Mara Jimnez Moreno DESARROLLO DE MTODOS ANALTICOS PARA ESPECIACIN DE MERCURIO Y SU APLICACIN A LA COMARCA DE ALMADN I.S.B.N. Ediciones de la UCLM 978-84-8427-669-2 Cuenca, 2009 UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA Facultad de Ciencias del Medio Ambiente Departamento de Qumica Analtica y Tecnologade Alimentos DESARROLLO DE MTODOS ANALTICOS PARA ESPECIACIN DE MERCURIO Y SU APLICACINA LA COMARCA DE ALMADN MARA JIMNEZ MORENO TESIS DOCTORAL Toledo, 2008 A mis padres Incluso un camino sinuoso, difcil, nos puede conducir a la meta si no lo abandonamos hasta el final Paulo Coelho, Maktub ndice ndice I NDICE RESUMEN Resumen ...................................................................................................3 Abstract....................................................................................................7 CAPTULO I: INTRODUCCIN 1El mercurio: Consideraciones generales ...........................................13 1.1Antecedentes histricos ................................................................13 1.2Aplicaciones del mercurio .............................................................14 1.3Caractersticas fsico-qumicas ........................................................16 2El mercurio en el medio ambiente.................................................... 19 2.1Especies presentes en el medio natural ..........................................19 2.1.1Atmsfera .......................................................................19 2.1.2Suelos y sedimentos .......................................................20 2.1.3Aguas ............................................................................22 2.1.4Biota .............................................................................25 2.2Ciclo biogeoqumico del mercurio ...............................................26 2.2.1Procesos de oxidacin-reduccin ....................................28 2.2.2Procesos de metilacin-demetilacin ..............................29 2.2.3Procesos de bioacumulacin y biomagnificacin del mercurio en la cadena trfica .........................................30 2.3Fuentes y emisiones de mercurio .................................................33 2.3.1Fuentes naturales ...........................................................33 2.3.2Fuentes antropognicas ..................................................35 3Toxicologa del mercurio y sus derivados.......................................38 3.1Dependencia de la forma qumica ...............................................38 ndice II 3.1.1Mercurio elemental.......................................................38 3.1.2Compuestos inorgnicos de mercurio............................39 3.1.3Compuestos orgnicos de mercurio ................................40 3.2Fuentes de exposicin del hombre al mercurio...........................42 3.2.1Exposicin ocupacional ..................................................42 3.2.2Exposicin a travs de la dieta .......................................43 3.2.3Accidentes medioambientales .........................................44 4Anlisis de contenidos totales de mercurio ......................................... 46 4.1Deteccin por tcnicas atmicas ................................................... 46 4.1.1Espectroscopia de absorcin y emisin atmica ..............46 4.1.2Espectroscopia de fluorescencia atmica .........................49 4.1.3Espectrometra de masas con fuentes de plasma..............51 4.2Preparacin de muestras para el anlisis de mercurio total ...........52 4.2.1Pretratamiento de muestras lquidas ...............................53 4.2.2Pretratamiento de muestras slidas .................................54 4.2.2.1Sedimentos .....................................................55 4.2.2.2Muestras biolgicas........................................56 5Especiacin de compuestos de mercurio............................................ 57 5.1Mtodos para la especiacin de mercurio...................................59 5.1.1Extraccin de las especies de mercurio .............................61 5.1.1.1Extraccin cida..............................................61 5.1.1.2Extraccin alcalina...........................................62 5.1.1.3Volatilizacin cida o destilacin .....................63 5.1.1.4Extraccin con fluidos supercrticos ................63 5.1.2Preconcentracin de las especies de mercurio .................64 5.1.2.1Extraccin lquido-lquido................................64 5.1.2.2Extraccin y microextraccin en fase slida ......65 5.1.2.3Atrapamiento .................................................65 ndice III 5.1.3Derivatizacin............................................................... 66 5.1.4Separacin de las especies de mercurio ...........................69 5.1.4.1Separaciones no cromatogrficas .....................69 5.1.4.2Separaciones cromatogrficas.........................70 5.1.5Deteccin de las especies de mercurio ............................72 6Justificacin y planteamiento del estudio ........................................... 76 7Bibliografa........................................................................................79 CAPTULO II: INSTRUMENTACIN Y MTODOS EXPERIMENTALES 1Instrumentacin ................................................................................. 101 2Limpieza del material ......................................................................... 106 3Toma, tratamiento y conservacin de las muestras .....................107 3.1Muestras de agua .......................................................................109 3.2Muestras de sedimentos .............................................................. 110 3.3Muestras de bivalvos ...................................................................111 3.4Muestras de peces ........................................................................112 4Reactivos y estndares para anlisis de mercurio ..............................113 5Mtodos de anlisis qumico ............................................... 116 5.1Aguas........................................................................................ 117 5.1.1Temperatura y pH........................................................ 117 5.1.2Conductividad.............................................................. 117 5.1.3Slidos en suspensin y slidos disueltos ......................... 117 5.1.4Carbono orgnico total .................................................. 118 5.1.5Nitrgeno orgnico ....................................................... 119 5.1.6Clorofila a.................................................................... 119 5.1.7Hierro y manganeso .....................................................120 ndice IV 5.1.8Monometilmercurio mediante GC-ICP-MS .....................121 5.2Sedimentos ................................................................................123 5.2.1pH..............................................................................123 5.2.2Conductividad.............................................................123 5.2.3Humedad a 105 C .......................................................124 5.2.4Prdidas a 500 C .........................................................125 5.2.5Prdidas a 900 C .........................................................125 5.2.6Determinacin de la textura.........................................125 5.2.7Hierro y manganeso .....................................................128 6Mtodos estadsticos .......................................................................... 129 6.1Anlisis estadstico elemental ......................................................129 6.1.1Parmetros estadsticos descriptivos clsicos ...................130 6.1.2Procedimiento estadstico para comparar una media experimental con un valor conocido .............................131 6.1.3Rectas de calibracin .....................................................131 6.1.4Comparacin de las pendientes de rectas de calibrado ...134 6.1.5Lmites de deteccin y cuantificacin .............................136 6.2Contraste de hiptesis: tests estadsticos ......................................137 6.3Diseos experimentales.............................................................139 7Bibliografa ........................................................................................141 CAPTULO III: DETERMINACIN DE MERCURIO POR FI-CV-AFS 1Condiciones de medida del sistema FI-CV-AFS .................................. 145 2Determinacin de mercurio total por FI-CV-AFS ............................... 149 2.1Determinacin de mercurio total en aguas ..................................150 2.1.1Anlisis de la fraccin particulada.................................150 2.1.2Anlisis de la fraccin disuelta .......................................152 ndice V 2.2Determinacin de mercurio total en sedimentos .........................154 2.3Determinacin de mercurio total en muestras biolgicas deorigen animal............................................................................156 2.4Determinacin de mercurio total en plantas de origen acutico ...164 3Determinacin indirecta de mercurio orgnico por FI-CV-AFS .......... 166 3.1Optimizacin de la extraccin de mercurio inorgnico ................. 167 3.2Validacin de las condiciones de extraccin seleccionadas ............ 173 3.3Aplicacin a muestras reales del mtodo de especiacin indirecta de mercurio ................................................................................ 174 4Conclusiones ..................................................................176 5Bibliografa ........................................................................................ 178 CAPTULO IV: ESPECIACIN DE MERCURIO POR GC-pyro-AFS 1Desarrollo y optimizacin de un sistema acoplado de cromatografade gases y fluorescencia atmica....................................................... 185 1.1Adecuacin de las formas de mercurio para su anlisis mediante cromatografa de gases ...............................................................186 1.2Optimizacin del acoplamiento instrumental ..............................189 1.2.1Condiciones cromatogrficas .........................................190 1.2.2Adquisicin de la seal analtica ....................................192 1.2.3Temperatura de pirlisis ................................................194 1.2.4Caudal de argn de refuerzo .........................................195 1.2.5Caudal de argn envolvente .........................................196 1.2.6Condiciones instrumentales seleccionadas ......................197 1.3Caractersticas analticas del acoplamiento GC-pyro-AFS ..............198 1.3.1Lmites de deteccin y cuantificacin .............................198 1.3.2Rectas de calibrado ......................................................200 1.3.3Aspectos cuantitativos ..................................................202 ndice VI 2Especiacin de mercurio en muestras biolgicas por GC-pyro-AFS 203 2.1Optimizacin de las condiciones de extraccin y derivatizacin .204 2.2Aplicacin a muestras biolgicas ................................................. 207 3Determinacin de monometilmercurio en sedimentos mediante GC-pyro-AFS .211 3.1Optimizacin de las condiciones de extraccin ...........................214 3.2Etapa de preconcentracin .........................................................218 3.3Etapa de limpieza ....................................................................... 220 3.3.1Efecto del mercurio inorgnico: fraccin extrable .........220 3.3.2Interferencias cromatogrficas .......................................221 3.3.3Generacin artificial de monometilmercurio .................222 3.3.4Optimizacin de la etapa de limpieza ...........................225 3.4Validacin del mtodo con materiales de referencia certificados .227 4Conclusiones 232 5Bibliografa .......................................................................................234 CAPTULO V: ESPECIACIN SIMULTNEA DE MERCURIO Y ESTAO POR GC-MS 1Planteamiento del estudio ...................................... 241 2Medida de las relaciones isotpicas por GC-MS................... 243 2.1Dilucin isotpica y GC-MS .......................................................243 2.2Optimizacin de la medida de las relaciones isotpicas porGC-MS ......................................................................................248 2.2.1Seleccin de las masas a monitorizar .............................249 2.2.2Optimizacin de los parmetros cromatogrficos .........250 2.2.3Correccin de la contribucin de 13C: Aplicacin de ecuaciones de correccin ..............................................252 ndice VII 2.2.4Optimizacin de parmetros del espectrmetro de masas254 2.2.4.1Energa de ionizacin ....................................255 2.2.4.2Tiempo de integracin (dwell time)..............257 2.2.5Condiciones instrumentales seleccionadas....................260 3Metodologa para el anlisis por GC-MS . 261 3.1Preparacin de las muestras para su anlisis por GC-MS............262 3.1.1Adicin de las especies enriquecidas isotpicamente .....263 3.1.2Extraccin de las especies organometlicas ....................263 3.1.3Derivatizacin de los extractos .....................................264 3.1.4Anlisis de muestras de agua ........................................266 3.2Validacin de la metodologa desarrollada...............................267 3.2.1Determinacin de especies de mercurio o estao ..........268 3.2.2Determinacin simultnea de diferentes especies de mercurio y estao ........................................................269 4Conclusiones272 5Bibliografa ......................................................................................... 273 CAPTULO VI: ESPECIACIN DE MERCURIO EN LA COMARCADE ALMADN 1La Comarca de Almadn ............................................279 1.1Descripcin general ...................................................................279 1.2Antecedentes bibliogrficos relativos a la contaminacin por mercurio ...................................................................................282 1.3Planteamiento del estudio........................................................286 2Determinacin de la contaminacin por mercurio288 2.1Aguas ........................................................................................291 ndice VIII 2.1.1Caracterizacin hidroqumica ........................................291 2.1.2Distribucin del mercurio entre las fracciones disuelta y particulada y especiacin .............................................297 2.1.3Relaciones entre el mercurio y otros factores medioambientales ......................................................... 306 2.2Sedimentos ................................................................................313 2.2.1Caracterizacin general .................................................313 2.2.2Contenidos de mercurio total, mercurio extrable y monometilmercurio ......................................................316 2.2.3Relaciones entre el mercurio y otros factores medioambientales ........................................................322 2.3Biota ........................................................................................329 2.3.1Especiacin de mercurio en peces del ro Valdeazogues 329 2.3.1.1Anlisis biomtrico de los peces....................330 2.3.1.2Contenidos de mercurio ................................332 2.3.1.3Relaciones entre el mercurio y los parmetros biomtricos del pez......................................334 2.3.1.4Factores de bioacumulacin.........................338 2.3.2Especiacin de mercurio en bivalvos del embalse de LaSerena .........................................................................3402.3.2.1Contenidos de mercurio .................................341 2.3.2.2Factores de bioacumulacin.........................344 2.4Interpretacin de los resultados obtenidos .................................346 2.4.1Interaccin entre los distintos compartimentos .............346 2.4.2Evaluacin de la contaminacin por mercurio en la Comarca de Almadn.................................................348 3Conclusiones358 4Bibliografa.......................................................................................... 363 ndice IX CONCLUSIONES FINALES Conclusiones finales ...............................................................................377 Final conclusions ....................................................................................381 ANEXO Publicaciones relacionadas con esta tesis .................................................387 Resumen Resumen 3 RESUMEN Elmercurioesunelementocuyocomportamientoenelmedio ambienteesparticularmenteinteresantedebidoasusposibilidadesde volatilizacinymetilacin.As,elmercuriopuedeencontrarseenunagran variedaddeformasqumicassiendolasmstxicasloscompuestos orgnicos, especialmente por su posibilidad de bioacumulacin a lo largo de la cadena trfica. Por tanto, para evaluar la contaminacin por mercurio no essuficienteladeterminacindecontenidostotales,sinoquesehace necesaria la especiacin en niveles de concentracin del orden de ultratrazas.Segntodoloanterior,elprincipalobjetivodeestatesishasidoel desarrollodemtodosanalticosfiablesysegurosparalaespeciacinde mercurioaplicablesadiferentestiposdemuestrasmedioambientales.Sin embargo,enprimerlugar,esnecesarioconocerloscontenidostotalespara seleccionar la estrategia de especiacin ms adecuada. Con este propsito se desarrollaronprocedimientosparaladeterminacindecontenidostotales de mercurio en aguas, sedimentos y muestras biolgicas de origen animal y vegetal mediante deteccin por fluorescencia atmica y extraccin en horno microondasconrecipientescerrados,enloscasosenlosquefuenecesario. Lascondicionesdeextraccinfueronvalidadasutilizandomaterialesde referenciacertificados.Asimismoseoptimizaronlascondicionesdela reduccinrequeridaparalautilizacindelsistemadeinyeccindeflujo, generacin de vapor fro y deteccin por fluorescencia atmica (FI-CV-AFS). Antesdeprocederaladeterminacindeespecies,seconsider interesantedesarrollarunprocedimientodeespeciacinindirectade mercurioutilizandolainstrumentacinparaanlisisdemercurio(FI-CV-AFS). Este mtodo, que se aplic a peces, se basa en el anlisis previo de los contenidos totales en mercurio y una posterior determinacin especfica del mercurio inorgnico presente en estas muestras por fluorescencia atmica, lo queharaposibleladeterminacinindirectadeloscontenidosenmercurio orgnicopordiferenciarespectoaloscontenidostotales.Deestamanera Resumen 4 slo se derivaran hacia la determinacin especfica de compuestos orgnicos aquellasmuestrasqueofrecieranunresultadopositivoencuantoal contenido de estas especies.Acontinuacin,seprocedialdesarrolloypuestaapuntodeun sistemahbridoparaestudiarycaracterizarlasdosprincipalesespeciesde mercuriopresentesenelmedioambiente:monometilmercurioymercurio inorgnico.Atendiendoalabibliografa,laaproximacinmsinteresante paralaespeciacindemercurioconsisteenacoplarunatcnicade separacincromatogrficaconundetectoratmicosensible.Aspues,en base al cumplimiento de los principales requisitos analticos se consider que unadelastcnicasmsadecuadasparallevaracabolaespeciacinde mercurio consista en elacoplamiento de un cromatgrafo de gases conun detectordefluorescenciaatmicavapirlisistrmica(GC-pyro-AFS),a pesardequeestatcnicanohasidomuyexplotadahastaelmomento. Debidoaquelasformasestudiadassoninicasynopuedenanalizarse directamenteporcromatografadegasesesnecesariaunaetapapreviade derivatizacinquesellevacaboutilizandocomoreactivotetraetilborato desodio.Portanto,ademsdelaoptimizacindelacoplamiento instrumentalseefectulaoptimizacindelaetapadederivatizacino adecuacin de las especies. Unavezdesarrolladoycaracterizadodesdeelpuntodevista analtico el acoplamiento instrumental propuesto, se incidi en el desarrollo y validacin de mtodos para la especiacin de mercurio en diferentes tipos de muestras medioambientales utilizando dicho sistema. As, en primer lugar, sepusoapuntounprocedimientoparalaespeciacindemercurioen muestrasbiolgicasbasadoenunaextraccinpreviadelasmuestraspor microondasenrecipientescerradosusandohidrxidodetetrametilamonio (TMAH)comoagenteextractante.Asimismosediseunaestrategia generalparaladeterminacindemonometilmercurioensedimentoscon diferentegradodecontaminacin.Paraello,debidoalosbajosnivelesde monometilmercurioenpresenciadecontenidosgeneralmentealtosde mercurioinorgnico,fuenecesarioincluiretapasdepreconcentraciny Resumen 5 limpieza,parallegaralmitesdedeteccinadecuadosascomoevitarla generacin artificial de monometilmercurio.Anlogamentealoscompuestosorganomercuriales,loscompuestos butiladosdeestao,esdecir,mono-,di-ytributilestaodesempeanun importantepapelenlacontaminacinmedioambiental,yaqueambos puedensernaturaloantropognicamenteintroducidosenelmedio ambiente a travs de procesos de biometilacin o bioacumulacin a lo largo de la cadena trfica. Por este motivo, se consider interesante el desarrollo demtodosanalticosquepermitananalizarsimultneamenteestos contaminantes.Conestefinsedesarrollunametodologaparala determinacinsimultneadeespeciesorganomercricasyorganoestnnicas pormediodelacoplamientocromatografadegases-espectrmetrade masas (GC-MS), basada en el anlisis por dilucin isotpica especfica. Unavezoptimizadoslosmtodosanalticossobrematerialesde referenciacertificadosdeintersmedioambiental,elobjetivofinaldeesta tesis ha sido la aplicacin de la metodologa desarrollada a muestras reales. Enestesentido,laComarcadeAlmadn(Espaa)resultadeextraordinario inters si recordamos que sus yacimientos de cinabrio son los ms antiguos y demayorproduccindelmundo.Porestemotivo,sehaestudiado,por primeravez,laespeciacinydistribucindelmercurioenelsistema constituidoporelroValdeazoguesyelembalsedeLaSerena,bajola influencia de las actividades mineras desarrolladas en Almadn. Para llevar a cabo este estudio de la contaminacin por mercurio, durante los aos 2005 y2006setomaronmuestrasdeagua,sedimentosybiotaendiferentes puntossituadosenelroValdeazoguesyelembalsedeLaSerena.La caracterizacindelhidrosistemaestudiadohahechoposibleevaluarla influenciadediferentesparmetrosfsico-qumicosenladistribucinde mercurio.Portanto,losresultadosobtenidoshanpermitidodeterminarlas tendenciasdedistribucindelmercurio,ascomoevaluarsusriesgos potenciales.Abstract 7 ABSTRACT Mercuryisanelementofundoubtedconcernfromboth environmentalandhealthpointsofviewduetoitstoxicityattracelevels andalsobecauseofthepossibilityofsufferingalkylationreactionsinthe environment.Itiswellknownthatorganomercuriccompoundsaremore toxic than inorganic forms because of their higher solubility in lipids, which causesbioconcentrationinthefoodchain.Itisthereforeclearthattotal mercury determination is not sufficient, and levels of mercury species should be determined in order to evaluate pollution by mercury.In this way, the first point of this thesis has been the development of reliableanalyticalmethodstoperformmercuryspeciationanalysisin environmentalandbiologicalsamples.However,itisnecessarytoknow previouslythetotalmercurycontentsinordertochoosethemostsuitable strategyforspeciation.Withthisintention,analyticalmethodsforthe determination of total mercury contents in different types of environmental samplessuchaswaters,sediments,plantsandbiologicaltissueswere optimisedusingatomicfluorescenceasdetectionsystemandclosed-vessel microwave-assistedextraction,whennecessary.Theextractionconditions were optimised by the analysis of certified reference materials. Furthermore, the optimisation of the conditions for the reduction reaction with stannous chloriderequiredfortheflowinjection-coldvapour-atomicfluorescence detection (FI-CV-AFS) has been carried out. Before mercury species determination, it is of interest to develop an indirectmercuryspeciationprocedureusingtheFI-CV-AFSsystem.The proposedtwo-stageprocedure,whichwasappliedtofishsamples,consists ofapreviousanalysisoftotalmercurycontentsandasubsequentspecific determination of inorganic mercury whereas organic mercury is determined bydifference.Thus,ifthetotalorganomercuryconcentrationfoundisa cause for concern, then full speciation should be performed.Abstract 8 Then,anefficientmethodologyfortheanalysisofmercuryspecies was developed. According to the literature, different coupled techniques are possibleformercuryspeciation.Thecombinationofcapillarygas chromatographywithatomicfluorescencedetectionthroughahome-made pyrolisisunit(GC-pyro-AFS)isanunderexploitedcouplingthatfeatures, however, significant advantages such as high sensitivity, high selectivity, low cost and simple operation. Thereby we have chosen this configuration. The multitudeofnon-interdependentparametersinvolvedintheGC-pyro-AFS requiredasystematicapproachtotheoptimisationofthesystem.A derivatizationstepusingsodiumtetraethylboratewasincludedtoconvert mercuryspeciesintomoresuitableformsforitsdeterminationbygas chromatography, so this step was also optimised.Once the instrumental set-up had been optimised, several procedures for mercury speciation in environmental samples were developed. Firstly, a simpleandrapidmethodforspeciationanalysisofinorganicmercuryand monomethylmercuryinbiologicaltissueshasbeencarriedout.The procedureisbasedonthequantitativeclosed-vesselmicrowave-assisted leaching of mercury from biological samples with an alkaline extractant such asmethanolictetramethylammoniumhydroxide.Theextractedmercury specieswereethylatedandanalysedbycapillarygaschromatography coupledtoanatomicfluorescencedetectorviapyrolysis.Furthermore,a general strategy for real sediment analysis has been developed and validated forbothlow-andhigh-pollutedsediments,whichfeaturesverydifferent analyticalproblems.Theprocedurewasbasedonclosed-vesselmicrowave extraction,ethylation,andanalysisbyGC-pyro-AFS.Preconcentrationand cleaningprocedureshavebeendevelopedforeachtypeofsedimentto detect low concentrations and to control artifact generation by using spiked natural sediments and certified reference materials.In addition to organomercury compounds, organotin species such as mono-, di- and tributyltin play an important role in the environment due to their possibility of bioaccumulation in the food chain. In this sense, it would beofinteresttodevelopananalyticalmethodtosimultaneouslyanalyse Abstract 9 mercuryandtinspecies.Thus,amethodologyhasbeendevelopedforthe determinationoforganomercuryandorganotincompoundsin environmentalsamplesbasedontheuseofspecies-specificisotopedilution analysisbygaschromatography-massspectrometry(GC-MS)withelectron ionization. Oncetheanalyticalmethodologyformercuryspeciationwas developedandvalidated,ourobjectivewastheapplicationofthese analyticalmethodstorealsamplestakenfromtheAlmadnarea.The speciationanalysisofmercuryintheAlmadnarea(Spain)isof extraordinaryinterest,becauseitsdepositsofcinnabararethemost importantintheworldintermsofmercurymining.Thus,mercury speciationandpartitioninghavebeeninvestigatedintheValdeazogues River-La Serena Reservoir system impacted by the Almadn mining activities. Water,sedimentsandbiotaweresampledindifferentseasonsduringa2-yearstudy(2005-06)oftheValdeazoguesRiver,whichrunseasttowest alongtheminingdistrict,toLaSerenaReservoir.Simultaneously,a comprehensivestudywasundertakentodeterminetheinfluenceofsome majorphysicochemicalparametersonthefateofmercurywithinthe system.Therefore,theassessmentofmercurylevelsinsamplestakenfrom theAlmadnminingdistrictwillmakeitpossibletodeterminethe distribution trends of mercury, as well as to evaluate its potential risks. Captulo I Introduccin 1.- EL M1.1 ANTEl remontaautilizado apreciadohabautilpigmentoEgipto se data del 1la preparaen esta putilizacinMedia tuvla industri Sutambin erelacionesquedetermercurio tambinsMedia.DalquimistaFiERCURIOECEDENTEconocimienalamslejapor Aristteo con suma rizadoduran rojo bermeencontr la 1600 A.C., yacin de cospoca el mercndelmercuvo una singuia del mercuunombreeexiste la crees que en la arminqueaseleasignsemanifestaDiversosfuas (figura 1.1)Figura 1.1. Sm: CONSIDES HISTRntoyuso, anaantigeeles en ceremreverencia (1nteelpaleoelln en las primera muy tanto griegsmticos, mecurio era tamriocontinuular trascendurio no se prencastellanencia de queantigedad acadametnelplaneronenelfloeronloss1). mbolos alqum ERACIONRICOS tantodelmdad.Enelsmonias religi1). No obstaolticosuperipinturas rupuestra de megos como roedicamentosmbin conocalolargodencia (1), auodujo hasta noprocede e esta denomhaba entre alseleasigtadesumorecimientosmbolosasmicos ms repES GENERmercuriocosigloIVA.Ciosas debidoante, el mineior(33000 pestres de Alercurio lquidomanos utilis y para amcido en Chindelossiglounque la ver 1900. deldiosMminacin prola Metalurggnarauncumismonombodelaalquisignadosal presentativosIntroRALES omodelcin.,elmercuro a que era eral cinabrio9000A.Cltamira y Lado en una tuizaron mercumalgamacin.na y la India osyduranterdadera expaMercurio(2)ocede de las gia y la Astrouerpocelestebre.Estasrmiadurantemercurio s del mercurioroduccin 13 nabrio,se ioyaera un metal o (HgS) se C.)como scaux. En umba que urio para . Adems (1, 2). La elaEdad ansin de ,aunque estrechas ologa, lo e.As,al relaciones elaEdad porlos io Captulo I 14 Para evitar confusiones con idnticos nombres (metal, planeta y dios) los griegos llamaron al metal Hidrargiro palabra que significa plata lquida, mientrasquelosromanoslatinizaronestaexpresinenHidrargyrumque quiere decir plata viva. De esta denominacin proceden el smbolo qumico (Hg)delmercurioyelsustantivoHidrargirismo,intoxicacinproducida por el vapor de mercurio o por algunos de sus compuestos. 1.2 APLICACIONES DEL MERCURIO Apesardequeelmercurioysuscompuestosnotienenninguna funcinmetablicaconocidayquesupresenciaenlosorganismosvivosse considera indeseable y potencialmente peligrosa (3), no ocurre lo mismo con susaplicacionesyaquesonvariadasytiles.Lasaplicacionesdelmercurio ademsdenumerosassonconocidasdesdelaantigedadyaquela extraccindecinabrioysuposteriortransformacinenazogueesuna actividad bien conocida desde comienzos de nuestra era. Por tanto, uno de losprimerosusosquecabedestacaressuempleoenmineraymetalurgia(3-5). As, el mercurio adquiri trascendencia gracias a su utilizacin, a partir demediadosdelsigloXVI,enlosprocesosdeextraccindeoroyplata mediante amalgamacin.Antiguamenteseutilizabanbastantealgunoscompuestosorgnicos demercurio,tantoenplaguicidasybiocidascomoenalgunaspinturas, productosfarmacuticosycosmticos.Aunquemuchosdeestosusossehan reducidoenalgunaspartesdelmundo,loscompuestosorgnicosde mercuriosiguenutilizndoseparadiversosfines.Aspues,enalgunospases se realizan tratamientos de semillas a base de fenilmercurio que se aplica a los cultivoscomofungicidaparaevitarplagas,eldimetilmercurioseempleaen pequeas cantidades como patrn de referencia en algunos anlisis qumicos, yeltimerosal(quecontieneetilmercurio)seutilizabadesde1930como conservador en algunas vacunas y otros productos mdicos y cosmticos(4, 6-8).Introduccin 15 Traslarevolucinindustrialelmercuriofueusadoextensivamente, ademsdeparalaextraccindeoro,enlamanufacturadesombrerosde felpaydeespejos(3).Esteusoeneltratamientodelafelpaconlaquese fabricabanlossombrerosprovocquelosusuariossufrieranproblemas neurolgicos, hecho que fue reflejado por Lewis Carroll en su libro Alicia en el pas de las maravillas mediante el personaje de sombrerero-loco. Cabe destacar su importante contribucin a algunos descubrimientos cientficos,yaquesuusoenmedidasdepresinytemperaturafue importanteparaeldescubrimientodemuchasdelasprimerasleyesfsicasy susespecialespropiedadesqumicasestuvieronimplicadasenel descubrimiento de, al menos, 28 elementos. As, actualmente la mayorade lasaplicacionesdelmercuriosefundamentanensususosindustrialesque dependenprincipalmentedelaprovechamientodealgunasdesus propiedadesfsico-qumicascomovolumendeexpansin,conductividad elctrica y capacidad para alearse con otros metales.Elmercurioseutilizacomocatalizadorenlaindustriacloro-alcalina queproducesosacasticayclorocomoproductosdeconsumo(4,8). Ciertosequiposelectrnicosyelctricoscomolosinterruptoresolas lmparasfluorescentesyespectrofotmetrosUVtambinusanelmercurio comomateriaprima(4,7,8).Enlaspinturas,elmercuriopuedeutilizarse comopigmentoenformadesulfurodemercurio,ycomofungicidapara evitar la decoloracin provocada por los microorganismos (4, 6-8). Los usos militares tampoco se escapan a este elemento ya que el alto poder detonante del fulminato mercrico [Hg(OCN2)2] lo convierte en una materia prima til en este campo (4, 6-8). Otros usos del mercurio en la vida cotidiana que siguen rodeados de ciertacontroversiasonsuutilizacinenlaaleacinporamalgamadelos empastesdentales,ascomosuempleoenlafabricacindetermmetros (figura1.2).Encuantoalosempastesdentales,lacantidadresidualde mercurioesmuypequeaperosehandocumentadociertoscasosde sntomasseverosrelacionadosconestasamalgamasloquehallevadoasu Captulo I 16 prohibicinenalgunospases(4,8-10).Porsuparte,lostermmetros tambinconllevanunciertoriesgoyaquelaroturadetermmetros domsticos y la singularidad de este metal suscitan la curiosidad y aumentan su peligrosidad a pesar de que la cantidad liberada es muy pequea (< 0,15 mL) (4, 6, 9). Figura 1.2. Ejemplos de aplicaciones del mercurio en la vida cotidiana Ademsdetodaslasaplicacionesanteriormentemencionadas,otros usosdelmercuriosonlafabricacindeplsticos,instrumentosdemedida como barmetros, hidrmetros o pirmetros, cosmticos, cremas y jabones, detergentes,recubrimientodeespejos,ascomosuutilizacinen investigacinyensantera.Esteltimousoesimportanteenalgunaszonas dondelascreenciasmilenariaspersistenysuempleoreligioso,ritualo cultural puede llegar a ser peligroso (3, 4, 6, 9). 1.3 CARACTERSTICAS FSICO-QUMICAS Elmercurioesundensometalplateado(sudensidada20Cesde 13,5955gcm-3)que,portanto,seconsideraunmetalpesado.Susmbolo qumico es Hg, su nmero atmico es 80 y su peso atmico es 200,59 u.m.a. Se encuentra en el grupo IIb de la Tabla Peridica junto con cadmio y cinc. Secaracterizaporserelnicometallquidoatemperaturaypresin ambiental (figura 1.3). Su punto de fusin es el ms bajo de todos los metales (- 38,87 C) y su punto de ebullicin es de 356,58 C.Introduccin 17 Figura 1.3. Aspecto de una gota de mercurio elemental a temperatura y presin ambiental Elmercurioposeeeldondelaubicuidad,demaneraquecualquier producto, ya sea natural o artificial, contendr al menos trazas de mercurio. Estoesdebidotantoasucapacidaddeamalgamacinconotrosmetales comoalrestodepropiedadesfsico-qumicasentrelasquedestacansubajo calorespecfico(138Jkg-1K-1),subajaresistividadalacorrienteelctrica (95,76 ohm cm a 20 C), su alta conductividad trmica (8,34 W m-1 K-1), su alta tensin superficial (480,3 din cm-3) y su alta presin de vapor (0,16 Pa), entre otras. Elmercuriopuedeexistirentresestadosdeoxidacinestables: mercurioelemental[Hg0 /Hg(0)],ionmercurioso[Hg22+ /Hg(I)]eion mercrico[Hg2+ /Hg(II)],siendosuspropiedadesmuydiferentes dependiendodelestadodeoxidacinquepresente.Ademstienesiete istoposestables(196,198,199,200,201,202,204)ycuatroistopos radiactivos inestables (194, 195, 197, 203). Lascuatroespeciesprincipalesdemercuriomshabitualesenel medioambientesonelmercurioelemental(Hg0),elmercurioinorgnico (Hg2+),elmonometilmercurio(CH3Hg+)yeldimetilmercurio((CH3)2Hg) (11).Estasdistintasformasposeenpropiedadesmuydiferentes,comopor ejemplo en cuanto a su solubilidad en agua y en lpidos, su volatilidad, etc. locualvaadeterminarsudistintapresenciaencadaunodelos compartimentos del medio ambiente, as como su toxicidad. Captulo I 18 Mercurioelemental:Esraroencontrarestaespecieenlanaturaleza, exceptuando en la atmsfera donde se encuentra en forma de vapor yeslaformaqumicadelmercuriopredominante.Sutensinde vaporesmuyelevadaporloqueinclusosepuedenllegaradar concentracionespeligrosasenelambienteaciertastemperaturas.Su solubilidad en agua es muy baja (de 20 a 60 g L-1) pero se disuelve bien en lpidos. Mercurio inorgnico: A excepcin de la atmsfera, lo ms comn es encontrarelmercurioenlanaturalezaformandosalesinorgnicas. Algunasdelassalesdemercuriomsimportantessonelcloruro mercurioso(Hg2Cl2),tambinconocidocomocalomelanoo mercuriodulce,conelquesefabricanelectrodosdereferencia (electrodo de calomelanos) y que ocasionalmente puede ser tambin utilizado en medicamentos; el fulminato mercrico [Hg(OCN2)2], un detonador en explosivos, y el sulfuro mercrico (HgS), pigmento de alto grado para pinturas (6). Esto se explica porque el ion mercrico (Hg2+)tieneunaaltaafinidadpormuchosligandosorgnicose inorgnicos,especialmenteporaquellosquecontienenazufre.Por tanto,seunefuertementeagrupossulfhidriloy,enmenorgrado,a gruposhidroxilo,carboxiloyfosforilo.DemaneraqueelionHg2+ tiendeaunirseametalotionenas,ricasencistena(aminocidono esencial que contiene un grupo sulfhidrilo). Mercurio orgnico: Los compuestos organomercricos se caracterizan porlapresenciadeunenlaceC-Hgcovalentemuyestable,cuya estabilidad parece ser ms cintica que termodinmica al deberse a la bajsimaafinidaddelmercurioporeloxgenomsqueaunafuerte energadeenlace.Normalmenteelmercuriopresenteenla naturaleza est unido a uno o dos tomos de carbono por lo que las formasprincipalessonelmonometilmercurioyeldimetilmercurio. Estas formas qumicas presentan una elevada solubilidad en lpidos y sonaltamentetxicas.Encuantoasusolubilidadenagua,el monometilmercurio es soluble en ella, pero no as el dimetilmercurio.Introduccin 19 2.- EL MERCURIO EN EL MEDIO AMBIENTE 2.1 ESPECIES PRESENTES EN EL MEDIO NATURAL El mercurio es un elemento, de origen generalmente mineral, que se caracterizaporsuubicuidadenelmedioambiente.Porlotanto,se encuentrapresenteenlosdiferentescompartimentosmedioambientales (atmsfera, geosfera, hidrosfera y biosfera). 2.1.1 ATMSFERA En la atmsfera, el mercurio se encuentra mayoritariamente (>95 %) comovapormetlicoenformademercurioelemental(Hg0)(12-14), mientras que el resto aparece en forma de Hg2+ tanto unido apartculas en suspensincomo,enmenormedida,enformagaseosa.Debidoasus diferenciasencuantoalaspropiedadesfsicasyqumicas,lastresformas mayoritariasenlasquepuedeencontrarseelmercurioenlaatmsfera,es decir,mercurioelemental(Hg0),mercuriodivalente(Hg2+)ymercurioen faseparticulada(Hgp),presentanuncomportamientoatmsfericoyunos tiemposderesidenciadiferentes(15).Lalentaoxidacindelmercurio elementalhacequesutiempoderesidenciaenlaatmsferaseade aproximadamente un ao, tiempo suficiente para que se distribuya por todo elplanetaantesdesudeposicinenlasuperficieterrestre.Sinembargo,la forma oxidada del mercurio (Hg2+) se deposita en un tiempo ms corto que osciladesdehorasamesesatravsdedeposicioneshmedas (precipitaciones)osecas.Noobstante,laescasafraccindeHg2+quese encuentraenformagaseosasedepositaporvahmedademaneramucho ms rpida que el Hg2+ unido a partculas (Hg2+p) (16). Laqumicaatmosfricadelmercurioimplicadiversasinteracciones: reacciones en fase gaseosa, reacciones en fase acuosa (en gotas de niebla y nubes ypartculasdeaerosoldelicuescentes),reparticindelasespeciesdemercurio elementalyoxidadoentrelasfasesgaseosaysliday,porltimo,reparticin entrelasfasesslidayacuosaenelcasodemateriaparticuladainsoluble Captulo I 20 recogidaporlasgotasdeaguadelanieblaolasnubes.Laaccinrecproca entrelosprocesosatmosfricosylaqumicadelmercuriosedescribeenla figura 1.4. Figura 1.4. Modelo de las interacciones entre las especies de mercurio en la atmsfera (17) 2.1.2 SUELOS Y SEDIMENTOS Comoyasehaindicadoanteriormente,losprocesosdere-emisin delmercurioalaatmsferasonimportantesyvienencontrolados principalmenteporlatransformacindeHg2+ aHg0quetienelugarenla superficie del suelo por accin de la luz y diversas sustancias hmicas (18).Unavezdepositadas,lasespeciesdemercurioestnsujetasaun amplio espectro de reacciones qumicas y biolgicas. Las condiciones de pH, temperaturaycontenidosensalesycomponentesorgnicosdelsuelo favorecenlaformacindecomplejosdelionmercricocomoHgCl2, Hg(OH)2ocomplejosorgnicos(4,19).Estecomportamientocomplejante controla en gran medida la movilidad del mercurio en el suelo pues aunque los complejos inorgnicos son bastante solubles en agua y, por tanto, de gran movilidad,muchosdeellostiendenaformarnuevoscomplejosconla materiaorgnica(principalmenteconloscidosflvicosyhmicos)y Hg0(g)Hg2+(g)Hg0(P)Hg2+(P)Hg2+(aq)Hg0(aq)Introduccin 21 coloidesmineralesdelsueloosedimentos.As,granpartedelmercurioque seencuentraenlossuelosestunidoalamateriaorgnicaypuedeser lixiviado por la escorrenta slo cuando se encuentra unido a humus o suelo ensuspensin(4).Porestemotivo,elmercuriotieneunlargotiempode permanencia en el suelo y, por lo tanto, el mercurio acumulado en el suelo sesigueliberandoalasaguassuperficialesyotrosmediosdurantelargos perodosdetiempo,posiblementecientosdeaos(17).Noobstante,se consideraquelosnicosdepsitosdelargoplazoparaeliminacindel mercuriodelabiosferasonlossedimentosdelfondodelmardondeel mercurio queda fsico-qumicamente inmovilizado y permanece sin alteracin frente a la actividad antropognica o natural (4). Ensuelosysedimentossonhabitualeslosprocesosdemetilacin-demetilacin (figura 1.5) ya que el Hg2+, especie predominante en estos dos compartimentos, puede transformarseen CH3Hg+por diversosmecanismos, entre los que destacan los procesos microbianos (20-22). Figura 1.5. Principales transformaciones entre las especies de mercurio en los suelos y sedimentos Complejos inorgnicosHgS (CH3)2S-HgHg0Hg2+CH3Hg+(CH3)2HgHg0Hg2+CH3Hg+(CH3)2Hgdemetilacinmetilacin metilacindemetilacinCaptulo I 22 Las proporciones y la extensin de la metilacin del Hg2+ estarn en funcin de factores como el tipo de compuesto que forma el Hg2+, el agente demetilacin,lacomposicinqumicadelsedimento,suconcentracinde oxgenooelpH(9,23).As,sesabequeniveleselevadosdeionescloruro reducen la metilacin del mercurio en sedimentos de ro mientras que niveles altosdecarbonoorgnicoeionessulfatoaumentansumetilacin(20). Adems se conoce que la interfase xica-anxica (sedimentos superficiales) es laquemsfacilitalabiometilacin.Noobstante,elcontenidoen monometilmercurionosueleexcederel1,5%delcontenidototalen mercurio del suelo o sedimento aunque dicha proporcin va a depender de lascaractersticasdelosmismos(24).Porotrolado,seconsideraqueel dimetilmercurioesunaespecieinestableenlossedimentos,aunquepuede estabilizarsegraciasaunaseriedefactorescomoaltocontenidoensulfuro, salinidad,condicionesanxicasyunaentradaconstantedemetanoenel medio (25). Otradelasespeciesquecondicionanlaqumicadelmercurioen suelos y sedimentos es el sulfuro de mercurio, ya que parece que los grupos sulfuro podran ser los responsables de la uniny final preconcentracin de lasespeciesdemercurioenlossedimentos.Estecompuesto,queesmuy insoluble(Ks=10-53mol2L-2)ydelimitadamovilidad,eslaprincipalespecie presenteenlossedimentoscontaminadospormercurio,debidoala reduccindelHg2+porpartedelasbacteriassulfatoreductorasbajo condiciones anaerbicas (26). 2.1.3 AGUAS Elmercurioquellegaalosmediosacuososnaturaleslohace fundamentalmenteenformadesalesinorgnicas,siendonicamenteuna pequea fraccin la que se introduce directamente en las aguas en forma de metilmercurioatravsdelasprecipitaciones(27).Portanto,elHg2+ysus complejos son la forma mayoritaria del mercurio en el agua. Introduccin 23 Losnivelesdemetilmercurioenlasaguasson,portanto,mucho menores que los de mercurio inorgnico debido adems a la dificultad de las reaccionesdemetilacinenfaseacuosayalafcildescomposicinporluz UVsolardeloscompuestosorgnicosdemercurio.Recientesestudios estiman una concentracin de mercurio total en las aguas naturales que oscila desde0,2a100ngL-1,delosqueaproximadamente0,05ngL-1 serande metilmercurioloquerepresentaalrededordel5%delmercuriototal, porcentajequeaumentaraenreasfuertementeindustrializadasyenreas acuticas de intensa metilacin de mercurio inorgnico.Noobstante,silascondicionessonfavorables,cualquierformade mercurioqueentraenlasaguassuperficialespuedeserconvertidaaiones metilmercurioprincipalmentepormetabolismomicrobiano(20).Las bacteriasreductorasdelazufresonlasresponsablesdelamayorpartedela metilacindemercurio,vindosefavorecidasuactividadencondiciones anaerobias.LevadurascomoCandidaAlbicansySaccharomycescerevisiae, cuyocrecimientoestfavorecidoporcondicionesdebajopH,soncapaces tambindemetilarelmercurioyreducirelmercurioinicoamercurio elemental. Adems, los compuestos de cobalamina metilados producidos por lasntesisbacterianaparecenestarinvolucradosenlametilacinno enzimticadeionesinorgnicosdemercurio.Sinembargo,nivelesaltosde carbonoorgnicodisuelto(DOC),reducenlametilacindemercurio, posiblemente como resultado de la unin de los iones libres de mercurio con elcarbonoorgnicodisuelto,reducindoseassudisponibilidadparala metilacin.Apartedequeelcarbonoorgnicodisueltoinhibeencierta medida la metilacin bacteriana.Por lo tanto, todas estas transformaciones que aparecen resumidas en la figura 1.6 van a depender de diversos factores medioambientales como la actividad microbiana, la temperatura, la disponibilidad de carbono orgnico, la presenciade partculas en suspensin, el oxgeno disuelto y el pH (7, 20, 28, 29). Captulo I 24 Figura 1.6. Principales transformaciones de las especies de mercurioen el medio acutico (Modificado de (20)) Al igual que en los suelos, la qumica del mercurio viene determinada por las diferentes variables biolgicas, fsicas y qumicas de las aguas. As, las condicionesexistentesenlasaguassuperficialesvanahacerdiferenteslas especies de mercurio presentes en las aguas continentales y en las ocenicas. Enlasaguasdulcessuperficialesdereasnocontaminadas,el mercurio se encuentra en concentraciones de 1 20 ng L-1 y se distribuye en mercurio elemental, especies mercricas y mercurio orgnico (principalmente monometilmercurio,dimetilmercurioytrazasdeetilmercurio).La distribucindeestasespeciesentrelafaseacuosa,lasfasescoloidalesylas partculasensuspensinvaraespacialytemporalmente.As,engeneral,la concentracindeHg0esmayorcercadelainterfaseaire-aguamientrasque los niveles de Hg2+ y CH3Hg+ son ms altos cerca de los sedimentos. Enlasaguasdulcescontinentalesnocontaminadas,elHg2+nose encuentracomoionlibresinoformandocomplejosconOH-(Hg(OH)+, Hg(OH)2 o Hg(OH)3-), mientras que en los estuarios y ocanos predominan losclorocomplejos(HgCl+,HgClOH,HgCl2,HgCl3-,HgCl42-).Enambientes anxicos que contengan sulfuro y en un pH de 4-9, el mercurio se combina ATMSFERACHCH3Hg-DOCHg0Hg2+CH3Hg+(CH3)2Hg(CH3HgCl,CH3HgOH)(HgCl2, Hg(OH)2, HgClOH, HgHum)Microorg.SEDIMENTOPeces AGUAIntroduccin 25 formandosulfuromercrico.Bajocondicionescidas,laactividaddelion sulfuro decrece y de esta forma se inhibe la formacin de sulfuro de mercurio favoreciendo la formacin de metilmercurio (20). En presencia de sulfuro en disolucin, tambin pueden encontrarse complejos de sulfuro como HgS2H2, HgS2H-, HgS22- (30). Entrminosqumicoselmonometilmercuriosecomportaenel medioacuosocomoelmercurioinorgnicoysevaaencontrar principalmenteunidoapartculasyalamateriaorgnicadisuelta(31). Adems en el medio marino se encuentra formando el complejo con cloruro (CH3HgCl)yenaguascontinentalesformaelhidroxocomplejoneutro correspondiente(CH3HgOH)(13).Anlogamente,enpresenciadesulfuro formaCH3HgS-,peroestecomplejotendrunaimportanciamuchomenor que los complejos sulfricos del mercurio inorgnico. 2.1.4 BIOTA Unfactormuyimportantedelosefectosdelmercurioenelmedio ambienteessucapacidadparaacumularseenorganismosacuticosy ascenderporlacadenaalimentaria.Delasdiferentesformasdemercurio quepuedenbioacumularse,elmonometilmercurioesunadelasquese absorbe y acumula con mayor facilidad.Existe una clara unanimidad acerca de la importancia que cobran tanto elpescadocomoelmariscoenloqueaproblemasdecontaminacinpor mercurioserefiere.Lospecesadhierenconfuerzaelmonometilmercurioy asenelmsculopresentanunporcentajedemonometilmercuriofrenteal mercurio total que supera generalmente el 80 % (3, 7, 21, 32, 33), aunque en otros rganos como el hgado o el rin la concentracin rondara slo el 20%.Enotrosorganismosacuticos,sinembargo,elporcentajede metilmercurio es mucho ms variable y depende de la profundidad del agua, de la localizacin y del tipo de organismo. Captulo I 26 Como resumen, en la tabla 1.1 aparecen recogidas las concentraciones mediasdemercuriototalendistintasmatricesmedioambientales anteriormente descritas: Tabla 1.1. Concentraciones de mercurio total en diferentes tipos de muestras medioambientales (34) TIPO DE MUESTRACARACTERSTICASMERCURIO TOTAL Aire Medio rural1 - 10 ng m-3 Medio urbano50 - 170 ng m-3 Suelos No contaminado< 200 ng g-1 Contaminado0,2 - 100 g g-1 Sedimentos Ocano no contaminado50 - 500 ng g-1 Ocano contaminado1 - 100 g g-1 Ro contaminado50 - 200 g g-1 Agua Ocano no contaminado0,5 - 5 ng L-1 Ro no contaminado< 5 ng L-1 Ro contaminado10 - 200 ng L-1 Lagos ricos en cidos hmicos1 - 20 ng L-1 Agua de lluvia Medio rural4 - 90 ng L-1 Medio urbano100 - 1000 ng L-1 Peces Sin contaminar (ro)0,2 - 1 g g-1 Sin contaminar (ocano)0,01 - 1 g g-1 Contaminados1 - 10 g g-1 2.2 CICLO BIOGEOQUMICO DEL MERCURIO Sudispersinydistribucinentrelosdiferentescompartimentosdel medioambiente,esdecir,atmsfera,aguas,suelosyorganismosvivosvaa dependerdediversosfactores.Entreellosseencuentranlaaccindelos agentesgeolgicosexternos,quecausanerosin,ylosefectosclimticosy medioambientales.Aspues,alflujocontinuodeesteelementoquese produce eel cual con Fig El corteza tellegar a lltimo,amercurio slidas,dmetalposfcil moviEl ambiente,variedad entre atmsfnstituye el cogura 1.7. Cicl mercurio inerrestre y delos diferentelhombrepysuscompisueltas,absseealgunas ilidad en difemercurioy, pueden exde formas efera, tierra yonjunto de lo medioambnicia su ciclo e sta pasares organismoormediodpuestosreinisorbidasy/opropiedadeerentes medysuscompperimentar en que pued y agua se le cprocesos qubiental del me geoqumico al aire, al aos vivos, es delacadenacianelcicloogaseosas.Eesnicasqudios fsicos y puestos,unamltiples trade encontrarconoce come se esquemmercurio (Modo pasando tragua y a los decir, a planaalimentarioensentidoEstoltimo elepermite qumicos. vezintrodansformaciorse (figura 1.Intromo ciclo del mmatiza en la fdificado de (35ras su emana suelos, desdntas, animala.Posterioroinverso,enexplicapor entenerunducidoseneones debido 7). Pero, enroduccin 27 mercurio, figura 1.7. 5)) acin a la de donde les y, por rmenteel nformas: queste nagrany elmedio a la gran n general, Captulo I 28 sepuedeobservaruncomportamientomuydiferentedelmercurioenlos ecosistemasterrestresyacuticos.Adiferenciadelossuelos,enlosqueel mercurioseencuentrafuertementeretenidoynicamenteescapazde volatilizarse,enlosecosistemasacuticospuedenocurrirprocesosde transformacin y bioacumulacin del mercurio (36, 37). Entrelosprocesos,anteriormentemencionados,quepuede experimentarelmercurioensuciclogeoqumicocabedestacarlosquese citan a continuacin: 2.2.1 PROCESOS DE OXIDACIN-REDUCCIN Lasreaccionesdetransformacindelasespeciesdemercurio presentesenlaatmsferarigen,deunmodogeneral,ladistribuciny deposicin del mercurio. El principal mecanismo de transformacin entre las especieseslaoxidacindelmercurioelementalporelozono(O3),que ocurre mayoritariamente en las gotas de agua de las nubes (38): Hg0 (g) Hg0 (aq) Hg0 (aq) + O3 (aq) Hg2+ (aq) Hg2+ (aq) + partculas o polvo Hg2+ (p) Enlaatmsferatambinsedan,peroenmenorextensin,otros mecanismosdeoxidacin-reduccindelmercurioporradicalescomoOH, HO2, H2O2, NO3, HOCl/OCl- (39). LareduccindelHg2+estconsideradacomolaprincipalfuentede Hg0 tanto en las aguas marinas (40) como en las aguas superficiales donde la reduccin del Hg2+ es el proceso ms intenso (41). Hay dos vas diferentes de produccindeHg0:biticayabitica.Lareduccinabiticadelmercurio inorgnico a mercurio elemental en los sistemas acuticos ocurre en presencia desustanciashmicassolublesyaquelasaguascidascontienencidos hmicos y flvicos (42). Sin embargo, la reduccin bitica tiene lugar en las Introduccin 29 clulasconlaparticipacindegenesdelopernmercomoelmerAque codifica la enzima mercurio reductasa (43, 44). Esteprocesodereduccinsepotenciaconlaluz,ocurrebajo condiciones tanto aerbicas como anaerbicas y es inhibido por competicin conlosionesdecloro.Deestaforma,numerososparmetrosqumicosdel agua(temperatura,pH,aireacin,calcio,durezatotal,conductividad) puedenutilizarsecomocovariablesparaexplicarlabioacumulacinde mercurio a travs de la cadena trfica (20, 28, 45). 2.2.2 PROCESOS DE METILACIN-DEMETILACIN La forma orgnica de mercurio ms extendida en el medio ambiente es el monometilmercurio (CH3Hg+). Por lo tanto, la metilacin del mercurio enlasaguasnaturalesylossedimentosesotrodelosprocesosclaveenel ciclo global del mercurio (46).UnagranpartedelCH3Hg+ queseproduceenelmedioacuticose formamediantelametilacindirectaproducidaporelfitoplancton(27)y porlasalgas(48).Demanerasecundaria,lasracesdelasplantasacuticas sonconsideradastambincomounimportantepuntodemetilacin.La reaccin general de estos procesos de metilacin sera la siguiente:RCH3 + Hg2+

CH3Hg+ + R+ Sinembargo,enciertascondiciones,enlosambientesacuticos tambinsepuedeobservarlaformacinde(CH3)2Hgque,alservoltil, pasar a la atmsfera. Pueden observarse altas concentraciones de (CH3)2Hg enlossedimentosricosensulfuros,pordismutacindelCH3Hg+ (49)ode formasorganometlicasportransmetilacin(42).Enocanosymares,el (CH3)2Hg se puede encontrar en las aguas poco oxigenadas debido a la gran actividadmicrobiana.Sinembargo,lasconcentracionesde(CH3)2Hgson dbilesenlasaguassuperficialesporqueenestemediosevolatilizao descompone fcilmente.Captulo I 30 Lasreaccionesdemetilacinpuedentenerlugarpormecanismos biticosoabiticosaunque,comosevenfavorecidasporlaausenciade oxgeno, ocurren preferentemente en condiciones anaerobias y por procesos biticos.Unodelosprincipalesagentescapacesdemetilarelmercurio inorgnicoporvaabiticaeslametilcobalamina(50),aunquetambin pueden llevar a cabo reacciones de metilacin algunos aminocidos o cidos hmicosoflvicosenaltasconcentraciones.Porsuparte,lasbacterias sulfato-reductorassonlosprincipalesagentesbiticosdemetilacin,siendo capaces de actuar en una gran variedad de medios acuticos diferentes. Enalgunosambientes,apartedelasreaccionesdemetilacin,tambinpuedenproducirsereaccionesdeetilacinquegeneran concentracionesimportantesdeetilmercurio(CH3CH2Hg+).Enlos sedimentos,laetilacinnaturaldelHg2+puedeserexplicadaporuna transferenciadeungrupoetilosobreelHg2+,portransetilacinllevadaa caboporcompuestosetiladosdeplomo(51),oporalquilacinconetileno (50).LaincorporacindegruposmetilosobreelHg2+enlosprocesosde metilacin puede revertirse por medio de la demetilacin que es un proceso generalmenteaerobio.Noobstante,lademetilacinpuedeserabiticapor fotodegradacindelCH3Hg+ ollevarseacaboporvabitica,lacual depender de la accin de diversas comunidades bacterianas y de la enzima organomercurio ligasa codificada por el gen mer B (44, 52-54). 2.2.3PROCESOSDEBIOACUMULACINYBIOMAGNIFICACINDEL MERCURIO EN LA CADENA TRFICA El trmino bioacumulacinhace referencia a la acumulacin neta en un organismo de una sustancia qumica proveniente de fuentes biticas (otros organismos) o abiticas (suelo, aire y agua) (4, 55).Sinembargo,labiomagnificacinconsisteenlaacumulacin progresivadeciertosmetalespesadosyotrassustanciaspersistentesdeun Introduccin 31 nivel trfico a otro sucesivo. Este proceso est relacionado con el coeficiente deconcentracinenlostejidosdeunorganismodepredadoren comparacinconeldesupresa.Noobstante,estarelacinconla alimentacinesmuydiscutidapuestoqueenocasionesseconsideraquela biomagnificacineselincrementodelaconcentracindeunxenobitico entrelosnivelestrficos,sindiscutirelorigendeesaadquisicin(alimento, suelo, aire, agua, etc.) (4, 55, 56). Enestembitoexistetambinotrotrminoquerelacionalosdos anteriores, como es el de bioconcentracin que se refiere a la adquisicin de unasustanciaporunorganismodirectamentedelambienteabitico, resultandoenunamayorconcentracinqueelorganismo.Deestamanera, labioconcentracinsepodradefinircomountipodebioacumulacinque est relacionada nicamente con los factores abiticos de acumulacin (55). Labioacumulacindelmercurioseproduceprincipalmenteatravs delascadenastrficasacuticascomosereflejaenlafigura1.8.Las concentracionesdeespeciesmercurialesenaguasnaturalesnosontxicas para el fitoplancton, aunque ste sea capaz de asimilar por difusin pasiva las formasqumicasneutrasdisueltasdeHg2+yCH3Hg+ (57).Sinembargo,la toxicidaddelmercuriopasaaserunproblemarealparalosorganismos acuticos superiores que pueden tambin acumularmercurio por difusin y, principalmente, por ingestin de alimentos contaminados (58). Por lo tanto, unavezqueloscompuestosorgnicosdemercurio,principalmenteel monometilmercurio, han llegado al ambiente acutico, van a acumularse en losseresvivosalserbioaccesiblesporsucarcterlipoflicoysevana biomagnificarenlacadenatrficaacutica,porloquelospecesdelos nivelestrficosmsaltostienennormalmenteconcentracionesdemercurio millonesdevecesmayoresqueelaguaenelqueviven(figura1.8)(9,59). De esta manera el consumo tanto de pescado como de marisco contaminado es la ruta principal de exposicin humana al mercurio orgnico, en general, y al monometilmercurio en particular (3, 4, 6, 9, 29, 32, 33, 60-62). Captulo I 32

Figura 1.8. Bioacumulacin y biomagnificacin del mercurio a travs de la cadena trfica acutica (Modificado de (63)) Apesardequetantoelmercurioorgnicocomoelinorgnico tienden a ser acumulados en la biota, en la cadena trfica se comprueba que existeunamayoracumulacindeCH3Hg+ quedeHg2+.Estopuedeser debido,entreotrascausas,aquelavelocidaddeexcrecindelHg2+es mayor(64).Adems,laaltaafinidaddelmetilmercurioalosgrupos sulfhidriloyaloslpidosdeanimalespodraexplicarsuacumulacinen organismos vivos, particularmente en el tejido lipdico. Por tanto, en la biota los niveles de metilmercurio son mayores que en las correspondientes aguas debidoaestefenmenoacumulativoyaquelosanimalesacuticosson capacesdetolerargrandescantidadesdemercuriograciasalas metalotionenas que inactivan el metal por mediode la unina los tomos de azufre de los residuos de cistena de stas (figura 1.9) (5, 7).> 20000 ppbPiscvorosZooplantvoros y bencvorosAlgas, detrito y macrofitosHerbvoros30 - 300 ppb> 0,02 ppbAves acuticas> 90 ppbZooplanctonPeces de agua dulceComplejos disueltos50 - 2000 ppbBenzos< 200 ppbIntroduccin 33 Figura 1.9. Enlace del mercurio a las metalotionenas a travs de los grupos sulfhidrilos Encuantoalosorganismosnoacuticos,podemosdecirquelos carnvorosestnmscontaminadospormercurioquelosherbvoros(65, 66). Algunos estudios han demostrado que las aves marinas que se alimentan depecespresentanconcentracionesdemercurioymetilmercurio relativamente altas, en contraposicin a los bajos contenidos encontrados en aquellasavesquenotienenesetipodealimentacin(24).Noobstante, recientemente se ha comprobado que el mercurio tambin puede pasar a la cadena trfica a travs de la vegetacin (67). 2.3 FUENTES Y EMISIONES DE MERCURIOLasfuentesqueaportanmercurioalmedioambientepuedentener origennatural,origenantropognicooprovenirdelrecicladode deposicionespreviasenreservoriosacuticosyterrestres.Laemisin antropognicademercurioalaatmsferasueleserconsideradacomola fuentemsimportante,aunquerecientesestimacionesindicanquelostres orgenescontribuyenapartesigualesalasemisionestotales(17,68).Este hechocontrastaconlasestimacionesrealizadasaosatrsenlasquese observabaunarelacinaproximadamentede1/8entrefuentes antropognicas/fuentes naturales (69). 2.3.1 FUENTES NATURALES Laimportanciadelconocimientodelasfuentesyflujosglobalesde las emisiones naturales de mercurio radica en que este tipo de emisiones no Hg2++MetalotionenaSH SHMetalotionenaS SHg+2H+Captulo I 34 soncontrolablesyporlotantonopuedenserreducidasfcilmente.Las principales fuentes naturales de mercurio son: la desgasificacin de la corteza terrestre, las emisiones de vapores de mercurio de los volcanes, la erosin de depsitos minerales, la evaporacin del mercurio ocenico y las re-emisiones de la vegetacin por los incendios forestales (3, 4, 6, 8, 9, 17). Lasactividadesvolcnicassonfuentesnaturalesdemercuriomuy importantes,cuyaproduccinesmuysuperioraladeotrasfuentes geotrmicas.Estoesdebidoaqueelmercurioterrestretieneunorigen magmtico,sugiriendoalgunosinvestigadoresqueelmercuriodelos yacimientosmsimportantes,talescomoeldeAlmadn(Espaa),proviene delmantosuperior.Elmercurioprovenientedelasactividadestectnicas, comoproductodedesgasificacinalolargodefallasprofundas,llegaen formaelementalalaatmsfera,mediodesdeelcualseirdispersandopor todoelplaneta.Unapartedeesemercurioelementalpuedeoxidarsepor accindelasgotasdecidosulfricoqueseproducenenlaatmsferapor enfriamientodegasescontaminantes,depositndoseposteriormenteenlos suelosprximosalaserupcionesvolcnicasygenerndoseasunapolucin local en dichas zonas (70). Las actividades volcnicas o geotrmicas tambin puedenprovocardirectamentepolucinnaturalpormercuriosobrelos ocanos y los lagos (71). Otradestacadafuentenaturaldemercurioenlaatmsferaesla produccindemercurioelementalenlasaguassuperficialesylossuelos. Lamborgycolaboradores,estimaronlaemisindeHg0desdelosocanos hacialaatmsferaen4Mmolao-1,siendodichovaloreldoblequeel encontradodespusdelcomienzodelaeraindustrial.Mientrasquela volatilizacinnaturaldemercuriodesdeloscontinentesfueestimada, aproximadamente, en 5 Mmol ao-1 (72).Por lo tanto, se observa que la mayor parte del mercurio que llega al ambiente lo hace en forma de vapor de mercurio a travs de la atmsfera y, unavezenestemedio,estemercurioelementalserlentamenteoxidado, siendoeltiempodevidamediadelmercuriogaseosoelementalde0,3a2 Introduccin 35 aos(73,74).Lasemisionesrestantesseproducenenformademercurio inorgnico,inicooconsolidadoenpartculas.Estasformastienenun perodo de vida ms corto en la atmsfera y se pueden depositar en tierras o masasdeaguaadistanciasaproximadasde100a1.000kilmetrosdesu fuente (4).Lacuantificacindetodasestasemisionesnaturalesesmuydifcil, tanto por tratarse de fuentes dispersas como por las dudas que existen acerca de si algunas de las emisiones que actualmente consideramos como naturales realmente lo son o se tratan en realidad de una re-emisin de mercurio que ha sido movilizada por el hombre. Se han publicado ciertas estimaciones de las emisiones naturales en comparacin con las antropognicas que muestran unagranvariabilidad.Engeneral,sesubrayalaimportanciadela contribucinhumanaporloquelasfuentesnaturalesrepresentaranmenos del50%delasliberacionestotales.Algunosestudiosindicanqueentre 2.700 y 6.000 toneladas de mercurio elemental son liberadas al ao por vas naturalesatravsdeladesgasificacindelacortezaterrestreylosocanos (4,6).Sinembargo,lacontroversiaenestesentidoestalquetambin pueden encontrarse valores tan dispares como 30.000 toneladas al ao (3) o 10.000toneladasalao(59).Noobstante,parecequeelvalordeunas 3.000 toneladas al ao es el ms prximo a la realidad (17). 2.3.2 FUENTES ANTROPOGNICAS Las principales fuentes antropognicas de mercurio pueden clasificarse en tres grupos (4): -Lasliberacionesantropognicasasociadasconlaactividadhumana resultantes de la movilizacin de impurezas de mercurio en materias primascomoloscombustiblesfsiles(especialmenteelcarbnyen menormedidaelgasyelpetrleo)yotrosmineralesextrados tratados y reciclados. Captulo I 36 -Lasliberacionesantropognicasresultantesdelusointencionaldel mercurioenproductosyprocesosdurantelafabricacin,los derrames,laeliminacinoincineracindeproductosagotadosy liberaciones de otro tipo. -Laremovilizacindeemisionespasadasdemercurioantropognico depositadoensuelos,sedimentos,masasdeagua,vertederosy acumulaciones de desechos o residuos. Laimportanciadecadaunadeestasfuentessobrelasemisioneses diferentedependiendodelaregin(75).Aspues,laincineracinesla principal fuente de mercurio en Amrica, Europa occidental y frica mientras que la combustin del carbn es la principal fuente en Asia y en los pases de laEuropaoriental(4,17).Estohaceque,sibienlasemisionesestn empezando a disminuir en los pases industrializados, en los pases en va de desarrollo sigan aumentando. En Espaa, las fuentes ms importantes son la quemadecombustiblesfsiles,ladeposicinderesiduosslidosurbanos (RSU) y la industria cementera como se refleja en la figura 1.10. Figura 1.10. Emisiones antropognicas de mercurio en Espaa segn la fuente emisora (17) Aligualqueocurraconlasemisionesnaturales,esdifcilhaceruna estimacindelflujoantropognicohacialaatmsfera.Laspublicaciones Carbn33 %Petrleo11 %RSU10 %Cemento29 %Fundicin1 %Hierro-Acero7 %Otros9 %Emisiones de Hg en EspaaIntroduccin 37 hablandevaloresmuydisparesquevandesdeunas1.600-2.000(17)o 2.000-3.000toneladas(6)hasta10.000toneladas(5).Detodosmodos, aunquelacontroversiaesevidente,sepuedeafirmarquelacontribucin humanaesimportanteysuponealrededordel30%delmercurioquehay enlaatmsfera(3,8,17).Porotrolado,tambinexistenfuentes antropognicasdemercuriosobrelossistemasacuticoscomosonlas centrales termoelctricas, la deposicin atmosfrica, la industria qumica y las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR). Desdelaeraindustrial,losnivelesdemercurionohandejadode aumentarcomoconsecuenciadelasemisionesderivadasdelaactividad humana,llegndoseinclusoatriplicar.Sinembargo,enlosltimosaos,la produccin de mercurio est disminuyendo debido a las fuertes restricciones queseestncomenzandoaaplicar.Muchospaseseuropeosestn promoviendo su eliminacin paulatina en 2010. Para ello se estn poniendo enprcticaunaseriedemedidaspreventivasenalgunosusosoliberaciones demercurioascomomedidasdecontrolquereducenodemoranalgunas liberaciones. Estos mtodos son aplicables a las emisiones antropognicas ya que las fuentes naturales estn fuera del control humano (figura 1.11) (4). Figura 1.11. Fuentes de liberaciones de mercurio al medio ambiente y principales tipos de posibles mecanismos de control (4) Captulo I 38 3.- TOXICOLOGA DEL MERCURIO Y SUS DERIVADOS 3.1 DEPENDENCIA DE LA FORMA QUMICA El significado biolgicodel mercurio se limita a sutoxicidad,ya que nosehanencontradoevidenciasdequeseaunelementoesencialparael hombre,floraofauna.Latoxicidaddelmercuriodependedesuforma qumica y, por lo tanto, los sntomas y signos varan segn la exposicin sea almercurioelemental,aloscompuestosinorgnicosoaloscompuestos orgnicos de mercurio (en particular los compuestos de alquilmercurio como metilmercurio,etilmercurioydimetilmercurio).Portanto,laespeciacin qumicaesprobablementelavariablemsimportantequeinfluyeenla ecotoxicologadelmercurio,aunquedichaespeciacinescomplicada especialmente en los medios naturales. Los derivados orgnicos del mercurio y el mercurio vapor se suelen identificar como las especies ms txicas dado quelapermeabilidaddelasmembranasbiolgicasesmayorparaestas especies. Sinembargo, no se debe generalizar en este campo ya que existen numerosos factores biticos y abiticos que pueden modificar la toxicidad de los compuestos de mercurio y los mecanismos de accin no se conocen an en su totalidad (3, 4, 6, 9, 32, 60, 76). 3.1.1 MERCURIO ELEMENTAL La va principal de exposicin al mercurio elemental es la inhalacin desusvapores.Porestavaalcanzarpidamenteeltorrentesanguneo, distribuyndose por todos los tejidos, incluido el cerebro (figura 1.12). Cerca del 80 % de los vapores inhalados son absorbidos por los tejidos pulmonares mientrasquelaabsorcinintestinaldemercurioelementalesmuybaja.El mercurio absorbido tiene un perodo de residencia media de 58 das, aunque enelreadelcerebroesteperodoesslode21das(10).Noobstante,el mercurioasabsorbidoeseliminadoenparteatravsdelaorinayuna pequea parte a travs del aire exhalado.Introduccin 39 Figura 1.12. Metabolismo del vapor de mercurio inhalado en elcuerpo humano (77) Debidoasucarcterlipoflicoelmercurioelementalpenetra fcilmente las membranas, incluida la barrera hematoenceflica y la placenta. Sinembargo,enlostejidosesbio-oxidadointracelularmenteamercurio inorgnico,formaenlaqueatraviesaconmayordificultadlasmembranas celulares.SuconversinparcialaHgCl2lepermiteserretenidoporlos riones y el sistema nervioso central (SNC) durante aos lo que puede ser un grave problema en los casos de exposicin laboral al mercurio (4, 6, 20). 3.1.2COMPUESTOS INORGNICOS DE MERCURIO Elmercurioinorgnicopresentaunamenorcapacidaddedifusina travsdelasbiomembranasqueelmercurioelementaldebidoasucarcter hidroflico.As,sloun15%delmercurioasimiladoloharenformade mercurioinorgnico.Inducelasntesisdeprotenasdeltipometalotionena en el rin, si bien la unin principal entre el mercurio y estas protenas no esestructuraly,portanto,noposeeloslargostiemposdevidamediaque caracterizan a los complejos con otros metales, como el cadmio (2).ReceptorS XHgHg0Hg2+Hg0Hg0Hg0Hg2+Hg0PULMNSANGRE OTROS TEJIDOS CEREBROSeHg2+Captulo I 40 Latoxicidaddelasespeciesinorgnicasvienendeterminadas principalmenteporsusolubilidady,portanto,lasespeciesmenossolubles, comoelHgSoHgSe,prcticamentenopresentantoxicidadmientrasque salesdeclorurodemercuriosernlasmstxicas.Noobstante,lassales inorgnicascomoelHgCl2tampocoaccedenalcerebrotaneficazmente comolohacenelmetilmercurioolosvaporesdemercuriometlico.Tales salesafectanalosrionesypuedendaarelestmagoylosintestinos, produciendonuseas,diarreasolcerasseverasperonicamentesiestos compuestos son ingeridos en grandes cantidades (20).Porotrolado,laevaluacingeneraldelIARC(InternationalAgency for Research on Cancer) en cuanto a carcinogenicidad concluye que tanto el mercuriometlicocomoloscompuestosinorgnicosdemercurionoson clasificablesencuantoacarcinogenicidadparalossereshumanos(grupo3) (78). 3.1.3COMPUESTOS ORGNICOS DE MERCURIO Loscompuestosorganomercurialessonsolublesenloslpidosy disolventesorgnicosporloquesonabsorbidosdemaneramseficazy atraviesan con mayor facilidad las membranas biolgicas que los compuestos inorgnicos,aunqueseexcretanmsdespacio(4,6,76).Entrelos compuestosorgnicosdemercurio,elmetilmercurioocupaunlugar destacadoyaquesutoxicidadestmejorcaracterizadaqueladeotros compuestosorganomercurialesyademsgranpartedelapoblacinest expuestaal.Noobstante,seconsideraqueloscompuestosde alquilmercuriosonsimilaresencuantoatoxicidad,mientrasqueotros compuestos orgnicosdemercurio,comoelfenilmercurio,seasemejanms al mercurio inorgnico en lo que respecta a su carcter txico (4).Elmetilmercurioatraviesarpidamentelabarreraplacentariayla barrerahematoenceflicayesunneurotxicoquepuedeafectarmuy negativamente el desarrollo del cerebro. As, la caracterstica ms remarcable Introduccin 41 de su toxicidad es el dao selectivo que causa al SNC y en menor medida al sistema perifrico (79). Adems, basndose en su evaluacin general de 1993, elIARCconsideraqueloscompuestosdemetilmercuriopuedenser carcingenos para los seres humanos (grupo 2B) (78). Suentradaenelorganismopuededarseatravsdelasvas respiratorias, el tracto gastrointestinal, la piel o las membranas mucosas dado sucarcterfuertementelipoflico.Unavezenlacorrientesanguneael metilmercurioseirdistribuyendohacialosdiferentesrganoscomoenla figura 1.13.Su carcter lipoflico junto con su difcil eliminacin le proporciona la propiedad de bioacumularse. De esta forma, el metilmercurio tiene una vida media de 40-50 das en el interior del cuerpo humano (3, 4, 6, 76, 80). Hay tejidos en los que el metilmercurio se acumula ms eficazmente que en otros. El pelo, con concentraciones de 200:1 con respecto a la sangre o el cerebro (20:1) son ejemplos claros (10). Figura 1.13. Recirculacin del metilmercurio en los diferentes tejidos (10) Captulo I 42 3.2 FUENTES DE EXPOSICIN DEL HOMBRE AL MERCURIO Lasconsideracionesacercadelmercurioysutoxicidadhanido cambiandoalolargodelossiglos.Tradicionalmenteslosedaba importanciaalosaspectosnocivosparalasalud.Aselmercuriose considerabacomountxicoocupacionalcuyatoxicidadsemanifestaba principalmenteenlostrabajadoresexpuestosadichometal.Tambin antiguamentesecreaquesepodanproducirintoxicacionesdemercurioa travsdeciertosmedicamentos,esdecir,queelmercurioerauntxico iatrognico (81). Sin embargo, hoy en da, se da ms importancia al mercurio en su faceta de contaminante del medio ambiente. Lasintoxicacionespormercuriopuedenproducirseatravsde diferentes vas (respiratoria o absorcin por inhalacin, digestiva o absorcin poringestinycutnea),comoyasehaindicadoanteriormente.As,las principales vas de penetracin del mercurio en el hombre sern la inhalacin demercuriometlicoporexposicinocupacionalodebidoaaccidentes medioambientalesylaingestindepecesuotrosorganismosacuticosque hayanacumuladocompuestosorganometlicosatravsdeladieta.El peligro que representa la exposicin por estas vas es muy diferente. Esto se debeaqueexistenmecanismosdedefensaytoleranciafrentealmercurio elementalya que ste, aciertos niveles de concentracin,forma parte de la composicin natural de la atmsfera. Sin embargo, no existen mecanismos de defensa tan efectivos para las formas metiladas, como el metilmercurio. 3.2.1EXPOSICIN OCUPACIONAL El mercurio que se encuentra en el entorno de trabajo puede ocasionar exposicioneselevadas,siendolaprincipalrutadeexposicinocupacionalla inhalacinenfasevapordelasatmsferasdelospuestosdetrabajo. Dependiendo de los tipos de actividades ocupacionales y la amplitud de las medidas protectoras que se apliquen, la gravedad de los efectos puede variar entre trastornos sutiles, serios perjuicios e incluso la muerte.Introduccin 43 Lasexposicionesocupacionalespuedentenerlugarenprcticamente todos los ambientes de trabajo en que el mercurio se produzca, forme parte deunprocesooseincorporeenproductos.As,sehansealadocasosde exposicin ocupacional, entre otros lugares, en plantas de cloro-lcali, minas de mercurio, extraccin de oro por medio de mercurio, procesado yventa, fbricas de termmetros, clnicas dentales con prcticas incorrectas de manejo de mercurio y produccin de sustancias qumicas que contienen mercurio (4, 20).Enmuchospasessehalogradounaumentogeneraldelaproteccin contralaexposicinocupacionalenlosltimosdecenios,graciasala introduccin de una variedad de mejoras, entre ellas sistemas de fabricacin mscerrados,mejorventilacin,procedimientosdemanipulacinseguros, equiposdeproteccinpersonalylasustitucindetecnologasabasede mercurio (4). Sin embargo, esa mejora no parece ser an un logro universal y muchostrabajadorestodavaestnexpuestosanivelesdemercurioque presentan riesgos. 3.2.2EXPOSICIN A TRAVS DE LA DIETA A pesar de que las condiciones ambientales influyen en la exposicin al mercuriodelhombre,lamayorpartedelapoblacinestexpuestaal mercurioprincipalmentepormediodelosalimentos.Unfactormuy importanteenestehechoeslacapacidaddelmercurioparaacumularseen organismos y biomagnificarse al ascender por la cadena trfica. Hasta cierto punto,todaslasespeciesdemercuriopuedenllegaraacumularse,peroel metilmercurio se absorbe y acumula ms que otras especies. LaOrganizacinMundialdelaSaludestableciqueladieta, especialmente a base de pescados y mariscos, es la fuente de exposicin ms significativademetilmercurio(82),comopuedeversereflejadoenlatabla 1.2. Captulo I 44 Tabla 1.2. Ingesta media diaria y retencin de los compuestos de mercuriopor la poblacin general (82, 83) FUENTE DE EXPOSICIN MERCURIO ELEMENTAL VAPOR COMPUESTOS DE MERCURIO INORGNICO METILMERCURIO Aire 0,030 (0,024) 0,0020 (0,0010) 0,008 (0,0069) Agua potableInsignificante 0,0500 (0,0035) Insignificante Amalgamas dentales 3,8 21 (3,0 17,0) InsignificanteInsignificante Alimentos PescadoInsignificante 0,600 (0,042) 2,4 (2,3) OtrosInsignificante 3,6 (0,25) Insignificante TOTAL 3,9 21 (3 - 17) 4,3 (0,3) 2,41 (2,31) (Estimacindelaingestadiariaengda-1porlapoblacinnoexpuesta ocupacionalmente al mercurio. La cantidad estimada retenida en el cuerpo de un adulto aparece entre parntesis) 3.2.3ACCIDENTES MEDIOAMBIENTALES Una cita clave en el estudio del mercurio es el desastre de la baha de Minamata(Japn)quetuvolugaramediadosdelpasadosiglo.Estesuceso va a marcar un antes y un despus en la historia del mercurio ya que a partir deentoncesseempiezanatenerevidenciasrealesdelaproblemtica asociadaaestemetal.Entrelosaos1920y1950,unafbricaqumica japonesaempleelmercuriocomocatalizadorparalaproduccinde acetaldehdo y cloruro de vinilo, obvindose que esta reaccin provocaba la formacindemetilmercuriocomosubproductodelprocesocataltico.As, cientosdetoneladasdemetilmercuriofueronliberadasalaBahade Introduccin 45 Minamata(Japn),compuestoqueseconcentrenelmarShirunui,donde por la accin del plancton y otros microorganismos se bioacumul a lo largo de la cadena trfica (84-86). Los peces, por tanto, acumularon metilmercurio sin sufrir en principio ningn sntoma de toxicidad, pero pronto comenzaron adiagnosticarsemisteriososcasosdeenfermedadesneurolgicasloque desencadenfinalmenteenunbuennmerodemuertes(87). Desgraciadamente, no fue hasta el ao 1959 cuando se descubri el origen de este desastre ecolgico. Las principales patologas observadas en las vctimas deesteepisodiodecontaminacindieronlugaraunaenfermedaddelSNC conocidacomoenfermedaddeMinamata(88).Unosaosmstarde (1965),aparecieneldeltadelroAgano,cercadeNiigata(Japn),un episodioepidmicosimilarenelquemurieron26personasdelos47casos registrados,debidodenuevoalacontaminacindepescadodeforma anloga. OtraimportantetragediaconmilesdeafectadossedioenIraken 1974.Dichacatstrofefueocasionadaporladerivacinfraudulentaparala fabricacin de pan de cereal tratado con fenilmercurio (2, 6, 9, 89). Adems en dicho pas hubo tambin problemas por tratar el maz con fungicidas que contenanmercurio.CasossimilaresocurrieronenGhanaconelmaz,en China con el arroz en los aos setenta y en Suecia con la contaminacin del agua por el uso de pesticidas organomercuriales (6). Actualmente,existelacreenciadequeestamossiendotestigosdeun nuevocasosimilaraldeMinamataenlabahaamaznicadebidoala extraccindeoroqueseestllevandoacabomedianteamalgamasde mercurioyaqueelposteriorcalentamientodelaamalgamapararetirarel oroprovocaimportantesemisionesalaatmsfera(4,6,9,80).Adems, existen evidencias claras de contaminacin grave en los ros donde se llevan a cabo estas extracciones, vindose afectada la fauna pisccola de la zona (23, 56, 90). Captulo I 46 4.- ANLISIS DE CONTENIDOS TOTALES DE MERCURIO 4.1 DETECCIN POR TCNICAS ATMICAS Entrelastcnicasqueseempleanenladeterminacindemercurio destacan:laespectroscopiadeabsorcinatmica,laespectroscopiade emisinatmica,laespectroscopiadefluorescenciaatmicayla espectrometra de masas con fuentes de plasma. 4.1.1 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIN Y EMISIN ATMICALaespectroscopiadeabsorcinatmica(AAS)ydeemisinatmica de llama (AES), an denominada como fotometra de llama, son dos tcnicas conmltiplesaplicaciones,quepermitendeterminarunamplionmerode metales y no metales en prcticamente todo tipo de muestras, considerando que, para ciertos elementos, pueden alcanzar concentraciones inferiores a los g L-1. Entodaslastcnicasatmicaslamuestradebeser,enprimerlugar, convertidaenvaporatmicomedianteunprocesoconocidocomo atomizacin, para que posteriormente esa muestra atomizada sea sometida a laaccindeunafuentedeexcitacinconobjetodemedirlaemisino absorcin que experimenta. En principio, los espectros de absorcin son ms simples que los de emisin por lo que debera ser preferible basar las medidas enlaabsorcinatmicamsqueenlaemisindellama.Sinembargo,la matrizenlaqueseencuentraelelementopuedeprovocarinterferencias, interaccionesqumicas,unainestabilidaddenivelesydefenmenosanexos que se producen a elevadas temperaturas y que pueden dificultar la medida de la absorbancia. Algunos de estos fenmenos se indican esquemticamente en la figura 1.14. Introduccin 47 Figura 1.14. Evolucin de un aerosol en una llama (91) Como a temperatura ambiente el mercurio se encuentra en forma de vapormonoatmicosuatomizacinesmssimplequeladeotros elementos.Portanto,parasudeterminacinbastaconreducirelmercurio inorgnicoamercurioelementalutilizandounreductor,comoSnCl2o NaBH4, paraposteriormenteatravsdeungasinertearrastrarlohastael sistemademedida.Estemtodoconocidocomodevaporfroocold vapour (CV) es el mtodo de anlisis de mercurio ms extendido ya que no hayprdidasenlaintroduccindelamuestra,loquepodraocurriral utilizarmuestrasnebulizadas.Traslageneracindelvaporfroladeteccin tienelugarporabsorcinatmicautilizandounalmparadectodohueco demercurioymidiendoaunalongituddeondade253,7nm.Portanto, esta tcnica se denomina CV-AAS. Una variante de esta tcnica, que tambin permiteelanlisisdemuestraslquidasoslidasconunaelevada sensibilidad,seralaespectroscopiadeabsorcinatmicaconvaporizacin electrotrmica (ETV-AAS) en la que se trabaja sin llama y la atomizacin tiene lugar en un tubo o cubeta de grafito calentado elctricamente. Las tcnicas de emisin atmica con llama tambin han sido utilizadas enladeterminacindemercurioaunque,engeneral,estastcnicasson MXaerosol(disolucin)MOMOHMO*MOH*MXaerosol(slido)MXgasM++eM+*1 evaporacin2 volatilizacin3 disociacin4 ionizacin5 reaccin6 descomposicin7 recombinacinMX*12 34576Abs.Em.Em.Em. Abs.Abs.M(atmico)M*(atmico)Em.Abs.Captulo I 48 menossensiblesquelasdeabsorcinatmicaparaelementosconlneasde resonancia inferiores a 270 nm. Esto es debido a que las temperaturas de la llama son normalmente insuficientes para lograr excitar a una gran poblacin detomosalprimerestadoexcitadoparaqueposteriormentepueda producirselacorrespondienteemisin.Adems,existenotraslimitaciones quenohanpodidosersubsanadasyquehacenquelastcnicasdeemisin atmicaconllamasigansinserdemasiadoutilizadasenestetipode determinaciones.Entreestaslimitacionesseencuentralaperturbacin ocasionadaporlasinterferenciasespectrales,especialmenteenlaregindel ultravioleta visible donde se observan numerosas bandas moleculares (91). Elempleodeotrasfuentesdiferentesalallamacomolasdearcoychispaelctricas,perosobretodo,elplasmahanmejorado considerablementelasposibilidadesanalticasdelaespectrometrade emisinyhanampliadosucampodeaplicacin,especialmenteparala determinacindeelementos,comoelmercurio,queseencuentranenla partecentraldelatablaperidicayposeenespectrosdeemisinmuyricos en lneas. Elplasmaesunamezclagaseosaconductoradelaelectricidadque contieneunaconcentracinsignificativadecationesyelectrones.Enel plasma de argn que se emplea en los anlisis de emisin, los iones argn y loselectronessonlasprincipalesespeciesconductoras.As,estosiones,una vezformadosenelplasma,soncapacesdeabsorbersuficientepotenciade una fuente externa, como para mantener un nivel de temperatura en el que la ionizacin adicional sustenta el plasma indefinidamente. Lasfuentesdeplasmaofrecenclarasventajasoperacionalessobre otras fuentes de emisin como la llama, el arco o la chispa porque, al poder alcanzartemperaturasmuysuperiores,tienencapacidadparaatomizare ionizarlamayoradeloselementos,incluidoelmercurio.Ademslas muestraslquidasygaseosassonintroducidasytratadasconfacilidadporel plasma, lo que permite elevados valores de exactitud, sensibilidad y precisin enlosanlisisparanumerososelementos.Puedenutilizarsetrestiposde Introduccin 49 plasmacomofuentesdeemisin:plasmadecorrientecontinua(DCP), plasmaacopladoinductivamente(ICP)yplasmainducidopormicroondas (MIP)(92).Deestastresfuentes,laderadiofrecuenciasodeplasma acoplado inductivamente (ICP) es la que ofrece mayores ventajas en relacin con la sensibilidad y la ausencia de interferencias. Esta fuente consiste en tres tubosconcntricosdecuarzoatravsdeloscualesfluyeunacorrientede argn.Rodeandolapartesuperiordeltubodemayordimetro (aproximadamente 2,5 cm) se encuentra una bobina de induccin refrigerada poragua,alimentadaporungeneradorderadiofrecuencias.Laionizacin del argnque fluye se inicia por medio de una chispa que proviene de una bobinaTesla.Losionesresultantesysuselectronesasociadosinteraccionan entonces con el campo magntico oscilante que se produce por la bobina de induccin. Esta interaccin hace que los iones y los electrones se muevan en trayectorias anulares cerradas (figura 1.15) (92). Figura 1.15. Tpica fuente de plasma acoplado inductivamente 4.1.2 ESPECTROSCOPIA DE FLUORESCENCIA ATMICA Laespectroscopiadefluorescenciaatmica(AFS)esunatcnicade emisin que, a diferencia de la AES, ofrece una gran sensibilidad en la regin ultravioleta. Sin embargo, su sensibilidad es mucho menor en la regin visible Captulo I 50 debidoalasintensasinterferenciasqueexperimentaenlalneabaseya procesosdequenchingenestazonaespectral(93).Paraquepueda producirseelprocesodeemisinfluorescente,previamentedebehaber tenidolugarunprocesodeabsorcinqueimplicardosomstransiciones electrnicas.Elprocesoemisivofluorescentepuedeproducirsedediversas formasloqueimplicaqueexistandistintostiposdefluorescencia: fluorescenciaresonante,fluorescenciasensibilizada,fluorescenciaStokeso anti-Stokes, fluorescencia retardada (94). Uno de los elementos que se suele estudiar por AFS es precisamente elmercurioyaqueesteprocedimientoesmsselectivoysensiblequeotras tcnicasdeespectrometraatmica.Estoseexplicaporelhechodequeel mercurioabsorberadiacinyacontinuacinproducefluorescenciade resonancia a una longitud de onda de 253,7 nm, de manera que la cantidad defluorescenciageneradavaadependerdelaintensidaddelaradiacin incidente.Aspues,aumentandolaintensidaddelafuentederadiacin puedeconseguirseunaumentodelafluorescenciaeindirectamenteun aumento en la sensibilidad.Lasfuentesderadiacincontinuaodebandaanchacarecendela suficienteintensidadparasuaplicacinenAFS.Porello,comoocurreenel casodelmercurio,seempleanlmparasdedescargadevaporatmico.Un diagramaesquemticodelaconfiguracindeunsistemaAFSapareceenla figura 1.16. Figura 1.16. Diagrama esquemtico de un detector AFS TubofotomultiplicadorFiltroGasauxiliarenvolventeCluladereferenciaEntradademuestraColimadorLenteChimeneadeintroduccinLmparadeHgIntroduccin 51 ParaladeterminacindemercurioporAFS,ladeteccinsuele combinarse con la generacin de vapor fro, vapor que suele ser generado de dosformas:qumicamenteoporpirlisis.Estatcnicafuedesarrolladapor HatchyOtten1968(95)ysebasaenlareduccindelmercurioinico divalente (Hg2+) hasta su forma metlica (Hg0) en disolucin cida utilizando unreductorfuertecomoborohidrurosdico(NaBH4)ocloruroestannoso (SnCl2).Enamboscasoslostomosdemercurioquesonvaporizados llegarn hasta el detector AFS al ser arrastrados por una corriente de gas, tal y como ocurra en la tcnica CV-AAS. Sin embargo, en la fluorescencia es de granimportancialaeleccindelgasparaalcanzarlamayorsensibilidad posible y por este motivo, se suele elegir como gas el argn y no el aire o el nitrgenoquepodranoriginarprocesosdequenchingqueharan disminuir la seal. Las tcnicas de determinacin de mercurio con AFS previa generacin del vapor fro y formacin de amalgamas se vienen utilizando extensamente desde hace aproximadamente una dcada, alcanzndose lmites de deteccin del orden de 0,1 ng L-1. 4.1.3 ESPECTROMETRA DE MASAS CON FUENTES DE PLASMA El acoplamiento de plasmas ICP y MIP con espectrmetros de masas (MS)hadadoorigenatcnicasanalticasmuchomspoderosas,muytiles paraladeterminacindeelementostrazacomoelmercurio.Conestas tcnicas se alcanzan lmites de deteccin similares a los del AFS del orden de pocas partes por trilln (96). No obstante, entre ambas fuentes de plasma el acoplamientoICP-MSsuelesermsempleadoparaestetipode determinaciones ya que presenta importantes ventajas. El ICP-MS se utiliza no slo por su alta sensibilidad sino tambin por lareduccinencuantoaltiempodeanlisisylacantidaddemuestra,as comoporsuscapacidadesmultielementalesymultiisotpicas.Adems,la deteccinporICP-MSnosofreceunainformacinisotpicaadicionalyla Captulo I 52 posibilidadderealizardilucionesisotpicasestablesmuytilesenelanlisis de especiacin de metales (97).Latcnicadedilucinisotpicaproporcionaunainteresante alternativaparatratardeevitarlosproblemasquepuedendarseenlas etapaspreviasdepreparacindelasmuestrasencuantoatransformaciones oprdidasdelasespeciesadeterminar.Estatcnicapermitedetectar fcilmentelasposiblesreaccionesdeinterconversin.Adems,comoel istopo enriquecido presenta un estado equilibrado y equivalente al istopo natural,estehecholoconvierteenelpatrninternoideal(98).Portodo ello,latcnicadeespectrometrademasascondilucinisotpica(IDMS) puedeconsiderarseunmtodoabsolutoparaelanlisisdecompuestos organometlicos, como el monometilmercurio, puesto que prcticamente no presentaincertidumbresalcorregirciertascontribucionesqueafectanala exactituddelprocesoanalticocomobajasrecuperaciones,prdidasdela muestraolasposiblesreaccionesdeinterconversinquepuedenocurrir durante el pretratamiento de la muestra (98-101). 4.2PREPARACINDEMUESTRASPARAELANLISISDE MERCURIO TOTAL Comoyasehaindicadoanteriormente,lasdeterminacionesde elementoscomoelmercuriohacenusoprincipalmentedelastcnicasde espectroscopiaatmica.Sinembargo,enladeterminacindemercuriola calidaddelosresultadosvaadependerengranmedidadelasetapasde pretratamiento de la muestra (102). En general, el tratamiento de la muestra constituyelaetapamslarga,laboriosaycrticaparaladetecciny cuantificacin de elementos metlicos a niveles de trazas (103).Parallevaracabodeterminacionesdemercuriototalesfrecuente usar la generacin de vapor fro de mercurio elemental. Esta tcnica requiere que las muestras hayan sido tratadas previamente para asegurar que todo el mercurioseencuentraensuestadodeoxidacin+2,esdecir,enformade Introduccin 53 mercurioinorgnico.Ascuandoestemercuriosepongaencontactoconel agentereductorseformarmercurioelementalqueespurgadodela disolucinenlaqueseencontrabaytransportadoaldetector.Ademsde estepretratamientooxidante,enelcasodequelamuestraseaslida, tambin ser necesaria una etapa previa de extraccin. 4.2.1 PRETRATAMIENTO DE MUESTRAS LQUIDAS Paraladeterminacindemercuriototalenaguasnaturaleses importantedistinguirentrelafraccindisueltaylaparticulada.Poreste motivo en primer lugar debe realizarse una filtracin de las muestras para, a continuacin y de forma independiente, analizar la muestra filtrada (fraccin disuelta)yelfiltro(fraccinparticulada).Estafiltracinpuederealizarse empleando filtros de distintos tipos pero, en todos los casos, stos han de ser previamentelavadosconaguaacidificada(HNO3 al1%).Esrecomendable que los filtros sean de materiales plsticos como el nylon o el tefln, ya que materialescomolasfibrasdecelulosapodrandisgregarseenlaposterior extraccinalaquedebensersometidoslosfiltros,loquedificultarael anlisisdelafraccinparticulada.Ademssilosfiltrosfueranhidrofbicos tendranqueserpreviamenteactivadosconelcorrespondientedisolvente orgnico (acetona, metanol).Unavezfiltradaslasaguas,suestudiosuelecentrarseenlafraccin disueltayporestemotivohabitualmenteporsimplificacinsehablade anlisisdeaguascuandorealm