Campus Ciencia

Reducir el impacto ambiental y la derrama económica desde la ultramicrovaloración

FES Cuautitlán

En los últimos años más de siete millones de personas han muerto a causa de la exposición ambiental; problemas respiratorios y cutáneos son algunos de los daños que comprueban el inminente riesgo de la contaminación sobre la salud humana. De acuerdo con información reportada por la OMS (Organización Mundial de la Salud) en 2015, existe un vínculo directo, principalmente, entre la contaminación atmosférica y las enfermedades cardiovasculares, los accidentes cerebrovasculares, las cardiopatías isquémicas y el cáncer.

Desde este contexto, investigadores de la FES Cuautitlán han desarrollado microvaloraciones potenciométricas desde tecnologías alternativas de bajo costo que son aplicadas para los laboratorios de docencia de la sección de Química Analítica, acciones que se traducen en una importante reducción de los desechos contaminantes de la Facultad.

En entrevista, el doctor José de Jesús Pérez Saavedra, responsable de la línea de investigación, explicó que uno de los quehaceres de la especialidad de Química Analítica es evitar la generación de contaminantes químicos arrojados al medio ambiente, elementos producto de las reacciones de cuantificación hechas en los laboratorios de dicha sección. “El desafío es producir los mismos análisis pero sin generar residuos”, reveló.

Potenciometría, la técnica idónea

La Química Analítica es la disciplina que utiliza, desarrolla y optimiza la metodología e instrumentación para obtener información sobre las cantidades de determinados compuestos químicos en diversos tipos de matrices. De acuerdo con esta definición, el criterio de selección de la técnica tiene que ver con distintos aspectos: que sea un método exacto, de bajo precio, versátil y fácil realización.

Bajo esta línea, el equipo en el que también participan la maestra Sonia Rincón Arce y el doctor Julio César Botello Pozos eligió la técnica de la potenciometría, ya que posee destacadas características: la instrumentación es más barata a diferencia de otras opciones como la cromatografía de gases o de líquidos, es apta para llevar a cabo estudios de campo (no requiere de instalaciones especiales), las respuestas del potenciómetro a las medidas son rápidas y visibles, además de que se puede cuantificar una muy amplia gama de compuestos químicos.

No obstante, resulta indispensable precisar que a pesar de ser éste uno de los métodos más baratos, su costo aún es elevado. En respuesta a esto, los científicos universitarios lograron sustituir los potenciómetros por multímetros, elaboraron electrodos con tecnología propia y diseñaron un sistema completo con el fin de realizar las prácticas de laboratorio en dimensiones de microescala y, recientemente, de ultramicroescala. La intención es aminorar las cantidades de sustancias químicas ocupadas y, por ende, desechadas.

El doctor Pérez señaló que el objetivo principal de realizar ultramicrovaloraciones ácido-base, de oxidorreducción, complejométricas y de halogenuros es elaborar y probar sensores potenciométricos para emplearlos en la medición de sustancias químicas, lo cual tendrá un impacto medioambiental, ya que dicho método podrá usarse en la prevención de contaminantes y coadyuvará al fortalecimiento del desarrollo social. “El fin es desarrollar los mismos análisis sin perder información ni generar residuos químicos”, enfatizó.

El procedimiento

El procedimiento es sencillo y se compone de tres etapas: el diseño de electrodos de plata, platino y acero inoxidable 316, su tratamiento y, finalmente, su aplicación en las ultramicrovaloraciones. Para la construcción de estos conductores se requiere de un alambre elaborado con alguno de esos materiales, que diseñados como un sistema catódico/anódico, en electrodos combinados, son conectados al potenciómetro, entonces pueden ser empleados de manera similar a un electrodo convencional.

Cabe subrayar que el funcionamiento de los microelectrodos es idéntico al de los macroelectrodos comerciales, aunque los primeros pueden ser construidos dentro del mismo laboratorio, son de alta resistencia, económicos y su pequeño tamaño permite la realización de valoraciones de 200 µL (microlitros).

Un trabajo experimental de importantes resultados

Con respecto a la aplicación, tiene múltiples beneficios. A nivel docencia demuestra a los alumnos que se pueden producir investigaciones de punta con un mínimo de recursos, así como la posibilidad de replantear las metodologías clásicas de medición por métodos alternativos más nobles y eficaces.

De acuerdo con lo anterior, el académico señaló un hecho que describe como eje sustancial: “esta investigación concientiza a los estudiantes sobre la responsabilidad ambiental que adquieren como químicos. Esto indudablemente los llevará a que en un futuro se ocupen de desarrollar nuevas metodologías analíticas para reducir el impacto ecológico”, remató.

Otra de las ventajas es la evidente disminución de costos, tanto de equipo como de reactivos. Por ejemplo, el valor comercial de un potenciómetro va de los ocho mil a los veinticinco mil pesos, mientras que el de un multímetro varía entre los ciento cincuenta a los mil pesos, por tanto, los resultados en ambos son equivalentes.

Según estimaciones realizadas a 280 grupos de trabajo de los laboratorios de la sección de Química Analítica, el gasto total de reactivo valorado y por valorar a partir del método tradicional fue de 108. 21 dólares; para el año 2003, utilizando el procedimiento de la microescala, se disminuyó a 19.79 y en 2008 con la ultramicroescala se logró reducir considerablemente, dando un total de 1.98 dólares.

Es importante señalar que en los costos no se considera la cantidad invertida en el tratamiento de los residuos (muy alto en el caso de las valoraciones tradicionales), lo que puede duplicar el costo de la práctica con los residuos de la ultramicoescala, los cuales, en agua, son evaporados con la exposición al sol recuperándose así las sales formadas.

Las conclusiones

Por medio del presente proyecto las cantidades de reactivos utilizados a nivel docencia se minimizaron, así como los residuos generados. “Tal acontecimiento, además de derivar en un evidente ahorro para la Facultad, consiguió modificar la actitud de los estudiantes y los profesores con respecto al cuidado del medio ambiente”, destacó el investigador.

Actualmente estos científicos universitarios están elaborando microelectrodos para valoraciones ácido-base, de precipitación, oxidorreducción y complejométricas. El objetivo es dotar a los laboratorios de este material y así minimizar el uso de reactivos, producción de residuos y permitir a los alumnos que elaboren sus propias herramientas de trabajo, mismas que hoy son de importación.

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