Evaluación del contenido de cromo, plomo y mercurio en cementos hidráulicos de uso general comercializados en Costa Rica

Abstract

El presente trabajo detalla la evaluación del contenido de cromo, plomo y mercurio en cementos hidráulicos de uso general comercializados en Costa Rica. El muestreo de los cementos se realizó en el GAM y el proceso de homogenización, cuarteo y toma de muestra fue siguiendo los lineamientos de la norma UNE-EN 196-7. Las propiedades físicas de densidad y finura en los cementos muestreados se determinaron con los métodos ASTM C188 y ASTM C430, respectivamente. Los componentes químicos mayoritarios presentes en los cementos se determinaron por medio de XRF por el método de perla, mientras que la concentración de Cr se determinó por la técnica de FAAS, el mercurio por la técnica de CVAAS y la de Pb por las técnicas de FAAS y GFAAS (UNE-EN ISO 15586). La validación del método FAAS para los elementos cromo y plomo se realizó en el ámbito de (0,1– 0,5) mg/kg para el Cr y de (0,4 – 1,0) mg/kg para el Pb, respectivamente. El cemento fue digerido por medio del método de digestión ácida en multi-etapas asistida por microondas (1era etapa HNO3 al 70 % m/m, 2da etapa HF al 48 5 m/m + HCl al 36,6 % m/m, 3era etapa HBO3 al 5 % m/v). El método de digestión al ser un pretratamiento indispensable para poder cuantificar de forma confiable el Cr y el Pb en el cemento, se sometió a una evaluación de desempeño utilizando muestras de cemento enriquecidas. Los cementos presentaron valores de densidad entre 2,84 g/cm3 y 2,99 g/cm3, mientras que los residuos retenidos en la malla de 45 μm fueron inferiores al 7 %. La linealidad de los métodos FAAS, GFAAS y CVAAS se comprobó por medio del análisis de la bondad de ajuste del modelo lineal a través del coeficiente de Pearson. La homocedasticidad y heterocedasticidad de las varianzas del modelo de OLS y WLS se determinaron empleando la prueba de Bartlett. El sesgo en la matriz acuosa enriquecida fue de - 0,3 %, + 0,6 %, + 0,28 % y - 0,22 % para Pb, Cr y Hg, respectivamente. Los LOD alcanzados fueron de 0,016 mg/kg en Pb, 0,020 mg/kg en Cr y 0,14 mg/l en Hg, mientras que los LOQ logrados fueron de 0,062 mg/kg Pb, 0,048 mg/kg Cr y 0,43 mg/l. El método de digestión ácida en multi-etapas asistido por microondas mostró capacidad para disolver en 3,5 h muestras de 0,5 g de cemento Tipo UG-RTCR sin presencia de particulado, y alcanzar recuperaciones del 90,54 % para Cr, del 106,49 % para Pb y de 99,76 % para Hg. El error por efecto matriz del cemento sobre la técnica FAAS utilizando corrección de fondo fue de - 9 % para Cr y de + 6 % para Pb, mientras que sin la corrección de fondo fue de - 16 % para Cr y + 16 % para Pb. Las muestras de cemento procedentes de la misma empresa manufacturera presentaron uniformidad en sus características físico-químicas. Los parámetros de desempeño validados para las técnicas analíticas de FAAS, GFAAS y CVAAS permitieron cuantificar la concentración de Cr, Pb y Hg en muestras de cemento digeridas con un alto grado de confianza. Los cementos hidráulicos de uso general analizados presentaron concentraciones en masa de Cr, Pb y Hg inferiores a 24 mg/kg, 9 mg/kg y 0,15 mg/kg, respectivamente. El contenido de Pb y Cr en las muestras de cemento fue inferior al límite máximo reglamentado, mientras que el contenido de Hg, en las muestras, fue superior al límite máximo estipulado en la tabla 3 del reglamento RTCR 383:2004.

The present work details the evaluation of the content of chromium, lead and mercury in hydraulic cements of general use commercialized in Costa Rica. The sampling of the cements was carried out in the GAM and the process of homogenization, quartering and sampling was following the guidelines of the UNE-EN 196-7 standard. The physical properties of density and fineness in the sampled cements were determined with the ASTM C188 and ASTM C430 methods, respectively. The major chemical components present in the cements were determined by means of XRF by the pearl method, while the concentration of Cr was determined by the FAAS technique, mercury by the CVAAS technique and that of Pb by the FAAS techniques. and GFAAS (UNE-EN ISO 15586). The validation of the FAAS method for the elements chromium and lead was carried out in the range of (0.1-0.5) mg/kg for Cr and (0.4-1.0) mg/kg for Pb, respectively. The cement was digested by means of the microwave-assisted multi-stage acid digestion method (1st stage HNO3 at 70% m/m, 2nd stage HF at 48 5 m/m + HCl at 36.6% m/m, 3rd stage stage HBO3 at 5% m/v). The digestion method, being an essential pretreatment to be able to reliably quantify Cr and Pb in cement, underwent a performance evaluation using enriched cement samples. The cements presented density values ​​between 2.84 g/cm3 and 2.99 g/cm3, while the residues retained in the 45 μm mesh were less than 7 %. The linearity of the FAAS, GFAAS and CVAAS methods was verified by means of the analysis of the goodness of fit of the linear model through the Pearson coefficient. The homoscedasticity and heteroscedasticity of the variances of the OLS and WLS model were determined using the Bartlett test. The bias in the spiked aqueous matrix was -0.3%, +0.6%, +0.28%, and -0.22% for Pb, Cr, and Hg, respectively. The LODs achieved were 0.016 mg/kg in Pb, 0.020 mg/kg in Cr, and 0.14 mg/l in Hg, while the LOQs achieved were 0.062 mg/kg Pb, 0.048 mg/kg Cr, and 0.43 mg/l. The microwave-assisted multi-stage acid digestion method showed the ability to dissolve 0.5 g samples of Type UG-RTCR cement in 3.5 h without the presence of particulates, and to achieve recoveries of 90.54 % for Cr, of the 106.49% for Pb and 99.76% for Hg. The error due to the matrix effect of the cement on the FAAS technique using background correction was -9% for Cr and +6% for Pb, while without background correction it was -16% for Cr and +16% for Pb. The cement samples from the same manufacturing company presented uniformity in their physical-chemical characteristics. The validated performance parameters for the FAAS, GFAAS and CVAAS analytical techniques allowed quantifying the concentration of Cr, Pb and Hg in digested cement samples with a high degree of confidence. The general-use hydraulic cements analyzed presented mass concentrations of Cr, Pb, and Hg below 24 mg/kg, 9 mg/kg, and 0.15 mg/kg, respectively. The Pb and Cr content in the cement samples was lower than the maximum regulated limit, while the Hg content in the samples was higher than the maximum limit stipulated in table 3 of the RTCR 383:2004 regulation.