DETERMINACIÓN DE ARSÉNICO
EN AGUAS RESIDUALES
MEDIANTE ESPECTROFOTOMETRÍA
DE ABSORCIÓN ATÓMICA
DETERMINATION OF ARSENIC IN WASTEWATER BY
ATOMIC ABSORPTION SPECTROPHOTOMETRY
Bitian Edith Reyes Ramirez
Instituto Tecnológico de Matamoros, México
Guillermo Raúl Villasana Velázquez
Instituto Tecnológico de Matamoros, México
María Guadalupe Vázquez González
Instituto Tecnológico de Matamoros, México
Claudio Alejandro Alcalá Salinas
Instituto Tecnológico de Matamoros, México
pág. 11562
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.14542
Determinación de Arsénico en Aguas Residuales Mediante
Espectrofotometría de Absorción Atómica
Bitian Edith Reyes Ramirez
1
m22260828@matamoros.tecnm.mx
https://orcid.org/0009-0004-9934-3819
TecNM/Instituto Tecnológico de Matamoros
México
Guillermo Raúl Villasana Velázquez
guillermo.vv@matamoros.tecnm.mx
https://orcid.org/0009-0001-2761-4358
TecNM/Instituto Tecnológico de Matamoros
México
María Guadalupe Vázquez González
maria.vg@matamoros.tecnm.mx
https://orcid.org/0000-0001-9655-8583
TecNM/Instituto Tecnológico de Matamoros
México
Claudio Alejandro Alcalá Salinas
claudio.as@matamoros.tecnm.mx
https://orcid.org/0000-0001-9441-7971
TecNM/Instituto Tecnológico de Matamoros
México
RESUMEN
Se llevó a cabo la determinación de la concentración de arsénico en diez muestras de aguas residuales
procedentes de diversas actividades industriales. Para ello, se utilizó la técnica de espectrofotometría
de absorción atómica con generación de hidruros, la cual permitió medir con precisión los niveles de
arsénico a una longitud de onda de 193.7 nm. El proceso incluyó varias etapas esenciales, comenzando
con la digestión de las muestras para asegurar la correcta liberación del elemento objetivo.
Posteriormente, se realizó la validación del método analítico mediante la evaluación de parámetros
fundamentales, como los límites de detección y cuantificación. Además, se determinó el intervalo lineal
de respuesta del equipo, lo que garantiza que las mediciones sean fiables dentro de un rango específico
de concentraciones. También se llevó a cabo el análisis de precisión, evaluando la cercaa entre los
resultados de diferentes mediciones, y la exactitud, que refleja qué tan cercanas están las mediciones a
los valores reales. Adicionalmente, se realizaron pruebas de repetibilidad y reproducibilidad (r&R) para
verificar la consistencia de los resultados en distintos momentos y condiciones experimentales. Este
proceso estandarizado asegura que los datos obtenidos sean consistentes, fiables y puedan ser
comparados con normas nacionales e internacionales. La combinación de estas etapas garantiza la
robustez del método y permite utilizar los resultados obtenidos para evaluar los niveles de
contaminación y el cumplimiento de las normativas ambientales aplicables en el tratamiento de aguas
residuales industriales.
Palabras clave: arsénico, absorción atómica, validación de método
1
Autor principal.
Correspondencia: m22260828@matamoros.tecnm.mx
pág. 11563
Determination of Arsenic in Wastewater by Atomic Absorption
Spectrophotometry
ABSTRACT
The determination of arsenic concentration was carried out in ten wastewater samples from various
industrial activities. For this purpose, the technique of atomic absorption spectrophotometry with
hydride generation was used, which allowed the precise measurement of arsenic levels at a wavelength
of 193.7 nm. The process included several essential stages, starting with the digestion of the samples to
ensure the correct release of the target element. Subsequently, the analytical method was validated by
evaluating key parameters such as the limits of detection and quantification. In addition, the linear
response range of the equipment was determined, ensuring that the measurements were reliable within
a specific concentration range. Precision analysis was also carried out, evaluating the closeness between
the results of different measurements, and the accuracy, which reflects how close the measurements are
to the real values. Additionally, repeatability and reproducibility tests (r&R) were carried out to verify
the consistency of the results at different times and under different experimental conditions. This
standardized process ensures that the obtained data are consistent, reliable, and comparable with
national and international standards. The combination of these steps guarantees the robustness of the
method and allows the results to be used to assess contamination levels and compliance with
environmental regulations applicable to the treatment of industrial wastewater.
Keywords: arsenic, atomic absorption, method validation
Artículo recibido 25 septiembre 2024
Aceptado para publicación: 12 octubre 2024
pág. 11564
INTRODUCCN
El arsénico (As) es un elemento que se encuentra de manera natural en la corteza terrestre y está
ampliamente disperso en el ambiente, presente en el aire, el agua y el suelo. En su forma inorgánica,
resulta ser altamente tóxico. Las personas pueden estar expuestas a altos niveles de As inorgánico al
beber agua contaminada, al usar esa agua para cocinar o regar cultivos, a través de actividades
industriales, al consumir alimentos contaminados o al fumar (World Health Organization: WHO, 2022).
Se considera que la exposición al As a través del agua contaminada es más perjudicial para la salud
humana que la exposición al As presente en alimentos contaminados (Instituto Nacional del Cancer,
2015). El As ha sido reconocido como un veneno desde la antigüedad, y niveles elevados pueden
resultar mortales. Ingerir cantidades más bajas puede causar irritación en el sistema digestivo, con
síntomas como dolor abdominal, náuseas, vómitos y diarrea. Además, puede reducir la producción de
glóbulos rojos y blancos, lo que lleva a fatiga, alteraciones en el ritmo cardíaco, daño en los vasos
sanguíneos (provocando moretones) y problemas nerviosos, como hormigueo en manos y pies (Agencia
Sustancias Tóxicas y Registro de Enferm., 2016).
El As se encuentra en el agua debido a la disolución natural de minerales de formaciones geológicas, a
los vertidos de desechos industriales y a la deposición de partículas atmosféricas (Alarcón, Leal,
Miranda, Benavides, & Martín, 2014).
Diversas técnicas analíticas permiten medir la concentración de As en aguas contaminadas, siendo la
Espectrofotometría de Absorción Atómica con Generación de Hidruros (EAA-GH) una de las más
empleadas debido a las múltiples ventajas que ésta ofrece. De acuerdo con Martínez Guijarro (2020),
dentro de las ventajas de dicha técnica, se encuentran:
Alta producción de especies volátiles y eficiencia en su transporte.
Separación del analito en matrices complejas.
Reducción de interferencias.
Automatización en sistemas de producción del vapor de hidruros (por inyección de flujo y continuo).
Alta frecuencia de análisis.
Bajos límites de detección.
Económicamente accesible.
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Otras ventajas que ofrece esta técnica son: preconcentración del analito, generación a temperatura
ambiente y empleo de sistemas de generación sencillos (Gallarta-González, Sanz-Asensio, & Galbán-
Bernal, 1992).
Las principales actividades humanas que contribuyen a la contaminación por As incluyen la quema de
carbón y la fundición de metales en la industria, junto con la creciente participación de la industria de
semiconductores y la liberación de minerales que contienen As durante los procesos mineros destinados
a la extracción de otros compuestos (Rangel, Montañez, Luévanos, & Balagurusamy, 2015).
También el As tiene cierta utilidad en la industria, tales como la producción de insecticidas, fungicidas,
herbicidas y preservantes para madera, Además, tiene un uso más limitado en varias industrias, como
la electrónica, donde el arseniuro de galio es esencial para la fabricación de teléfonos móviles, paneles
solares y diodos emisores de luz (LED). El As también desempeña un papel importante en la fabricación
de vidrio y en la creación de aleaciones utilizadas en la producción de municiones, soldaduras y
rodamientos (Nava, 2019). Por ello, no es de extrañar que el As pueda estar presente en las aguas
residuales provenientes de las actividades industriales.
Existen diversos procesos y tecnologías para eliminar el As del agua, que abarcan desde tratamientos
en plantas potabilizadoras convencionales y métodos de uso doméstico, hasta tecnologías aplicadas
directamente en el sitio afectado. Los principales métodos de remediación actuales incluyen la
oxidación, precipitación, coagulación, ablandamiento con cal, ósmosis inversa, microfiltración,
nanofiltración, adsorción, tratamientos biológicos, fitorremediación, electrodiálisis y técnicas
electrocinéticas, entre otros.
Algunas de estas técnicas son más comunes y utilizadas que otras. Aunque continuamente se desarrollan
nuevas alternativas o se mejoran las existentes, cada método presenta ventajas, desventajas y
limitaciones dependiendo de las condiciones locales, lo que no garantiza un resultado óptimo desde el
punto de vista técnico, económico y ambiental en todos los casos (Francisca & Carro, 2014). Por esta
razón, es necesario monitorear la concentración de las aguas residuales tratadas, para evitar que lleguen
a los cuerpos receptores y que propaguen la contaminación por As.
pág. 11566
METODOLOGÍA
Para la determinación de As se realizaron pruebas a diez muestras provenientes de diez distintos
desechos industriales (AR-011223-1003, AR-141223-1003, AR-281223-1003, AR-291223-1002, AR-
291223-1004, AR-291223-1005, AR-020124-1001, AR-051224-1001, AR-080124-1005 y AR-
090124-1001). En un laboratorio de ensayo en la ciudad de Matamoros, Tamaulipas, se prepararon las
diluciones de los puntos de las curvas de calibración, así como la preparación de muestras control,
blancos analíticos y soluciones de concentraciones establecidas en el intervalo lineal de trabajo (punto
bajo, punto medio y punto alto). Como método de referencia, se utilizó la Norma Mexicana NMX-AA-
051-SCFI-2016.
Preparación de muestras. Para la técnica de generación de hidruros, es necesario realizar una
preparación o tratamiento a la muestra previo a su análisis; dicho tratamiento se llama Digestión. La
digestión se basa en la descomposición de la muestra mediante la aplicación de disolventes inorgánicos,
dejando disueltos los elementos que se desean analizar y destruyendo la materia orgánica presente con
la finalidad de eliminar las interferencias (Torres, 2020). Este método de análisis requiere un manejo
cuidadoso de la muestra, prestando especial atención para evitar pérdidas por volatilización durante la
etapa de calentamiento en el proceso de digestión (Gutiérrez-Peña, y otros, 2014).
Digestión ácida para la determinación de metales totales: Se tomaron 100 mL de cada muestra y se
vertieron en un vaso de precipitado. Se añadieron 3 mL de ácido nítrico concentrado (HNO
3
) en cada
una y se calentaron en una placa de calentamiento, sin hervir, hasta que el volumen redujo a 5 mL. Se
retiraron de la placa hasta que enfriaron y se añadieron 5 mL de HNO
3
a cada muestra, se cubrieron con
vidrios de reloj y se calentaron nuevamente. Se incrementó la temperatura de calentamiento hasta que
se creó un reflujo de vapores. Permanecieron en la placa hasta que la muestra presentó una apariencia
cristalina constante (en algunas muestras fue necesario agregar más HNO
3
para conseguir dicha
apariencia). Se retiraron de la placa y se enfriaron. Se le añadieron 10 mL de ácido clorhídrico (HCl) al
50% v/v y 15 mL de agua.
pág. 11567
Se calentaron las muestras sin ebullir durante 15 minutos, se enfriaron, se lavaron las paredes de los
vasos y los vidrios de reloj con agua y se filtraron aquellas muestras que presentaron material insoluble
y se llevaron a aforo de 100 mL (NMX-AA-051-SCFI-2016: Análisis de agua - Medición de metales
por absorción atómica en aguas naturales, potables, residuales y residuales tratadas - Método de prueba.,
2016).
Reducción de As (V) a As (III): Se tomaron 25 mL de cada muestra digerida y se vertieron a matraces
de fondo esférico. Se le añadieron a cada uno 20 mL de HCl y 4 mL de solución de yoduro de potasio-
ácido ascórbico. Se calentaron durante 15 minutos a una temperatura de 50°C. Se enfriaron y se llevaron
a aforo de 100 mL con agua (NMX-AA-051-SCFI-2016: Análisis de agua - Medición de metales por
absorción atómica en aguas naturales, potables, residuales y residuales tratadas - Método de prueba.,
2016).
Previo al análisis, las muestras digeridas se almacenaron en recipientes graduados de polietileno a una
temperatura de 4°C.
Validación de método. Para el límite de detección experimental (LDE) y el límite de cuantificación
calculado (LCC), se prepa un blanco analítico para evaluar el ruido de fondo (RSD) de As. Se
realizaron 6 mediciones para obtener las concentraciones en mg/L y se calcularon el promedio ( ) y la
desviación estándar (σ) de ellas (EURACHEM, 1998). Con estos datos se calculó el LDE y LCC
mediante las siguientes fórmulas:
𝐿𝐷𝐸 = 𝑥 + 3𝜎 (Ec. 1)
𝐿𝐶𝐶 = 𝑥 + 10𝜎 (Ec. 2)
Para el intervalo lineal, se preparó una curva de calibración en el intervalo de concentraciones de 0.02
a 0.20 mg/L a partir de un estándar patrón certificado que contiene 1000 µg/mL de As (1000 mg/L),
marca High-Purity Standards (HPS). La precisión se determinó mediante el análisis de cuatro curvas de
calibración durante cuatro días consecutivos. La exactitud del método se estableció mediante el
porcentaje (%) de recobro de dieciocho diluciones de As que abarcaron el intervalo lineal y se
establecieron seis diluciones para cada punto, siendo 0.02 mg/L como punto bajo, 0.06 mg/L como
punto medio y 0.2 mg/L como punto alto.
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Las pruebas de repetibilidad y reproducibilidad (r&R) se realizaron mediante la preparación y medición
de tres soluciones de cada punto del intervalo lineal de trabajo por tres diferentes analistas en dos días
consecutivos para determinar la relación entre varianzas de las lecturas.
Determinación de As.
Para la medición de As se utilizó un espectrofotómetro de absorción atómica marca Thermo Scientific®
modelo M6, con generador de hidruros marca Unicam® modelo VP90. La detección se realizó en una
celda T de cuarzo con calentamiento asistido por una flama de aire-acetileno a una longitud de onda de
193.7 nm, con velocidad de flujo de gas Nitrógeno de 200 L/min y un quemador de 50 mm. La reacción
fue realizada con borohidruro de sodio al 1% m/v en hidróxido de sodio 0.1 N y ácido clorhídrico al
10% v/v como matriz.
La cuantificación de As se llevó a cabo por una curva de calibración utilizando un estándar patrón
certificado que contiene 1000 µg/mL de As (1000 mg/L), marca HPS, del que se partió para preparar
un estándar madre de trabajo de 20 mg/L para preparar diluciones en el rango de 0.02 a 0.20 mg/L en
matriz de HNO
3
al 1% v/v.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Validación del método analítico
Se determinaron los límites de detección y cuantificación, intervalo lineal, precisión y exactitud, que
establecen que se han cumplido los requisitos del método para su uso de cuantificar el As en cada
muestra aguas residuales (Barlandas, y otros, 2017).
El límite de detección del As fue de 0,0008 mg/L calculado con la Ec.1. El límite de cuantificación fue
de 0.0021 mg/L calculado con la Ec. 2.
Como se observa en la figura 1, la curva de calibración del As fue lineal en el rango de concentraciones
de 0.02 a 0.2 mg/L. La ecuación de la recta se muestra en la Ec 3., donde 𝑦 es la absorbancia y 𝑥 la
concentración, con un coeficiente de correlación (𝑟) de 0.9996.
𝑦 = 0.3003𝑥 + 0.0001 (Ec. 3)
pág. 11569
Figura 1. Curva de calibración para el intervalo lineal.
La precisión se evaluó por medio de cuatro curvas de calibración en cuatro días consecutivos (Figura
2). Se analizaron los datos estadísticamente por prueba ANOVA y se demostró que no hay diferencias
significativas entre ellas, obteniendo así la ecuación de la recta promedio con un valor de 𝑟 de 0.9997
(Ec. 4).
𝑦 = 0.3061𝑥 + 0.0006 (Ec. 4)
Figura 2. Curva de calibración obtenida para la precisión.
pág. 11570
Como se muestra en la Tabla 1, la exactitud del método se evaluó mediante el % de recobro de As, que
fue realizado mediante la medición de 18 soluciones de concentraciones conocidas (0.02, 0.06 y 0.2
mg/L). Se tomó como criterio de aceptación un recobro entre 90 y 110%.
Tabla 1. Exactitud obtenida a partir del recobro de 18 diluciones de As.
Concentración
mg/L
Recobro Error Analitico Sesgo
Criterio de
Aceptación
Criterio de
Exactitud
0.0200 100% 0% 0.0000 Si cumple
0.0205 103% 2% 0.0005 Si cumple 2% Si cumple
0.0210 105% 5% 0.0010 Si cumple 2% Si cumple
0.0189 95% -6% -0.0011 Si cumple 7% Si cumple
0.0209 105% 4% 0.0009 Si cumple 7% Si cumple
0.0197 99% -2% -0.0003 Si cumple 4% Si cumple
0.0621 104% 4% 0.0021 Si cumple
0.0601 100% 0% 0.0001 Si cumple 2% Si cumple
0.0615 103% 3% 0.0015 Si cumple 2% Si cumple
0.0598 100% 0% -0.0002 Si cumple 2% Si cumple
0.0652 109% 9% 0.0052 Si cumple 6% Si cumple
0.0614 102% 2% 0.0014 Si cumple 4% Si cumple
0.2160 108% 8% 0.0160 Si cumple
0.2140 107% 7% 0.0140 Si cumple 1% Si cumple
0.2050 103% 2% 0.0050 Si cumple 3% Si cumple
0.2090 105% 4% 0.0090 Si cumple 1% Si cumple
0.2015 101% 1% 0.0015 Si cumple 3% Si cumple
0.1940 97% -3% -0.0060 Si cumple 3% Si cumple
Punto Bajo
Punto Medio
Punto Alto
Las pruebas de r&R se realizaron mediante la preparación y medición de 27 soluciones de As por
diferentes analistas en días distintos. En la Figura 3 se muestran las mediciones de las nueve muestras
correspondientes al punto bajo del intervalo de trabajo (0.02 mg/L), en la Figura 4 las mediciones de
las nueve muestras del punto medio (0.06 mg/L) y en la Figura 5 se muestran las mediciones de las
muestras del punto alto (0.2 mg/L).
Figura 3. Mediciones del punto bajo del intervalo lineal.
pág. 11571
Figura 4. Mediciones del punto medio del intervalo lineal.
Figura 5. Mediciones del punto alto del intervalo lineal.
Se analizaron los datos estadísticamente por prueba ANOVA y se demostró que no hay diferencias
significativas entre los resultados de las mediciones de los analistas.
Cuantificación de As.
Una vez validado el método para la determinación de As por EAA-GH, se realizó el análisis de las diez
muestras de aguas residuales. En la Tabla 2 se presentan las concentraciones estimadas de As en mg/L.
pág. 11572
Tabla 2. Concentración promedio de As en muestras de aguas residuales.
Muestra
ID
Concentración (mg/L)
1 AR-011223-1003 0.0685
2 AR-141223-1003 0.0058
3 AR-281223-1003 0.0593
4 AR-291223-1002 0.0014
5 AR-291223-1004 0.0798
6 AR-291223-1005 0.0450
7 AR-020124-1001 0.0009
8 AR-051224-1001 0.0036
9 AR-080124-1005 0.0011
10 AR-090124-1001 0.0510
Tomando en cuenta que el LCC es 0.0021 mg/L, los resultados de As de las muestras 4, 7 y 9 son
inferiores al límite de cuantificación, es decir, su concentración fue detectable mas no cuantificable.
Para el resto de muestras, se registraron concentraciones cuantificables; de acuerdo a la NOM-001-
SEMARNAT-2021, el límite permisible promedio mensual de As en la descarga de aguas residuales en
cuerpos receptores propiedad de la nación es de 0.2 mg/L, por lo tanto, la cantidad presente en las
muestras no representa un riesgo de contaminación (Secretaría de Medio Ambiente y Recursos
Naturales, 2021).
CONCLUSIONES
El método descrito en este artículo es adecuado para la determinación de As en aguas residuales.
La validación del método mediante la determinación del límite de detección y cuantificación, la
precisión, la exactitud y las pruebas de r&R, permitieron obtener un método analítico estandarizado,
exacto y preciso, el cual genera una mayor confianza en los resultados y también para su
implementación en un laboratorio de ensayo.
Las trazas de As cuantificadas en las muestras de aguas residuales, mediante EAA-GH, son muy bajas,
lo cual no representa ningún riesgo de contaminación en los ríos, arroyos, canales, drenes, embalses,
lagos, lagunas y/o zonas marinas mexicanas.
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pág. 11573
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