New advances in the method validation, extraction methods and measurement uncertainty for the determination of water-soluble hexavalent chromium in hydraulic cemen

Abstract

The quantification of Cr (VI) in the cement matrix is highly important, given the possibility of suffering illnesses including dermatitis, induced nasal carcinoma, and DNA damage produced by inhalation of and/or direct contact with this substance by construction workers. This study presents an analytical validation of the determination of water-soluble Cr (VI) using Ultraviolet–Visible Spectroscopy (UV–Vis) with 1.5-diphenylcarbazide. To do so, different performance characteristics were determined: working interval, analytical sensitivity, linearity, limits of detection (LOD) and quantification (LOQ), as well as measurement uncertainty, in order to provide better metrological information about the performance of this method. The study also focused on evaluating the impact of use of different types of standard sands (ASTM C-778 and CEN) for preparing mortar cement and extracting water soluble Cr (VI) present in the cement. For this purpose, two cements with different concentrations (2.01 ± 0.21 and 0.75 ± 0.09 mg-kg−1) of Cr (IV) were created to evaluate extraction using three types of treatments: oxidized with potassium peroxidisulfite, non-oxidized, and an alternative method using cement paste. It was observed that mortar cement using ASTM C-778 sand tends to underestimate Cr (IV) content when concentrations are below 0.8 mg kg−1, while at higher concentrations of ~2.0 mg kg−1 it does not generate different results compared to those obtained using mortar cement made with CEN-standard sand. An alternative method called “paste extraction” also showed statistically comparable results with respect to standard mortar for both concentration levels evaluated. Finally, samples of cement marketed in Costa Rica were analyzed using different types of water soluble Cr (IV) extraction methods. The results show concentrations between 0.70 ± 0.13 mg kg−1 and 1.30 ± 0.13 mg kg−1, demonstrating that they comply with the limits established by international standards and national regulations in Costa Rica.

La cuantificación de Cr (VI) en la matriz del cemento es de gran importancia, dada la posibilidad de sufrir enfermedades como dermatitis, carcinoma nasal inducido y daños en el ADN producidos por la inhalación y/o contacto directo de esta sustancia por parte de los trabajadores de la construcción. Este estudio presenta una validación analítica de la determinación de Cr (VI) soluble en agua mediante espectroscopia ultravioleta-visible (UV-Vis) con 1,5-difenilcarbazida. Para ello, se determinaron diferentes características de rendimiento: intervalo de trabajo, sensibilidad analítica, linealidad, límites de detección (LOD) y cuantificación (LOQ), así como incertidumbre de medición, con el fin de proporcionar una mejor información metrológica sobre el rendimiento de este método. El estudio también se centró en evaluar el impacto del uso de diferentes tipos de arenas estándar (ASTM C-778 y CEN) para la preparación de mortero de cemento y la extracción de Cr (VI) soluble en agua presente en el cemento. Para ello, se crearon dos cementos con diferentes concentraciones (2,01 ± 0,21 y 0,75 ± 0,09 mg-kg−1) de Cr (IV) para evaluar la extracción mediante tres tipos de tratamientos: oxidado con peroxidisulfito de potasio, no oxidado y un método alternativo utilizando pasta de cemento. Se observó que el cemento de mortero utilizando arena ASTM C-778 tiende a subestimar el contenido de Cr (IV) cuando las concentraciones son inferiores a 0,8 mg kg-1, mientras que a concentraciones mayores de ~2,0 mg kg-1 no genera resultados diferentes a los de obtenido mediante mortero cemento elaborado con arena norma CEN. Un método alternativo denominado “extracción de pasta” también mostró resultados estadísticamente comparables con respecto al mortero estándar para ambos niveles de concentración evaluados. Finalmente, se analizaron muestras de cemento comercializadas en Costa Rica utilizando diferentes métodos de extracción de Cr (IV) soluble en agua. Los resultados muestran concentraciones entre 0,70 ± 0,13 mg kg−1 y 1,30 ± 0,13 mg kg−1, demostrando que cumplen con los límites establecidos por las normas internacionales y la normativa nacional en Costa Rica.