocos días el tiempo puede ser un inconveniente. Con el objetivo de simplificar el proceso, otras metodologías se basan en el uso de técnicas de extracción cromatográfica , extracción líquido-líquido - o intercambio catiónico , . Sin embargo, en ocasiones debido a la poca selectividad de los compuestos o de las resinas utilizadas, las metodologías requieren una combinación de varios procedimientos de intercambio o la elución secuencial de los cationes alcalinos presentes en la matriz, utilizando para ello soluciones orgánicas formadoras de complejos (EDTA, ácido cítrico, etc.) lo que hace preciso un meticuloso control del pH.

Durante varias décadas los investigadores oceanográficos han utilizado fibras acrílicas impregnadas de MnO2 para extraer del océano el radio y otros elementos trazas que posteriormente son analizados por espectrometría alfa o gamma - . El principio de esta técnica de extracción, basada en la adsorción del radio sobre el MnO2, ha sido aplicado por varios autores para realizar la separación y preconcentración de este isótopo en diferentes tipos de agua10, - .

En los últimos años el gran desarrollo del software y el hardware ha permitido el fácil acoplamiento de los ordenadores, por medio de interfases, a una gran variedad de equipos (de medición, muestreo y de inyección de muestra, etc.) automatizando cada vez un mayor número de técnicas de análisis químico, principalmente las basadas en técnicas de flujo.

El Análisis en Flujo Multijeringa (MSFIA) desarrollada en 1999 por Cerdà y colaboradores aprovecha simultáneamente las ventajas que brindan las metodologías de Análisis por inyección en flujo (FIA) y Análisis por inyección secuencial (SIA) desarrolladas por Ruzicka y colab , . Posteriormente Lapa y Lima proponen una nueva forma de propulsión de muestra y reactivos utilizando para ello un sistema de flujo multibomba (MPFS) , .

En este trabajo se propone un método combinado MSFIA-MPFS para llevar a cabo la determinación de radio a niveles ambientales en muestras acuosas. El procedimiento descrito permite obtener, para volúmenes elevados de muestra, una mayor velocidad de análisis (4h-1).

2. Experimental

2.1 Reactivos y patrones

Todas las disoluciones son preparadas a partir de reactivos de grado analítico con agua de calidad Millipore .

• Permanganato de potasio 0.1 molL-1, Probus.

• Hidroxilamina, 0.1 molL-1, Prolabo en 0.2 molL-1 de HCl, Scharlau.

• Tampón de ácido acético- acetato 2 molL-1 de pH 3 con 0.25 mg/mL de Ba2+.

• Sulfato de sodio 2 molL-1. Scharlau.

• Patrón de 226Ra de actividad inicial 36.20.5 BqmL-1 en HCl 1 molL-1, preparado y certificado por CIEMAT (Madrid, España).

• Algodón de uso farmacéutico.

• Lana de vidrio para cromatografía.

• Filtros de nitrocelulosa de 47mm de diámetro y tamaño de poro de 0.22 μm, Millipore.

2.2 Muestras

Las muestras empleadas para validar el método propuesto se utilizan directamente sin llevar a cabo ningún pretratamiento ni dilución. Si es necesario se ajusta su pH a 7.

2.3 Equipos y Software

El sistema MSFIA-MPFS utilizado se muestra en la figura 1. El MSFIA está constituido por un módulo de cuatro jeringas con un motor de 5000 pasos, modelo BU4S de Crison Instruments (Alella, España) equipado con 4 válvulas solenoides de conmutación de tres vías con las cuales se controla la dirección y el sentido del flujo de reactivos y muestras, facilitando la impulsión simultánea de los mismos en los tiempos y caudales que se definen en el método. Todas las líneas de transporte utilizadas son tubos de poli-tetrafluoroetileno (PTFE) con diámetro interno de 0.8 y 1.5 mm. Los bucles de carga tienen forma espiral y dimensiones de 3.5 m para el bucle 1, con el cual se carga la disolución tampón, y de 5.5 m para el bucle 2 que contiene la disolución de sulfato de sodio 2 molL-1. Dichos bucles se colocan para pasar las disoluciones a través de un baño termostático (70 0C) en el cual, también se encuentra sumergida la columna de separación. Los otros reactivos se cargan y se envían directamente con las jeringas. Las conexiones se realizan utilizando conectores de PVC.

El sistema MPFS está compuesto por dos microbombas solenoides (Bio-Chem Valve Inc., Boonton, New Jersey, USA) de 20 μL. Cada una permite inyectar un determinado volumen de reactivo o muestra variando el número de pulsos. La velocidad de flujo se controla en función de la frecuencia y del volumen dispensado en cada pulso. Las microbombas son controladas por el ordenador mediante la tarjeta I/O digital (Ibercomp, Palma de Mallorca, España). Dicha tarjeta presenta ocho canales digitales de entrada y salida y se conecta al ordenador a través de la interfaz RS485/RS232 (Ibercomp, Palma de Mallorca, Spain). La activación de las microbombas se lleva a cabo mediante una fuente de voltaje de 12 V. La tarjeta I/O digital y la fuente de alimentación están colocadas dentro de un mismo modulo. Para evitar el calentamiento de las microbombas durante su funcionamiento estas son conectadas a un sistema de protección solenoide (Bio-Chem Valve Inc., Boonton, New Jersey, USA). Este sistema de protección contribuye a alargar la vida útil de las microbombas.

Fig.1 Sistema MSFIA-MPS para la separación y preconcentración de Ra.

El sistema de extracción

...