¿El agua que sale de su grifo es solo H2O? La respuesta no es tan simple; el agua puede contener sustancias disueltas que no se ven a simple vista. Los instrumentos portátiles por fluorescencia de rayos X (XRF), como el analizador XRF portátil Vanta™ de Olympus, favorecen la identificación de minerales y contaminantes ocultos en el agua potable.
Identificación de minerales y contaminantes en el agua
Si bien se cree que el agua potable es solo H2O, a menudo hay otras sustancias disueltas en ella. Algunas de estas sustancias son beneficiosas para nosotros, como el flúor, que ayuda a prevenir la caries dental. Otros minerales comunes incluyen el cloruro de calcio (CaCl2), cuya composición presenta electrolitos y, cuando está en el agua, puede ayudar a prevenir la deshidratación. El cloruro de calcio junto con otros cloruros comunes, como el magnesio, el sodio y el cloruro de potasio, pueden filtrarse en el agua potable desde las rocas a través de procesos geológicos. El siguiente gráfico (Figura 1) muestra la precisión del analizador XRF portátil Vanta en la medición del calcio disuelto, desde 1000 ppm hasta 20 ppm.
Figura 1. Rendimiento analítico del analizador XRF portátil Vanta con el calcio disuelto frente a una muestra de referencia ICP (recuadro que muestra concentraciones más bajas)
Sin embargo, el agua también puede contener sustancias potencialmente dañinas, como los nitratos (NO3-), el manganeso (Mn), hierro (Fe) y bicarbonato (HCO3-), entre otros. Estos elementos y compuestos pueden causar varios problemas de salud e infraestructura, ya sean daños en las tuberías y calentadores de agua, formación de incrustaciones o crecimiento bacteriano.
Existen técnicas para el análisis de los elementos, como el análisis proporcionado por los analizadores portátiles de fluorescencia de rayos X (XRF) Vanta™, cuyo uso permite identificar y cuantificar algunas de estas sustancias nocivas. La fluorescencia de rayos X, en configuración portátil, también permite identificar metales pesados, uno de los grupos más grandes y dañinos de contaminantes del agua potable.
Contaminación por metales pesados en el agua potable
Los metales pesados, que por lo general representan el cromo (Cr), níquel (Ni), cobre (Cu), arsénico (As), cadmio (Cd), mercurio (Hg) y plomo (Pb), pueden causar varios problemas cuando están presentes en el agua potable. Estos metales pueden ingresar al agua a partir de actividades humanas y geológicas, como la erosión natural de las rocas, la quema de carbón en las centrales eléctricas o la minería. Cuando estos metales llegan al agua subterránea, pueden hacer que este recurso se vuelva más ácido o alcalino. Como resultado, el agua deviene potencialmente tóxica para beber y destructiva para las tuberías y otras infraestructuras en contacto con el agua. Al cambiar el pH del agua, estos metales también pueden fomentar el crecimiento de varios tipos de bacterias dañinas.
Varios tipos de agua potable
Afortunadamente, la mayor parte del agua potable ha pasado por algún proceso de filtración u otro proceso de purificación. Existen varios tipos de agua potable a los cuales las personas tienen fácil acceso:
- Agua corriente/de grifo
- Agua destilada
- Agua filtrada
- Agua de manantial
- Agua purificada
Por lo general, el agua corriente o de grifo, que es la más accesible y de forma fácil, es sometida a algunos procesos. Se agregan algunos productos químicos a esta agua recolectada de niveles freáticos para eliminar la suciedad y la mayoría de las demás partículas disueltas. Después, el agua limpia se filtra y se desinfecta con cloro, y en algunas regiones se le agrega flúor. El agua destilada es hervida, lo que crea vapor de agua, cuya condensación ofrece el agua potable exenta de casi todos los contaminantes. El agua filtrada es similar al agua corriente o de grifo; sin embargo, algunas aguas filtradas se tratan con ozono para matar las bacterias antes del embotellado a través del paso final de purificación. Al igual que el agua filtrada, el agua de manantial es sometida al paso de purificación como con el agua corriente, además del tratamiento con ozono. Por último, el agua purificada se obtiene a partir de muchas técnicas de purificación, como la ósmosis inversa, la destilación y la desionización. Cada una de estas técnicas elimina y deja ciertas sustancias y contaminantes disueltos. Gracias al analizador XRF portátil Vanta, es posible identificar qué sustancias disueltas no se han eliminado de estos diversos tipos de agua.
Análisis del agua con los analizadores XRF Vanta
A fin de mostrar cómo funciona la fluorescencia de rayos X (XRF) en configuración portátil, se han analizado los cinco tipos de agua que fueron mencionados anteriormente usando un poco de agua de lluvia y el analizador Vanta. Después, se analizaron cuantitativamente los resultados. El ensayo tomó un minuto, lo que permitió identificar rápidamente los contaminantes y minerales en el agua (Figura 2).
| Muestra | Fósforo (P) | Azufre (S) | Cloro (CI) | Calcio (Ca) | Fierro (Fe) | Zinc (Zn) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Agua destilada | ||||||
| Agua purificada | ||||||
| Agua de manantial | 14 ppm | 22 ppm | 256 ppm | 88 ppm | ||
| Agua filtrada | 27 ppm | 220 ppm | ||||
| Agua corriente/de grifo | 17 ppm | 285 ppm | 55 ppm | 16 ppm | 1 ppm |
Figura 2. Análisis XRF Vanta de cinco tipos de agua que muestran una variedad de sustancias disueltas
Si bien todos los tipos de agua se ven iguales mediante una inspección visual, las muestras contienen diferentes sustancias disueltas. Las aguas sometidas a muchos pasos de purificación, como el agua destilada y el agua purificada, no contienen niveles detectables de minerales, sales o metales disueltos. Las aguas que siguen menos tratamientos a partir de la fuente, como el agua de manantial y filtrada, contienen algunos elementos característicos de sustancias orgánicas, como el fósforo y azufre, así como sales de procesos geológicos (p. ej., el calcio y el cloro). El agua corriente/de grifo, además de contener estas sustancias orgánicas y sales, presentan trazas —a un nivel aún seguro— de hierro y zinc procedentes de algunas de las tuberías que transportan el agua. Este hierro puede ser utilizado por el cuerpo debido al aporte necesario del mineral, pero también puede dejar manchas rojizas en los accesorios de su casa que entran en contacto con el agua. Afortunadamente, ninguno de los tipos de agua analizados presentó cantidades detectables de metales pesados.
Además de calcular las concentraciones elementales, el analizador XRF Vanta™ puede calcular la concentración de varias sales. Al usar las muestras de agua de manantial y corriente/de grifo como ejemplo, el analizador Vanta define la concentración de cloruro de calcio en tiempo real en un gráfico en línea (Figura 3).
Figura 3. Cálculo en línea del cloruro de calcio (CaCl2) a partir del agua de manantial (izquierda) y el agua corriente/de grifo (derecha) mediante el analizador XRF Vanta
Identificación de contaminantes por metales pesados en aguas residuales
El analizador XRF Vanta™ también puede identificar contaminación por metales en aguas residuales o aguas usadas para fines industriales y agrícolas. Si bien el analizador Vanta puede detectar directamente algunos de estos metales pesados a 1 ppm (1 mg/L) o más, existen algunos contaminantes por debajo de este nivel. Las innovaciones tecnológicas a nivel de la preparación de muestras, como los sobres de resina para el intercambio iónico a intervalos (TIERS)1, permite que el analizador Vanta detecte concentraciones de sales y metales pesados hasta un nivel de parte por billón (ppb), o fracciones de 1 mg/L. Esta técnica de preparación de muestras simple y económica puede amplificar las concentraciones en el agua de 100 a 1000 veces, lo que permite límites de detección que rivalizan con técnicas más costosas.
Se ha demostrado que el uso de TIERS u otras resinas para el intercambio iónico permiten detectar descargas ilegales en aguas industriales y agrícolas1, evaluar la contaminación por metales pesados en tierras agrícolas2, e identificar contaminantes en masas de agua de mayor dimensión3. Estas técnicas han conllevado al desarrollo del trazado de aguas residuales, lo que permite a los investigadores identificar de dónde provienen sustancias o contaminantes específicos. La capacidad de alcanzar límites de detección en ppb con los analizadores XRF portátiles convierte a estos últimos en una herramienta útil para el análisis de aguas residuales y la identificación de contaminantes.
Contaminantes en alimentos y bebidas
El agua no es la única fuente que puede contaminarse por metales pesados. Los alimentos de consumo común, como los cereales y el azúcar, también pueden presentar contaminación por metales pesados. Además de la existencia de granos completos de metales en los alimentos, los metales traza desprendidos por las actividades humanas y ambientales también pueden contaminar los alimentos. Los metales, como el hierro y el zinc, pueden mezclarse accidentalmente a los alimentos debido a una avería en el equipamiento de procesamiento, a los contaminantes en los fertilizantes y las diversas técnicas de molienda y procesamiento. Los contaminantes pueden adherirse al azúcar a través del agua contaminada que se usa en el procesamiento o a los contaminantes presentes en el suelo donde creció la caña de azúcar. Tal y como se efectúo con las muestras de agua, se seleccionaron muestras de harina, arroz y azúcar destinadas al consumo y se procedió al análisis cuantitativo de los resultados provistos por el analizador XRF portátil Vanta™. El ensayo tomó un minuto y proporcionó rápidamente el nivel de contaminación de estos suministros comunes de despensa (Figura 4).
Figura 4: Ensayos con el analizador XRF portátil Vanta en alimentos comunes: azúcar (izquierda), harina (centro) y arroz (derecha).
A pesar de que ninguna de las sustancias disueltas es visible a simple vista, están claramente presentes en estos alimentos. Todos los elementos que se detectaron se encuentran de forma natural en estos productos y provienen de minerales, sales y nutrientes naturales. El analizador Vanta puede incluso analizar productos tan diversos como las proteínas en polvo o el cannabis.
Estos análisis de elementos revelan claramente la contaminación de los alimentos y bebidas de consumo, lo que demuestra el rendimiento analítico del analizador XRF portátil Vanta.
