Nuevos materiales en el uso de la técnica de gradiente de difusión en capa fina (DGT) en estudios de la contaminación por mercurio en ambientes impactados por la mineria de oro

Abstract

[spa] El mercurio (Hg) es uno de los contaminantes más tóxicos en el medioambiente. En esta tesis doctoral se ha priorizado la implementación in situ de la técnica de gradiente de difusión en capa fina (DGT) con el propósito de cuantificar la fracción biodisponible de Hg en medio acuático, es especial en aquellos impactados por La minería de oro artesanal y en pequeña escala (MAPE). Asimismo, se ha llevado a cabo una exhaustiva exploración y evaluación de nuevos materiales poliméricos y derivados de biomasa residual, con el objetivo de incorporarlos a esta técnica como alternativas para la captación del Hg lábil. Estos esfuerzos han sido orientados hacia el desarrollo de una estrategia eficiente y confiable para la evaluación y el monitoreo del Hg en sistemas acuáticos de áreas remotas y de difícil acceso. En la primera parte de la tesis, se presentan los resultados de la evaluación del nivel de contaminación, el riesgo para la salud humana y el riesgo carcinogénico por consumo de alimentos contaminados con Hg y As en áreas de difícil acceso altamente impactadas por MAPE en la selva tropical colombiana. En términos generales, los resultados de los índices de peligrosidad (HI) para Hg y As a través del consumo de frutas, tubérculos y pescado superaron el nivel aceptable (HI>1) y también se muestra el riesgo carcinogénico relacionado con As. En cuanto a la cuantificación de la fracción biodisponible de Hg, se desplegaron dispositivos DGT a lo largo del río Atrato (Colombia) y en pozas mineras abandonadas (AMPs) por la MAPE cercanas a poblaciones locales. Estos dispositivos DGT fueron manufacturados y calibrados en el laboratorio usando sílica funcionalizada con 3-mercaptopropilo (3MFS) como gel para el Hg. Además, se consideró relevante cuantificar la fracción biodisponible de otros metales traza (Pb, Cu, Zn, Cd, Ni, Mn y Cr) utilizando dispositivos DGT de tipo comercial con Chelex-100. Los resultados presentados fueron coherentes con otros estudios de Hg en el río Atrato y AMPs, y fueron comparados con otros estudios con métodos similares, lo que nos permitió concluir que la aplicación de la técnica DGT es eficiente para la cuantificación y monitoreo del Hg biodisponible en sistemas acuáticos altamente vulnerables y de difícil acceso. La segunda parte de la tesis se enfocó en la exploración y evaluación de nuevos materiales para su incorporación en la técnica DGT mediante la revaloración de residuos agroindustriales y la aplicación de nuevos materiales poliméricos para la determinación de la fracción lábil de Hg en el medio acuático. Los materiales derivados de biomasa (biocarbón, plumas de pollo, corcho, cáscara de arroz y canola) fueron evaluados en cuanto a su capacidad de captación del Hg, la facilidad de preparación de las capas de unión (hidrogeles de agarosa y poliacrilamida), y su eficacia en la determinación de la fracción lábil de Hg. Para este fin se diseñaron experimentos de serie temporal en medio acuoso, en ausencia y presencia de otros elementos traza (Mn, Cu, Zn, Ni, Pb, Cd y As) y en condiciones controladas de laboratorio. De manera similar, se evaluaron tres polímeros sintetizados a partir de la benzoiltiourea (BTP1, BTP2 y PBTU) con demostrada afinidad con el Hg para su uso en la técnica DGT. En esta búsqueda de nuevos materiales, el polímero BTP1 demostró una mayor efectividad en la captación y cuantificación del Hg lábil, y la eficacia de los dispositivos DGT-BTP1 fue comparada con la de dispositivos DGT preparados con 3MFS en mediciones in situ de Hg en el río Quito (Colombia). Los resultados mostraron un buen

rendimiento en la cuantificación de la fracción de Hg lábil y, a su vez, se demostró que los dispositivos DGT-BTP1 son una herramienta útil para la monitorización in situ de Hg biodisponible en aguas dulces. En conclusión, los resultados obtenidos a través de la inclusión de nuevos materiales en la técnica DGT podrían considerarse satisfactorios y prometedores.

[eng] Mercury (Hg) is one of the most toxic pollutants in the environment. In this doctoral thesis, priority has been given to the in situ implementation of the diffusive gradients in thin films (DGT) in order to quantify the bioavailable fraction of Hg in aquatic environments, especially in those impacted by Artisanal and Small Scale Gold Mining (ASGM). Likewise, an exhaustive exploration and evaluation of new polymeric materials and biomass-derived materials has been carried out, with the objective of incorporating them into this technique as alternatives for the capture of labile Hg. These efforts have been oriented towards the development of an efficient and reliable strategy for the evaluation and monitoring of Hg in aquatic systems in remote and difficult to access areas. The first part of the thesis presents the results of the evaluation of the level of contamination, the risk to human health and the carcinogenic risk from the consumption of food contaminated with Hg and As in areas of difficult access highly impacted by ASM in the Colombian rainforest. In general, the results presented were consistent with other Hg studies in the Atrato River and abandoned mine ponds (AMPs), which allowed us to conclude that the application of the DGT technique is efficient for the quantification and monitoring of bioavailable Hg in highly vulnerable and difficult to access aquatic systems. The second part of the thesis focused on the exploration and evaluation of new materials for incorporation in the DGT technique. Biomass-derived materials (biochar, chicken feathers, cork, rice husk and canola) were evaluated for their Hg uptake capacity, ease of preparation of binding layers (agarose and polyacrylamide hydrogels), and their efficiency in determining the labile Hg fraction. Similarly, three polymers synthesized from benzoylthiourea (BTP1, BTP2 and PBTU) with demonstrated affinity for Hg were evaluated for use in the DGT technique. In this search for new materials, the BTP1 polymer demonstrated greater effectiveness in the uptake and quantification of labile Hg, and the efficacy of the DGT-BTP1 devices was compared to that of DGT devices prepared with 3MFS in in situ Hg measurements in the Quito River (Colombia).