El Comentario - Universidad de Colima

COLUMNA: Ciencia y Futuro

Contando el cobre

Por Dr. Kayim Pineda*

Los metales pesados son un conjunto de elementos químicos que pueden ser venenosos para el organismo en pequeñas cantidades; este grupo incluye al mercurio, plomo, níquel, cromo, plata y cobre, por mencionar algunos. Estos metales ocurren de manera natural en minerales, pero su explotación y utilización en la minería, la industria metalmecánica, la agricultura, el transporte y otras actividades basadas en metales, los lleva desde sus formaciones geológicas de origen hasta nuevos entornos.

El crecimiento poblacional que conlleva una mayor demanda de estos elementos se ve reflejado en un aumento en la contaminación por metales pesados en distintos ecosistemas. Estos contaminantes se acumulan en los diversos componentes de los biomas gracias a que no son biodegradables, hasta alcanzar concentraciones peligrosas en aguas y suelos. A partir de esas fuentes, los metales pesados pueden ingresar a los seres vivos y una vez más, acumularse y aumentar su concentración a lo largo de la cadena alimenticia, causando efectos negativos y no deseados.

Esta situación presenta un problema para resolverse por medio de las ciencias e ingenierías. Debido a su magnitud, es imposible plantear una solución simple y directa, que a su vez sea viable. Por ello, es importante abordar este gigante en pequeñas porciones; es decir, identificar en dónde se tiene la contaminación, medir su tamaño, mitigar el impacto que tiene la fuente de contaminación y remediar el daño que ha causado al ecosistema. En este escrito pretendo compartirles un poco de lo que hacemos en la Universidad de Colima para la detección y cuantificación de metales pesados en cuerpos y flujos de agua.

Existen diversas técnicas cromatográficas y espectroscópicas para medir metales pesados, pero implican el uso de instrumentos que suelen ser fijos y costosos. Recientemente, el uso de técnicas electroquímicas ha llamado la atención debido a que pueden lograr resultados de alta precisión y sensibilidad a un bajo costo.

En este sentido, dentro de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad de Colima, comenzamos un proyecto para desarrollar sensores electroquímicos para la detección de metales pesados a partir de materiales baratos y accesibles en cualquier parte del mundo. Dentro de este proyecto de reciente creación, hemos logrado los primeros resultados satisfactorios y alentadores. A principios de 2021 pudimos optimizar la composición y utilización de un sensor hecho de una mezcla de pasta de carbón y una molécula orgánica llamada mercaptobenzotiazol o MBT, para ahorrarnos el trabalenguas.

Desde el comienzo del proyecto, nos planteamos una hipótesis en donde el MBT sería el culpable del éxito del sensor. Esto se debe a que es un compuesto químico que desde hace muchos años se ha utilizado en la industria minera para la flotación de minerales, en donde se explota el hecho de que algunos metales se adhieren al MBT. Afortunadamente, este sensor electroquímico resultó eficaz no solo para identificar cobre en muestras de agua, sino también para cuantificarlo de manera precisa, aún en el caso de cantidades muy pequeñas.

Sin embargo, decidimos investigar cómo ayudaba el MBT en el proceso de detección. Para esto, invitamos al Dr. Diego Cortés Arriagada de la Universidad Tecnológica Metropolitana de Santiago, Chile, quien utilizó cálculos computacionales para determinar que las moléculas de MBT se fijan en la superficie de carbón del electrodo, y al entrar en contacto con el agua contaminada con cobre interactúan con los iones del metal, capturándolos por un momento. Esa interacción es lo suficientemente fuerte para facilitar el proceso de reducción del cobre, que resulta en la señal electroquímica utilizada para medir la cantidad del metal presente en la muestra. Los involucrados quedamos muy contentos con estos resultados, ya que no sólo tenemos un nuevo sensor accesible para la detección de cobre en agua, sino que también podemos explicar a detalle el mecanismo de su funcionamiento.

La investigación resultó en una publicación en el Journal of Electroanalytical Chemistry que incluye el primer modelado computacional de la superficie modificada de un electrodo para la detección de metales pesados. Además, formalizamos la colaboración internacional, lo que permitió a un estudiante del Doctorado en Ciencias Químicas de la Universidad de Colima realizar una estancia virtual de investigación con el Dr. Cortés.

Ahora, el MBT es uno de muchos mercaptobenzoderivados, por lo que realizamos los cálculos computacionales correspondientes para identificar otros compuestos químicos que sean útiles para diseñar sensores enfocados en otros metales pesados e incluso otros contaminantes ambientales emergentes. Los profesores del cuerpo académico “Fisicoquímica teórica y aplicada” tenemos mucho trabajo por hacer, y estamos contentos por ello.

 

*Profesor-Investigador de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad de Colima

 

Las opiniones expresadas en este texto periodístico de opinión, son responsabilidad exclusiva del autor y no son atribuibles a El Comentario.

 

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