Apéndice VI — NOM-004-SEMARNAT-2002, Protección ambiental.- Lodos y biosólidos.-Especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final.

ANEXO VI

METODO PARA LA CUANTIFICACION DE METALES PESADOS EN BIOSOLIDOS

El presente método tiene por objeto establecer la técnica para la determinación de arsénico, cadmio,

cobre, cromo, plomo, mercurio, níquel y zinc, en muestras de biosólidos, por espectrofotometría de absorción

atómica, donde el análisis de los elementos se efectúa individualmente.

1. Principio

El método analítico se basa en la atomización de la muestra para liberar los átomos, a los que se les

aplica una energía de una longitud de onda específica que es absorbida e induce al electrón a pasar a un

estado exc itado. Esta energía absorbida es proporcional a la concentración del elemento en la muestra

analizada.

2. Reactivos y materiales

2.1 Reactivos

2.1.1 Acido clorhídrico grado suprapuro.

2.1.2 Acido nítrico grado suprapuro.

2.1.3 Acido nítrico.

2.1.4 Acido perclórico grado suprapuro.

2.1.5 Acido sulfúrico grado suprapuro.

2.1.6 Acetona.

2.1.7 Agua tipo II, que tiene las siguientes características: resistividad mayor de 10 egohm-cm a 25ºC y

conductividad menor de 0,1 S/cm a 25ºC. En lo subsiguiente se le llamará agua.

2.1.8 Aire comprimido seco y limpio.

2.1.9 Borohidruro de sodio.

2.1.10 Cadmio metálico.

2.1.11 Cloruro de mercurio.

2.1.12 Cloruro de potasio.

2.1.13 Cloruro o sulfato estanoso.

2.1.14 Cobre metálico.

2.1.15 Detergente no iónico, libre de metales.

2.1.16 Gases: acetileno, nitrógeno, grado absorción atómica.

2.1.17 Hexano.

2.1.18 Hidróxido de sodio.

2.1.19 Níquel metálico.

2.1.20 Nitrato de plomo.

2.1.21 Oxido de lantano.

2.1.22 Permanganato de potasio.

2.1.23 Soluciones estándar de referencia cert ificada de arsénico, cadmio, cobre, cromo, plomo, níquel,

mercurio y zinc, de 100 ppm.

2.1.24 Trióxido de arsénico.

2.1.25 Trióxido de cromo.

2.1.26 Zinc metálico.

2.2 Materiales

2.2.1 Crisoles de platino de 40 a 50 ml de capacidad.

2.2.2 Cápsula de porcelana de 50 ml de capacidad.

2.2.3 Embudos de filtración de diferentes capacidades.

2.2.4 Goteros.

2.2.5 Matraces Erlenmeyer de diferentes capacidades.

2.2.6 Matraces volumétricos de diferentes capacidades.

2.2.7 Membranas de ruptura.

2.2.8 Micropipetas o pipetas Eppendorf de diferentes capacidades.

2.2.9 Papel filtro Whatman número 40.

2.2.10 Pipetas volumétricas de varias capacidades.

2.2.11 Puntas de plástico para micropipetas.

2.2.12 Recipientes de polietileno, propileno o de vidrio de 50 ml.

2.2.13 Vasos de precipitado de diferentes capacidades.

2.2.14 Vaso de teflón de 100 ml.

2.2.15 Vidrio de reloj.

Todo el material volumétrico utilizado por este método debe ser clase A y ser de uso exclusivo para este

procedimiento.

3. Equipo

Sólo se mencionan los equipos que son de relevancia para el presente método.

3.1 Balanza analítica con intervalo de medición de 0,0001 a 80 g ± 0,0001 g

3.2 Para la digestión de las muestras:

a) Parrilla de calentamiento con regulador.

b) Horno de microondas, capaz de liberar de 57 5 W a 1 000 W de potencia. El incremento d e la

potencia debe ser mínimo 1 %/s sistema de control de presión dentro de cada uno de los vasos y

sistema de ventilación de 2,8 m3/minuto.

c) Horno con intervalo de temperatura de 0-160ºC.

d) Autoclave con válvula de seguridad que se abra a 15 lb y un manómetro para indicar la

presión interna.

3.3 Espectrofotómetro de absorción atómica, con lo siguiente:

a) Sistema óptico. Fotómetro de haz sencillo o doble.

b) Monocromador con rango espectral de 190 a 900 nm.

c) Ancho de banda espectral de 0,2, 0,7 y 2,0 nm.

d) Sistema de flama con control de gases.

e) Sistema de generador de hidruros.

f) Sistema de quemador con alineación de la flama manual o automática, y quemador de 10 cm.

g) Lámparas de cátodo hueco o de descarga sin electrodo, de acuerdo a los metales a analizar.

h) Interfase con registrador o un adecuado sistema automatizado para el procesamiento de datos.

4. Recolección, preservación y almacenamiento de muestras

4.1 Recolección

La muestra debe tomarse en re cipientes de polietileno o de vidrio y boca ancha de 50 ml y llenando

hasta el tope.

4.2 Preservación y almacenamiento de la muestra

La muestra debe refrigerarse inmediatamente a 4°C por un tiempo máximo de 6 meses, excepto para el

caso del mercurio que se requiere analizar antes de 28 días.

5. Procedimiento

Los siguientes puntos describen la secuencia del método de prueba, el que se debe realizar conforme

a lo descrito.

5.1 Preparación de disoluciones

5.1.1 Acido nítrico al 10% v/v. Diluir 16 ml de HNO 3 RA, en 100 ml de agua.

5.1.2 Acido clorhídrico al 15% v/v. Diluir 40 ml de HCl RA, en 100 ml de agua.

5.1.3 Acido clorhídrico 1:1. Diluir 50 ml de HCl RA con 50 ml de agua.

5.1.4 Acido clorhídrico al 1,5% v/v. Diluir 3,4 ml de HCl en 100 ml de agua.

5.1.5 Solución de borohidruro de sodio. Pesar 4 g de borohidruro de sodio en 100 ml de una solución de

hidróxido de sodio al 1% p/v. Filtrar al vacío.

5.1.6 Solución de hidróxido de sodio al 1% p/v. Pesar 1 g de hidróxido de sodio y diluir a 100 ml con agua.

5.1.7 Solución de permanganato de potasio. Pesar 5 g de permanganato de potasio y diluirlo a 100 ml.

Considerar el porcentaje de pureza.

5.1.8 Agua regia. Añadir tres volúmenes de HCl RA a un volumen de HNO3 RA.

5.1.9 Soluciones para realizar la curva de cal ibración. A partir de la solución que se indica en el punto

3.1.2.3, realizar las diluciones necesarias con un pH = 2. Preparar mínimo cinco concentraciones, las que

deben estar en el intervalo de trabajo del laboratorio.

5.1.10 Soluciones para verificar el 0,2 unidades de absorbancia. A partir de la solución que se indica en el

punto 3.1.2.3, realizar las diluciones necesarias con un pH = 2, hasta obtener 2 ppm.

También se pueden preparar estas soluciones en el laboratorio, como se indica a continuación, s iempre y

cuando se verifique su concentración con una solución estándar de referencia.

a) Arsénico: Disolver 1,320 g de trióxido de arsénico, As 2O3 en agua conteniendo 4 g de NaOH. Diluir a

1 000 ml con agua. 1,00 ml = 1.00 mg As (III).

b) Cadmio: Disolver 0,10 g de cadmio metálico en 4 ml de HNO 3, adicionar otros ocho ml de HNO 3 y

diluir a 1 000 ml con agua. 1,00 ml = 100 µg de Cd.

d) Cobre: Disolver 0,10 g de cobre metálico en dos ml de HNO 3, adicionar 10 ml de HNO 3 y diluir a

1 000 ml con agua. 1,00 ml = 100 µg Cu.

e) Cromo: Disolver 0,1923 g de CrO 3 en agua. Cuando la disolución sea completa, acidificar con 10 ml

de HNO3, y diluir a 1 000 ml con agua. 1,00 ml = 100 µg Cr.

f) Mercurio: Disolver 0,1354 g de cloruro de mercurio, HgCl 2, en aproximadamente 70 ml de agua,

añadir un ml de HNO3 y diluir a 100 ml con agua. 1,00 ml = 1,00 mg Hg.

g) Níquel: Disolver 0,10 g de níquel metálico en 10 ml de HNO 3 caliente, enfriar y diluir a 1 000 ml con

agua. 1,00 ml = 100 µg Ni.

h) Plomo: Disolver 0,1598 g de nitrato d e plomo, Pb(NO 3)2, en una mínima cantidad de HNO 3 1:1,

adicionar 10 ml de HNO3 y diluir a 1 000 ml con agua. 1,00 ml = 100 µg Pb.

i) Zinc: Disolver 0,100 g de Zinc metálico en 20 ml de HCl 1:1 y diluir a 1 000 ml en agua. 1,00 ml = 100 µg Zn.

El ácido nítrico utilizado para la preparación de estas soluciones es grado suprapuro.

5.2 Limpieza del material

5.2.1 El material de vidrio debe sumergirse durante una hora en una disolución de ácido nítrico al 10%

(ver 6.1.1) y enjuagarse con agua.

5.2.2 En caso de que el material presente adherencias, debe dejarse remojando de 12 a 24 horas con

ácido nítrico al 10% (6.1.1), o con ácido clorhídrico 15% (ver 6.1.2) o con agua regia (ver 6.1.8). Después

debe ser enjuagado con suficiente agua, hasta remover toda la disolución ácida.

5.2.3 En los casos en que el material presente grasa, agregarle acetona o hexano y distribuirlo por todas

las paredes del material. Desechar el disolvente de acuerdo al procedimiento de desechos y , posteriormente,

enjuagar con agua. Continuar como se indica en el punto 6.2.

5.2.4 Los recipientes de muestras deben lavarse con disolución de detergente, enjuagarse con agua de la

llave y dejarlo remojando toda la noche en ácido nítrico al 10 % (6.1.1). Posteriormente, enjuagarlo con agua.

5.2.5 Verificar que el lavado de material se efectuó correctamente.

5.2.6 Guardar en cuanto esté seco para evitar contaminación por partículas en el aire.

5.3 Preparación de la muestra

Las muestras de lodos y biosólidos, requieren , en general, un tratamiento previo antes del análisis. Los

metales totales incluyen la combinación de los que se encuentran en la fase orgánica y en la inorgánica, así

como los disueltos y en partículas.

Notas:

a) Durante todo el procedimiento analítico donde se mencione utilización de ác idos, éstos deben ser

grado suprapuro.

b) Procesar las muestras de control establecidas en su programa de AC, por cada serie de digestión.

5.3.1 Digestión por horno

Homogeneizar perfectamente la muestra, verificando que no existan sólidos adheridos en el f ondo del

recipiente. En seguida, vaciar aproximadamente 10 g en una cápsula de porcelana (a peso constante) y

colocarla en el horno hasta que el material esté a peso constante. El horno debe estar a 100ºC.

5.3.2 Digestión por parrilla

5.3.2.1 Pesar y registrar de uno a dos gramos de la muestra en un vaso de precipitado de 100 ml o en un

crisol de platino y añadir 10 ml de HNO 3 concentrado. Cubrir con un vidrio de reloj y calentar lentamente hasta

que exista reflujo de vapores, cuidando que no alcance la tem peratura de ebullición. Calentar casi a

sequedad.

5.3.2.2 Enfriar y lavar el vidrio de reloj con agua. Adicionar otros 5 ml de HNO 3 concentrado. Cubrir y

continuar calentando hasta digestión completa, que es cuando la solución adquiere apariencia cristalin a y los

vapores son blancos. Agregar el ácido necesario para obtener esto.

5.3.2.3 Evaporar hasta obtener un volumen aproximado de 2 ml, enfriar y enjuagar el vidrio de reloj con

agua. Añadir 10 ml de HCL 1:1 (ver 6.1.3) y 15 ml de agua. Calentar nuevament e por 15 minutos para

redisolver precipitados que se hayan formado.

5.3.2.4 Enfriar, enjuagar las paredes del vaso y vidrio de reloj con agua. Vaciar el contenido a un matraz

volumétrico de 50 ml, filtrando a través de papel filtro número 40, para remover el material insoluble que

pueda tapar el nebulizador. Aforar al volumen correspondiente.

5.3.3 Digestión por autoclave

5.3.3.1 En un vaso de teflón de 100 ml, transfiera 0,5 g de la muestra seca. Marque y pese los vasos antes

y después para obtener el peso exacto de la muestra.

5.3.3.2 Añadir 5 ml de HNO 3, tapar los recipientes herméticamente y la autoclave. Encender el equipo y

dejarlo en operación a 15 lb, aproximadamente una hora. El laboratorio debe validar el tiempo de digestión,

con el equipo que utilizará para tal fin.

5.3.3.3 Sacar y enfriar a temperatura ambiente los vasos de teflón.

5.3.3.4 Abrir y filtrar a través de papel filtro número 40, si se requiere, para retener materiales insolubles.

Lavar las paredes con agua y diluir la muestra a 50 ml.

5.3.4 Digestión por horno de microondas

Para usar el horno de microondas como fuente de energía, en la digestión de la muestra, se sigue el

mismo procedimiento descrito en el punto 6.3.3, excepto que el tiempo de la digestión puede variar de 30 a 50 min

dependiendo de las características de la muestra y de la potencia aplicada.

5.4 Análisis instrumental

5.4.1 Determinación de cadmio, cobre, cromo, níquel, plomo y zinc, por aspiración directa

flama-aire-acetileno.

5.4.1.1 Conectar la lámpara de cátodo hueco o descarga sin electrodos y encender el equipo.

5.4.1.2 Seleccionar la longitud de onda y el ancho de banda espectral de acuerdo al metal a analizar,

siguiendo el protocolo del laboratorio o el manual del fabricante. En la tabla 1 se proponen las longitud es de

onda y el ancho de banda espectral con los que se pueden analizar los elementos.

Tabla 1. Relación de longitud y ancho de banda para los elementos analizados por flama

Elemento Longitud de onda (ll) Ancho de banda espectral (nm)

Cd 228,8 0,7

Cr 357,9 0,7

Cu 324,8 0,7

Ni 232,0 0,7

Pb 217,0 0,7

Zn 213,9 0,7

5.4.1.3 Alinear la lámpara vertical, horizontal y rotacionalmente, hasta obtener la máxima energía.

5.4.1.4 Esperar de 10 a 20 minutos para que se estabilice el instrumento.

5.4.1.5 Ajustar las condiciones de la flama aire -acetileno, de acuerdo con las indicaciones del fabricante.

Encender la flama. Permitir que el sistema alcance el equilibrio de temperatura.

5.4.1.6 Aspirar el blanco y ajustar el instrumento a cero.

5.4.1.7 Aspirar la disolución del estándar (5.1.10) con la concentración necesaria (ver tabla 2) para obtener

0,2 unidades de absorbancia. Ajustar con esta disolución el instrumento y si es necesario también ajustar el

quemador, hasta obtener el valor más cercano a 0,2 unidades de absorbancia.

Tabla 2. Relación de concentraciones para calibración del instrumento utilizando flama

Elemento Concentración ppm

Cd 1,5

Cr 4,0

Cu 2,0

Ni 7,0

Pb 9,0

Zn 1,0

5.4.1.8 Aspirar las disoluciones estándar, mínimo cinco concentraciones (ver 5.1.10), para realizar la curva

de calibración y un blanco de reactivos. El primer punto debe ser igual o mayor al límite de cuantificación del

método y el último debe estar dentro del intervalo lineal.

5.4.1.9 Proceder a analizar las muestras problema y l as muestras control. Si las lecturas de las muestras

están fuera del intervalo de la curva de calibración, efectuar la(s) dilución(es) que sean necesarias, hasta

obtener valores en el intervalo de trabajo.

5.4.2 Determinación de mercurio y arsénico por generador de hidruros.

5.4.2.1 Instalar la lámpara correspondiente al metal que se va a analizar en el instrumento y encenderlo.

Esperar de 20 a 30 minutos para su estabilización.

5.4.2.2 Seleccionar la longitud de onda y el ancho de banda espectral. En la ta bla 3 se proponen las

longitudes de onda y ancho de banda para cada uno de los elementos.

Tabla 3. Relación de longitud y ancho de banda para los

elementos analizados por generador de hidruros

Elemento Longitud de onda (ll) Ancho de banda espectral (nm)

As 193,7 0,7

Hg 253,7 0,7

5.4.2.3 Alinear la lámpara vertical, horizontal y rotacionalmente, hasta obtener la máxima energía.

5.4.2.4 Alinear la celda de cuarzo vertical, horizontal y rotacionalmente, hasta obtener la mínima energía.

Esperar de 20 a 30 minutos para su estabilización.

5.4.2.5 Ajustar y optimizar los flujos de aire -acetileno y encender la flama. Esperar aproximadamente 10

minutos para su estabilización. Este ajuste sólo se requiere para la determinación de arsénico.

5.4.2.6 Abrir el tanque de nitrógeno y ajustar la presión de acuerdo a las especificaciones del fabricante,

para transportar el hidruro formado a la celda de cuarzo.

5.4.2.7 Colocar en el recipiente del reductor la disolución de borohidruro de sodio (ver punto 5.1) y

conectar al sistema según las especificaciones del instrumento.

5.4.2.8 Conectar el vaso de reacción vacío al sistema generador y esperar el tiempo suficiente a que se

estabilice el sistema. Cuando se ha estabilizado, registrar el cero en el espectrofotómetro (autoce ro). Retirar

el vaso.

5.4.2.9 Conectar otro vaso de reacción con 10 ml de HCl 1,5%, permitir la entrada del hidruro formado y

registrar el cero. Repetir esta operación hasta obtener el cero por lo menos tres veces. Retirar el vaso.

5.4.2.10 Vaciar en otro vaso de reacción, 10 ml de disolución estándar, para obtener el 0,2 unidades

de absorbancia. En la tabla 4 se indican las concentraciones, con las que se obtiene el 0,2 unidades de

absorbancia. Repetir esta operación hasta que se obtenga por lo menos tre s veces la misma lectura, la cual

deberá ser aproximadamente de 0,2. En caso de existir variación en las lecturas, verificar la alineación de la

lámpara y de la celda de cuarzo.

Tabla 4. Relación de concentraciones para calibración del

instrumento utilizando generador de hidruros

Elemento Concentración, ng

As 5

Hg 50

5.4.2.11 De forma similar al punto anterior, realizar la curva de calibración con un mínimo de cinco

concentraciones y por lo menos tres lecturas independientes. Limpiar el sistema haciendo pasar ácido

clorhídrico al 1,5% cada tres lecturas.

5.4.2.12 Una vez determinada la curva de calibración, proceder a analizar el blanco, las muestras

problema y las muestras control, como se indica en los dos puntos anteriores. Si las lecturas de

las mu estras están fuera del intervalo de la curva de calibración, efectuar la(s) dilución(es) que sean

necesarias, hasta obtener valores en el intervalo de trabajo.

6. Calibración

Todos los instrumentos y materiales de medición utilizados, deben ser calibrados y verificar su calibración

periódicamente con materiales y/o sustancias de referencia certificadas, de acuerdo con el AC establecido.

6.1 Verificación de la calibración espectrofotómetro de absorción atómica

Independientemente del elemento a analizar, rea lizar dicha verificación del instrumento como se indica

a continuación.

6.1.1 Conectar la lámpara de cobre y encender el equipo.

6.1.2 Seleccionar la longitud de onda a 324,8 nm y el ancho de banda a 0,7 nm.

6.1.3 Alinear la lámpara horizontal, vertical y rotacionalmente, hasta obtener la máxima energía.

6.1.4 Una vez encendida la lámpara y alineada, esperar de 10 a 20 min. para la estabilización

del instrumento.

6.1.5 Ajustar las condiciones de la flama aire -acetileno, de acuerdo con las indicaciones de l fabricante.

Encender la flama. Permitir que el sistema alcance el equilibrio de temperatura.

6.1.6 Aspirar un blanco.

6.1.7 Aspirar una disolución estándar de cobre de 2 ppm (ver punto 5.1.10), la que debe dar 0,2 unidades

de absorbancia, ± lo establecido en los resultados obtenidos de las validaciones analíticas.

7. Cálculos

7.1 Interpolar los valores de absorbancia o altura de pico de la muestra analizada en la curva de

calibración, para obtener la concentración en mg/l (A). En seguida realizar los cálc ulos, tomando en cuenta los

factores de dilución y peso de la muestra con la fórmula siguiente:

=kgmg /

C

AxBxFD (2)

donde:

A: Concentración en mg/l de la muestra a interpolar en la curva de calibración.

B: Volumen al que se llevó la muestra (ml).

C: Peso de la muestra (g).

FD: Factor de dilución.

En los instrumentos que tienen integrado un procesador de datos, se puede obtener directamente la

concentración del elemento.

7.2 Reporte de resultados

7.2.1 No se deben reportar concentraciones de elementos por debajo del límite de cuantificación.

7.2.2 Reportar los resultados del análisis en mg/kg.

8. Interferencias

Probablemente no existirá nunca un método analítico que esté totalmente libre de alguna interferencia por

parte de la naturaleza de la muestra, sin embargo , en absorción atómica, por ser una técnica muy específica,

las interferencias están bien definidas como también los medios para su tratamiento.

8.1 Interferencia por matriz: la principal interferencia para este tipo de muestras es la presencia de materia

orgánica y sólidos en suspensión, lo que se elimina mediante una adecuada digestión de la muestra.

8.2 Interferencia de absorción no específica (fondo). La absorción molecular y la dispersión de la luz

causadas por partículas sólidas en la flama pueden causar errores positivos. Para evitar este problema se

debe utilizar la corrección de fondo del instrumento. Estos sólidos además de presentar una barrera física al

paso de la luz de la lámpara en la flama, forman depósitos en la cabeza del quemador, sin embargo , esto se

puede evitar aspirando continuamente agua acidulada.

8.3 Interferencias físicas. Están relacionadas con las diferentes propiedades existentes entre las muestras

y los estándares. Las cuales pueden a fectar a la aspiración y eficiencia de nebulización en el sistema

de atomización. Si las soluciones presentan diferencias de viscosidad y/o tensión superficial, la eficiencia de

nebulización no será igual y los resultados analíticos se ven afectados. La p resencia de otros compuestos

además del elemento de interés puede afectar a los resultados analíticos. Estas interferencias pueden ser

corregidas utilizando el método de adición interna (adición de estándares).

8.4 Las interferencias en generador de hidrur os se presentan por presencia de otros elementos o

moléculas presentes en la muestra. Los efectos se ven reflejados en una disminución de la cantidad de

hidruro formado y , por lo tanto , en una disminución de la señal analítica. La forma de eliminar este ti po

de interferencias es modificando la concentración del ácido y/o del borohidruro de sodio.

9. Manejo de residuos

9.1 Cada laboratorio debe considerar dentro de su programa de control de calidad (CC) el tratamiento de. los residuos generados durante la determinación.

9.2 Confinamiento. El laboratorio debe contar con áreas especiales, que tengan señalamientos. adecuados, para almacenar temporalmente las soluciones contaminadas con metales pesados.

9.3 Todas las muestras que cumplan con la norma de descarga al alcantarillado pueden descargarse. en el mismo.