Determinación de metales pesados en muestras de suelo, hongos y plantas mediante espectrometría de absorción atómica
Resumen
Las concentraciones de metales pesados en el suelo, muestras de hongos y plantas recolectadas en Tokat, Turquía, se han determinado mediante espectrometría de absorción atómica en horno de llama y grafito después de la ceniza seca, la ceniza húmeda y la digestión con microondas. El estudio de los procedimientos de preparación de muestras mostró que el método de digestión de microondas fue el mejor. Se aseguró una buena precisión mediante el análisis de materiales de referencia estándar. Las desviaciones estándar relativas para todas las concentraciones de metales medidas fueron inferiores al 10%. En todos los casos, se obtuvieron recuperaciones analíticas cuantitativas anging de 95 a 103%. Se calcularon los factores de acumulación de metal para muestras de hongos y plantas. La alta proporción de plantas a las concentraciones de cadmio, zinc y opper en el suelo indica que estos elementos se acumulan en los hongos. Los resultados obtenidos están de acuerdo con los datos informados en la literatura
Introducción
Los metales pesados se consideran una de las principales fuentes de contaminación en el medio ambiente, ya que tienen un efecto significativo en su calidad ecológica w1x. La actividad humana conduce a niveles crecientes de contaminación de metales pesados en el medio ambiente. Los metales pesados debido a la contaminación atmosférica e industrial se acumulan en el suelo e influyen en el ecosistema cercano w2x. La determinación de metales pesados en muestras de suelo es muy importante en el control de la contaminación ambiental w3x. El plomo, el cadmio, el hierro, el cobre, el manganeso, el zinc, etc., se eligieron como metales traza representativos cuyos niveles en el ambiente representan un índice confiable de contaminación ambiental. Los metales como el hierro, el cobre, el zinc y el manganeso son metales esenciales, ya que juegan un papel importante en los sistemas biológicos, mientras que el plomo y el cadmio son metales no esenciales, ya que son tóxicos incluso en las huellas w4x. Los metales esenciales también pueden producir efectos tóxicos cuando la ingesta de metal es excesivamente elevada.
Recientemente, tanto estudios internacionales como turcos han llamado la atención sobre la contaminación por metales del suelo w5,6x y las muestras de plantas w7-11x. Pero, tal estudio aún no se ha llevado a cabo en Tokat, Turquía. Tokat es una ciudad industrial-agrícola en desarrollo en el centro de Anatolia-Turquía y tiene una población de 114 000 habitantes. Es famosa por sus plantas industriales (textiles, nutrición, azúcar, etc.).
El hongo ha sido utilizado como bioindicador por varios investigadores para determinar las contaminaciones de metales pesados w12-15x. En comparación con las plantas verdes, el hongo puede acumular grandes concentraciones de algunos metales pesados, como Pb, Cd, Hg, y se ha realizado un gran esfuerzo para evaluar el posible peligro para la salud humana por la ingestión de hongos w16x.
La determinación de la concentración total de metales pesados en los suelos requiere la destrucción de la matriz. La fiabilidad de la determinación de metales pesados en sus matrices complejas depende principalmente del proceso de disolución utilizado. Tanto los procedimientos de incineración en húmedo como en seco son lentos y requieren mucho tiempo.
En los últimos años, las digestiones de microondas en recipientes cerrados se han desarrollado

como un método de preparación de muestras rápido y reproducible para una gran variedad de matrices complejas w17-21x.
La descomposición de muestras sólidas es un paso importante en los métodos analíticos combinados. En la mayoría de los casos, cuando se usan métodos de medición altamente sensibles, como la espectrometría de absorción atómica de llama (FAAS), horno de grafito AAS,
ICPAES, ICP-MS, la muestra se mide en una solución acuosa w22x. Se favorecen los métodos analíticos combinados para el análisis de elementos múltiples de muestras ambientales y biológicas a muy alta velocidad. Las determinaciones secuenciales y simultáneas de los elementos se pueden realizar utilizando las técnicas analíticas anteriores w23x. En este estudio, los niveles de metales pesados en muestras de suelo, hongos y plantas recolectados en Tokat,
Turquía, se determinaron mediante horno de llama y grafito AAS después de varios métodos de digestión.
Metodología
Muestreo
Las muestras de suelo (control) se tomaron al azar en la ubicación del muestreo de hongos y plantas en tierras agrícolas no contaminadas. Las otras muestras de suelo se tomaron en puntos de medición ubicados cerca de carreteras de tráfico de alta densidad y cerca de las plantas textiles en Tokat, Turquía. El área de muestreo se muestra en la Fig. 1. Las muestras de suelo se tomaron en una profundidad de aproximadamente 0-15 cm. Las muestras se secaron a 110 ° C y se molieron para pasar a través de un tamiz de 200 mallas y se transfirieron a botellas de polietileno hasta el análisis. Las muestras de hongos y plantas se lavaron con agua destilada y se secaron a 105 ° C durante 24 h. Las muestras secas se trituraron, luego se homogeneizaron usando una mano de ágata y se almacenaron en botellas de polietileno hasta el análisis.

Fig. 1. El mapa que muestra el área de muestreo de muestras de hongos, plantas y suelo.
2.2. Reactivos
Todos los reactivos eran de calidad analítica de reactivos a menos que se indique lo contrario.
Se utilizó agua desionizada doble (Milli-Q Millipore 18.2 MVycm resistivity) para todas las diluciones. HNO, H SO, H O, HF, 3 2 4 22 HClO y HCl eran de calidad suprapur (E. 4 Merck). Todo el plástico y el material de vidrio se limpiaron sumergiéndolos en HNO3 diluido (1q9) y se enjuagaron con agua destilada antes de su uso. Las soluciones de elemento estándar usadas para la calibración se prepararon diluyendo una solución madre de 1000 mg (Pb, Cd, Co, Cr, Mn,
Ni) suministrada por Sigma y (Cu, Zn, Fe) por Aldrich.
2.3. Aparato
En este estudio se utilizó un espectrómetro de absorción atómica Perkin Elmer AAnalyst 700 con corrector de fondo de deuterio. Pb, Cd, Co, Cr, Mn y Ni en las muestras de plantas se determinaron mediante horno de grafito HGA usando argón como gas inerte. Se llevaron a cabo otras mediciones en una llama de aire y acetileno. Los parámetros instrumentales y las condiciones de operación se dan en la Tabla 1.
Tabla 1 Condiciones analíticas instrumentales de análisis de elementos
2.4. Procedimientos de digestión
Se aplicaron tres tipos de procedimientos de digestión. Las condiciones óptimas de digestión se dieron a continuación.
2.4.1. Ceniza seca
Se colocó un gramo de muestra (hongo y planta) en un crisol de porcelana de alta calidad. La temperatura del horno se incrementó lentamente desde la temperatura ambiente a 450 ° C en
1 h. Las muestras se sometieron a cenizas durante aproximadamente 4 h hasta que se obtuvo un residuo de ceniza blanca o gris. El residuo se disolvió en 5 ml de HNO3 (25% vyv) y la mezcla, cuando fue necesario, se calentó lentamente para disolver el residuo. La solución se transfirió a un matraz volumétrico de 25 ml y se completó en volumen. Las soluciones de muestra no fueron claras. Se realizó un resumen en blanco de la misma manera.

2.4.2. Ceniza húmeda
La digestión de las muestras de champiñones se realizó con una mezcla oxi-acídica de HNO: H
SO: H O (4: 1: 1) (12 ml para una muestra de 1 g). Esta mezcla se calentó a 150 ° C durante 4 hy se llevó a un volumen de 25 ml con agua desionizada. Se realizó un resumen en blanco de la misma manera.
Para la digestión de las plantas, se colocaron 1,00 g de muestra en un erlenmeyer y se añadieron
3 ml de HNO concentrado y 1 ml de HCl 3 concentrado (3q1, (vyv)). Esta mezcla se calentó durante 3 ha 85 ° C hasta que se completó la solubilización de la muestra y luego se diluyó hasta un volumen de 25 ml con agua desionizada. Se realizó un resumen en blanco de la misma manera.
Para la digestión del suelo, se colocaron 0,5 g de muestra en un vaso de precipitados y se digirieron durante 6 ha 90 ° C con una mezcla concentrada de HCl: HNO3 (3: 1) (8 ml) y HClO4 concentrado (3 ml). El residuo se filtró y se diluyó a 25 ml con agua desionizada. Las soluciones de muestra no fueron claras. Se realizó un resumen en blanco de la misma manera.
2.4.3. Digestión de microondas
En este estudio se utilizó el sistema de microondas de recipiente cerrado Milestone Ethos D
(presión máxima de 1450 psi, temperatura máxima de 300 ° C). Se colocó muestra de suelo (0,25 g) en un recipiente de teflón (100 ml de capacidad) y se digirió con 6 ml de HCl (30%), 2 ml de
HNO3 (65%) y 2 ml de HF (40%) en sistema de digestión de microondas durante 26 minutos y se diluyó a 25 ml con agua desionizada. Se realizó un resumen en blanco de la misma manera.
Para el hongo y las plantas, se digirieron 0,25 g de muestra con 6 ml de HNO (65%) y 1 ml de HO
(30%) en un sistema de digestión por microondas durante 23 minutos y se diluyeron a 25 ml con agua desionizada. Se realizó un resumen en blanco de la misma manera. Todas las soluciones de muestra fueron claras. Las condiciones de digestión para el sistema de microondas se muestran en la Tabla 2. Para validar el método de exactitud y precisión, materiales de referencia certificados (Instituto Nacional de Ciencias Ambientales-NIES, N ° 3 Chlorella) y el material de referencia de suelos contaminados del suelo agrícola (SRM, GBW 08303) se analizaron para los elementos correspondientes. Los resultados se muestran en los cuadros 3 y 4.

Tabla 2 Condiciones de funcionamiento para muestras en el sistema de digestión de microondas
Tabla 3 Valores observados y certificados (mgyg) de concentraciones elementales en SRM (suelo contaminado de tierras de cultivo GBW 08303) como promedio "S.D.
Cada valor es el promedio de cinco digestiones separadas. Fe (%).

Tabla 4 Valores observados y certificados (mgyg) de concentraciones elementales en SRM (NIES,
Chlorella No. 3) como promedio "S.D
Cada valor es el promedio de cinco digestiones separadas. Fe (%).
2.5. Procedimiento analítico
El límite de detección se define como la concentración correspondiente a tres veces la desviación estándar de diez espacios en blanco. Los valores límite de detección de elementos como microgramos por litro en llama AAS fueron 0.02 para Cd, 0.12 para Co, 0.08 para Cr, 0.07 para Cu, 0.11 para Fe, 0.05 para Mn, 0.14 para Ni, 0.45 para Pb y 0.02 para Zn. Las concentraciones de Cu, Zn y Fe se determinaron en muestras de plantas usando FAAS. Los otros elementos (Cd, Pb, Co, Cr, Mn y Ni) estaban por debajo del límite de detección de FAAS. Estos elementos en muestras de plantas se determinaron usando AAS de horno de grafito mediante un muestreador automático. Durante los análisis, la velocidad de flujo interno de argón a través del tubo de grafito fue de 250 mlmin; el flujo de gas se interrumpió durante la atomización. El volumen de la muestra, los tiempos de rampa y retención para las temperaturas de secado, ceniza, atomización y limpieza se optimizaron antes del análisis para obtener la máxima absorbancia y el mínimo de fondo. Los modificadores de la matriz se añadieron 200 mg de NH H
PO para Pb, 15 mg de Pdq10-4 42 mg de Mg (NO) para Cd, 50 mg de Mg (NO) para Co, 32 32 Mn,
Ni y Cr. La mayoría de la matriz se eliminó antes de la etapa de atomización y se produjo menos interferencia durante la atomización. Cada análisis espectroscópico de absorción atómica de horno de grafito requiere 20 ml de solución y, si es necesario, se añadieron 5-10 ml del modificador de matriz. Se encontró que la masa característica para la absorbancia 0.0044 era de
0.5 pg para Cd, 6.0 pg para Co, 3.0 pg para Cr, 13 pg para Ni, 2.0 pg para Mn y 10 pg para Pb.
Resultados y discusión
Es deseable utilizar una temperatura de ceniza más alta en horno de grafito para eliminar la matriz de manera eficiente para muchos analitos en muestras de alimentos, biológicas y ambientales w23x. Las temperaturas de ceniza y atomización de metales pesados se incrementaron usando diferentes modificadores químicos. Las temperaturas de atomización y atomización máximas obtenidas fueron 700 y 1800 8C para Pb, 850 y 1650 8C para Cd, 1300 y
2500 8C para Ni, 1600 y 2500 8C para Cr, 1200 y 2300 8C para Mn y 1300 y 2400 8C para Co.
T-test fue utilizado en este estudio. La comparación de los métodos de digestión seca, húmeda y de microondas no mostró diferencias estadísticamente significativas en los resultados. Por lo tanto, se prefirió el procedimiento de digestión por microondas porque este procedimiento es

más apropiado con respecto tanto al tiempo como a la recuperación que la digestión seca y húmeda. La desventaja de este método es costosa y necesaria de alguna experiencia. Las desviaciones estándar de los métodos de digestión seca y húmeda son más altas que las del método de digestión de microondas. La precisión del método se evaluó mediante la determinación de metales pesados en SRM. Los resultados logrados estuvieron de acuerdo con los valores certificados. Los resultados del análisis de SRM estuvieron dentro del límite de confianza del 95%. en la Tabla 5. Todas las concentraciones de metales se determinaron en base al peso seco. Las producciones textiles pueden contener alto contenido de cadmio. Por lo tanto, se encontró que las concentraciones de cadmio en las muestras de suelo tomadas de cerca de las plantas textiles eran tres veces más altas que las del suelo al borde de la carretera. En general, los niveles de metales pesados en las muestras de suelo tomadas del borde de la carretera resultaron ser más altos que los de las muestras de suelo cerca de las plantas. Las muestras de control se tomaron de áreas remotas que no están influenciadas por el tráfico y las plantas textiles. Los valores mínimos se componen de la estación de control. La concentración de plomo en las muestras aumentó con el aumento del volumen de tráfico. La cantidad de vehículos en las carreteras es de aproximadamente 800 vehículos en Tokat w24x. En general, los niveles medios de metales pesados en muestras de suelo tomadas de la carretera y cerca de las plantas en Tokat, Turquía son más bajos que los reportados en las Refs. w3,8,11,25x.
Tabla 5 Concentración de metales pesados en muestras de suelo, hongos y plantas recolectadas de Tokat, Turquía
N=5. a
Concentraciones de Pb, Cd, Co, Cr, Mn y Ni (mgykg) en muestras de plantas, todas las demás
(mgykg).
Se recolectaron muestras de hongos y plantas de tierras agrícolas no contaminadas. Las concentraciones más altas de metal se encontraron en Amanita soliteria (venenosa) y en especies de hongo Lentinus tigrinus (no comestible). Los niveles de metales pesados en los hongos venenosos y no comestibles fueron más altos que los de los hongos comestibles. Los factores de acumulación de metales en hongos se calcularon como 17.4, 0.16, 0.16, 0.13, 6.8,
0.06, 0.32, 0.09 y 2.8 para Cd, Pb, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni y Zn, respectivamente. Los resultados se muestran en la Tabla 6. Los factores de bioacumulación de metales (concentración de esporas en la concentración de plantymetal en suelos) en este estudio son más bajos que los informados en las Refs. w26,27x. Mientras que Cd, Cu y Zn se acumulaban en una proporción alta por hongos, los otros elementos se acumulaban en una proporción baja. Las concentraciones medias

de metales en muestras de hongos fueron en general similares a las encontradas en otros estudios w14,16,28x.
Tabla 6 Factores de bioacumulación de metales pesados del suelo a hongos y plantas, ns5
El hecho de que los metales tóxicos estén presentes en altas concentraciones en los cuerpos fructíferos de los hongos, de un área muy favorecida por los recolectores de hongos, es de particular importancia en relación con los estándares FAOy OMS w29x para Pb y Cd como metales tóxicos. La dosis máxima permisible para un adulto es de 3 mg de Pb y 0.5 mg de Cd por semana, pero las dosis recomendadas son solo una quinta parte de esas cantidades.
La cantidad de contenido de metales pesados está relacionada con las especies de hongos, el sitio de recolección de la muestra, la edad de los cuerpos fructíferos y el micelio, y la distancia desde la fuente de contaminación w30x. Según Stijve y Besson w31x, el mecanismo por el cual se acumulan algunos metales pesados es algo oscuro, aunque parece estar asociado con una reacción de quelación con los grupos sulfhidrilo de proteína y especialmente con metionina.
. Conclusiones
Los métodos de digestión seca y húmeda consumen más tiempo y son más complicados que el método de digestión por microondas sin ninguna ventaja en términos de eficiencia de la digestión. El uso del sistema de digestión de microondas en muestras de suelo, hongos y plantas proporciona un método mejor, más seguro y más limpio para la preparación de muestras. La precisión del método fue verificada y confirmada por los SRM. Se puede concluir que el 3: 1 de
HCl: HNO en una mezcla de 8 ml de ácido 3 es la mejor para digerir las muestras de suelo. El uso de la mezcla HFyHClyHNO permite la determinación del contenido total de los elementos analizados en muestras de suelo. HF no se usó para el suelo en la digestión húmeda porque es peligroso en sistemas abiertos. Los estudios de recuperación muestran que los métodos de digestión utilizados en este estudio son satisfactorios y reproducibles para el análisis de muestras de suelo, hongos y plantas. Mientras que los hongos acumulan Cd, Zn y Cu en una proporción alta, las plantas no los acumulan.