Actas 2 Dakota del Norte IMEKO TC 11 Simposio Internacional INFRAESTRUCTURA METROLÓGICA 15-17 de junio de 2011, Cavtat, Riviera de Dubrovnik, Croacia SAL EN SUELOS: MÉTODOS DE EXTRACCIÓN Y ANÁLISIS I. Durickovic, G. Derombise, L. Framont-Terrasse, S. Thomann, M. Marchetti CÉTÉ de l'Est - Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Nancy, Tomblaine, Francia Correo electrónico (autor correspondiente): ivana.durickovic@developpement- durable.gouv.fr Resumen - Demostramos la importancia del procedimiento de preparación y extracción de muestras para el estudio de salinidad del suelo. Se presenta una comparación entre las técnicas más comúnmente utilizadas para la evaluación de la cantidad de sal en las muestras. Se probaron varios procedimientos de preparación de muestras y extracción de sal. Calculamos la eficiencia de cada procedimiento gracias a la preparación de muestras de suelo con una salinidad conocida con precisión. Esto nos permitió determinar qué procedimiento de preparación y extracción de muestras ofrece la mejor eficiencia y precisión. Por tanto, se realizó una serie de medidas con la dosificación de absorción atómica y potenciometría, siendo estas las técnicas más utilizadas para la evaluación de la cantidad de sal en una muestra acuosa. El objetivo de este estudio es desarrollar un método de análisis para suelos contaminados con sal de carreteras. técnicas utilizadas para la cuantificación de sal, la espectrometría de absorción atómica y la dosificación mediante potenciómetro. Estas dos técnicas dan información complementaria, ya que la primera nos proporciona la cantidad de iones de sodio Na + y la segunda la cantidad de iones de cloruro Cl-. Sin embargo, estas técnicas nos informan sobre la concentración de estos iones en un líquido y no pueden emplearse para la medición en el suelo mismo. Por ello, se investigó la posibilidad de analizar la solución obtenida por lixiviación del suelo como medio de extracción de sal. Para encontrar el método con la mejor eficiencia de extracción, se variaron varios parámetros de preparación de la muestra, como el tiempo de lixiviación y la relación sólido / líquido de extracción. 2. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Palabras clave: salinidad del suelo, técnicas de extracción, absorción atómica, Se recolectaron muestras de suelo en las cercanías del laboratorio LRPC, en dosificación potenciométrica. la zona suburbana de Nancy (parte este de Francia). Para la comparación de la 1. INTRODUCCIÓN eficiencia y precisión de los diferentes métodos utilizados para el análisis de concentración, es necesario conocer la concentración precisa del suelo. Por lo La sal para carreteras (principalmente cloruro de sodio) se usa tanto, en este estudio preliminar, las muestras de suelo se contaminaron con una ampliamente en el mantenimiento invernal como un medio para preservar salmuera de una concentración determinada con precisión. Para minimizar las la seguridad del tráfico mediante su capacidad de deshielo. Bajo la incertidumbres que podrían estar presentes debido a la humedad del suelo o al influencia del tráfico [1], así como de las condiciones meteorológicas, se tamaño de la partícula granular del suelo, la preparación de la muestra contiene transporta cierta cantidad de sal al entorno de la carretera. Las ruedas del varios pasos. vehículo provocan las salpicaduras de sal, el viento la lleva y la lluvia provoca escorrentías. Por tanto, la sal se transfiere por múltiples medios al entorno circundante de la carretera, y algunos estudios muestran que 2.1. Secado y tamizado de las muestras de suelo En primer lugar, para minimizar el impacto de la humedad en la se puede encontrar hasta a 100 metros de la carretera [2]. Por tanto, el entorno de la carretera está directamente expuesto a la sal de la carretera precisión del método, las muestras de suelo se calientan previamente a 105 y los inconvenientes medioambientales de esta exposición son bien ° C durante 24 horas hasta la estabilización de su masa (se evaporó toda la conocidos en la actualidad [3-5], con especial atención a la vegetación y humedad contenida en la muestra). Este proceso es necesario para calcular las aguas subterráneas de la carretera. Para restringir estos impactos, con precisión la cantidad de sal en una masa unitaria de la muestra de suelo, esta debe estar completamente seca. Se realizó un tamizado basto para eliminar todas las partículas de suelo mayores a 2 µm. Este paso nos permitió eliminar todas las El cloruro de sodio se descompone en iones de sodio, Na + e iones de cloruro, Cl-, que penetran en el suelo bajo la influencia del agua corriente. En las impurezas que se pudieran encontrar en los suelos, como pequeñas proximidades de la superficie, el suelo contiene principalmente iones de sodio, rocas, briznas de hierba, etc. Además, nos permitió uniformar el tamaño ya que el cloruro se transporta en las capas inferiores del suelo. Por lo tanto, el de las partículas del suelo y así homogeneizar su capacidad de absorber sodio se puede encontrar como cloruro de sodio en una solución o como ión de sal en su superficie. sodio intercambiable. En este trabajo presentamos una comparativa de diferentes técnicas 2.2. Contaminación del suelo y extracción de sal de preparación de muestras para los suelos contaminados por sal. Para La contaminación de las muestras de suelo se realizó con una masa precisa de ello, probamos los más comunes una salmuera de NaCl de concentración conocida y 144 Actas 2 Dakota del Norte IMEKO TC 11 Simposio Internacional INFRAESTRUCTURA METROLÓGICA 15-17 de junio de 2011, Cavtat, Riviera de Dubrovnik, Croacia preparado con agua destilada. Luego se agita con una turbula durante varias La ubicación geográfica de los sitios donde se tomaron las cinco muestras horas (3h) para obtener una mezcla homogénea. Se realiza otro ciclo de analizadas se ilustra en la Fig.2 y sus correspondientes contenidos de secado de la muestra durante 24 horas, hasta la evaporación total de la sodio y cloruro en la Fig.3. humedad. La extracción de sal se obtiene por lixiviación del suelo con una precisa relación sólido / líquido R dado en (1): R= masa de suelo • kg • volumen de agua destilada • L • . (1) Por razones de homogeneidad, la mezcla se agita con un turbula durante 20 horas, seguido de un decantado de 24 horas. Dado que la disolución de la sal se completa gracias a la contaminación con salmuera y no con sal sólida, la decantación permite minimizar las partículas del suelo que podrían perturbar las medidas de salinidad. A continuación, se recoge y filtra el sobrenadante para eliminar la tierra que queda en suspensión. Fig. 2. Lugares de recogida de las muestras de suelo: Rouen (A), Tomblaine (B), Metzeral (C), Plan de Baix (D), Codognan (E). 2.3. Métodos de análisis de salinidad La concentración de iones de sodio, Na +, se determina por absorción atómica. Esta técnica tiene un rango de detección de 0 a 4 mg (Na +) / L. Las soluciones no diluidas se filtran con una jeringa que contiene una membrana filtrante (0 - 45 µm), para no dañar el capilar del aparato. Dado que las salmueras preparadas tienen concentraciones mucho más altas que el límite del aparato, fueron necesarias diluciones. Para el ion cloruro, Cl-, titulación potenciométrica con nitrato de plata (AgNO 3 a 0,01 y 0,1 mol / L). El aparato utilizado es un titulador automático de Titrando ® mostrado en Figura 1. Fig. 3. Concentración de cloruro y sodio en muestras recolectadas en diferentes lugares de Francia. La figura 3 muestra los resultados obtenidos para la concentración de cloruro y sodio para las muestras recogidas en diferentes regiones de Francia. Podemos notar que la concentración del ion sodio es bastante constante, de 7 a 16 mg / kg (suelo). Sin embargo, el ion cloruro se ve mucho más afectado por la ubicación del sitio de recolección de suelo. Su concentración está contenida en el rango entre 0 y 3 mg / kg (suelo), excepto para el suelo Tomblaine donde está presente con una concentración de 10 mg / kg (suelo). Para las dos especies, las concentraciones más elevadas se encontraron en Tomblaine, nuestro primer sitio de recolección. Fig. 1. Titulador automático Titrando ® utilizado para la determinación de el ion cloruro por titulación potenciométrica. Esta técnica se basa en la evolución de la diferencia de potencial entre un electrodo de plata y uno de mercurio saturado. El nitrato de 3.2. Influencia de la tasa de extracción y la duración de la lixiviación En esta parte se estudió la influencia del ratio de extracción y del tiempo plata tiene una función tituladora y provoca la precipitación de cloruro de plata, AgCl. La concentración de la solución se calcula en función del de lixiviación mediante la comparación de las eficiencias obtenidas. Así, para AgNO. 3 cantidad utilizada para la precipitación, asumiendo que todos los iones cloruro han precipitado. cada muestra de suelo, se midió su concentración de sal natural (sodio y cloruro) y se restó de la concentración obtenida para las muestras de suelo contaminado. La salinidad proveniente de la muestra de contaminación así obtenida se comparó con la salinidad teórica calculada, conociendo el 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN volumen exacto de la salmuera utilizada para la contaminación de una masa unitaria de suelo. 3.1. Estimación de la salinidad estándar del suelo Los ratios de extracción R de 1/1, 1/3, 1/5, 1/10, 1/15, 1/20 y dos Para saber cuánta de la salinidad que se encuentra en un suelo es provocada por la sal de la carretera, es necesario conocer la salinidad natural del suelo. Por lo tanto, se tiempos de lixiviación (2 y 20 horas) y se midieron las concentraciones recolectaron varias muestras de suelo en Francia para estimar los niveles estándar de de cloruro y sodio para cada caso. Las eficiencias calculadas se salinidad en los suelos. presentan en la Fig.4. 145 Actas 2 Dakota del Norte IMEKO TC 11 Simposio Internacional INFRAESTRUCTURA METROLÓGICA 15-17 de junio de 2011, Cavtat, Riviera de Dubrovnik, Croacia la masa real contenida en las muestras de suelo (m NaCl reales), con una eficiencia de extracción de hasta el 89%. 3. CONCLUSIÓN El análisis de la sal en los suelos es un proceso bastante complejo debido a la necesidad de la preparación de la muestra y la extracción de la sal. Al variar varios parámetros involucrados en este proceso, logramos resaltar el proceso de preparación y extracción más simple que proporciona la mejor eficiencia. La absorción atómica y la titulación por potenciometría se utilizaron como medio para determinar la forma más eficiente de extraer la sal del suelo. Las pruebas de tiempo de lixiviación señalaron la importancia de dejar el proceso de lixiviación durante aproximadamente 20 horas para maximizar la Fig. 4. Eficiencia de la determinación de la concentración de iones sodio extracción de sal. Además, mostramos que las relaciones de extracción de masa (arriba) y cloruros (abajo) en función de la relación de extracción, para dos sólida de suelo a volumen de agua destilada que ofrecieron mejores resultados tiempos de lixiviación (2 y 20 horas). corresponden a 1/3 y 1/5, eligiéndose la segunda relación por ser más sencillo recolectar la solución de ella. La Fig. 4 muestra la contribución del tiempo de lixiviación a la eficiencia de extracción de los iones sodio y cloruro. La eficiencia fue mayormente superior Se demostró la importancia de tener en cuenta la salinidad natural del en aproximadamente un 10% para la lixiviación de 20 horas en comparación suelo, ya que puede alcanzar hasta 16 mg [Na +] y 10 mg [Cl-] por masa con la obtenida con una lixiviación de 2 horas. Los ratios de extracción que unitaria de suelo. Su salinidad natural debe restarse de la salinidad del suelo ofrecieron mejores eficiencias fueron los de 1/3 y 1/5. Se eligió este último, ya calculada, nuestro objetivo es la detección de la influencia de la sal de la que la cantidad de sobrenadante era mayor y, por tanto, más fácil de recoger carretera en la salinidad del suelo. Este trabajo abrió el campo para desarrollar, para el análisis. probar e implementar una nueva técnica óptica para la medición de la salinidad del suelo basada en una técnica desarrollada para la medición de la salinidad en soluciones acuosas [6]. 3.3. Validación del método elaborado Las mediciones anteriores tenían el objetivo de determinar qué preparación de muestras y extracción de sal ofrecían la mejor eficiencia. Para estas mediciones, las muestras de suelo fueron contaminadas con REFERENCIAS sal en el laboratorio, por lo que se conoció su salinidad final “teórica” lo que nos permitió calcular la eficiencia de extracción. Fue necesario validar el [1] G. Blomqvist, M. Gustafsson: "Patrones de sal residual en la superficie de la carretera"; 6 método desarrollado por estas mediciones antes de aplicarlo al análisis de th muestras con salinidades desconocidas. Por lo tanto, tres muestras de E-CO63, 2004, págs. 602-608. [2] suelo fueron contaminadas con sal por un tercero para el análisis y Simposio internacional sobre tecnología de eliminación de nieve y control de hielo, Vol. M. Gustafsson, G. Blomqvist: "Modelado de la exposición del entorno de la carretera a la sal del aire"; 6 th Simposio internacional sobre tecnología de eliminación de nieve validación de nuestro método. y control de hielo, Vol.E-CO63, 2004, págs. 296-306. [3] Los resultados obtenidos con tres muestras contaminadas se muestran en la A. Lundmark: “Modelización de los impactos de la sal de deshielo en el agua del suelo en un entorno de carretera”, Informe técnico TRITA-LWR.LIC 2024, Tabla I.Se muestra la concentración de iones sodio y cloruro obtenida para las KTH Land and Water Resources Engineering, 2005. muestras de prueba, así como la masa correspondiente de NaCl encontrada [4] después de la conversión de mol / L en g / L y tomando teniendo en cuenta el NA Trahan, CM Peterson; “Factores que impactan la salud de la vegetación de volumen de la muestra de ensayo (200 gramos de suelo contaminado con una los caminos”, Informe técnico CDOT-DTD-R-2005- relación de extracción de 1/5). 12, Subdivisión de Investigación del Departamento de Transporte de Colorado, 2007. [5] TABLA I. Resultados obtenidos en tres suelos contaminados Congreso Internacional de Carreteras de Invierno, 2002. muestras: concentraciones de iones encontradas en una muestra de prueba, la masa de NaCl [6] calculada a partir de ella y la eficiencia obtenida. [N / A] (g / L) Muestra 1 0,719 [Cl] I. Durickovic, R. Claverie, M. Marchetti, P. Bourson, JM Chassot, MD Fontana; “Estudio experimental de soluciones acuosas de NaCl por metro NaCl (mol / L) calc. (gramo) 0,0444 G. Blomqvist; “Sal de deshielo y medio ambiente en las carreteras: estrategias para análisis de impacto”; PIARC 2002, 11 th 5,74 espectroscopia Raman: Hacia un nuevo sensor óptico”; Espectroscopia metro NaCl eficiencia real (gramo) aplicada, Vol.64, Número 8, (%) 7,50 76 Muestra 2 0,458 0,0305 3,85 5,00 77 Muestra 3 0,190 0,0096 1,33 1,50 89 2010, págs. 853-857. Autor (es): Investigador asociado, I. Durickovic, CÉTÉ de l'Est - Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Nancy, 71 rue de la Grande Haie, 54510, Observamos una buena correlación entre la masa de cloruro sódico Tomblaine, Francia, tél .: +33 (0) 3 83 18 31 72, fax: +33 (0) 3 83 18 41 00, ivana.durickovic@developpement- durable.gouv.fr. Analista obtenida por nuestro método (m NaCl calc.) y de investigación, G. Derombise, CÉTÉ de l'Est - 146 Actas 2 Dakota del Norte IMEKO TC 11 Simposio Internacional INFRAESTRUCTURA METROLÓGICA 15-17 de junio de 2011, Cavtat, Riviera de Dubrovnik, Croacia Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Nancy, 71 rue de la Grande Haie, 54510, Tomblaine, Francia, tél .: +33 (0) 3 83 18 41 37, fax: 83 + 33 (0) 3 18 00, 41 [email protected] . Analista de investigación, L. Framont-Terrasse, CÉTÉ de l'Est - Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Nancy, 71 rue de la Grande Haie, 54510, Tomblaine, Francia, fax: +33 (0) 3 83 18 41 00, [email protected] . Químico en prácticas, S. Thomann, CÉTÉ de l'Est - Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Nancy, 71 rue de la Grande Haie, 54510, Tomblaine, Francia, fax: + 33 (0) 3 [email protected] . 83 18 41 00, Investigación asociado, M. Marchetti, CÉTÉ de l'Est - Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Nancy, 71 rue de la Grande Haie, 54510, Tomblaine, Francia, tél .: +33 (0) 3 83 18 31 60, fax: +33 (0) 3 83 18 41 00, [email protected] . 147
