Opinión

COLUMNA: Ciencia y Futuro

La importancia del electrodo de pasta de carbón en la detección de metales pesados en el ambiente

Por Dr. José Manuel Flores Álvarez*

Los metales pesados son elementos inorgánicos que pueden encontrarse en suelos, agua y aire, ya sea por efecto antropogénico o de forma natural. Por este motivo, estas sustancias pueden ser absorbidas fácilmente por plantas y algas, ingresando así a la cadena alimentaria, llegando a su último eslabón, por un proceso llamado bioacumulación. Esto conlleva un elevado riesgo para la salud del ser humano y del medio ambiente en general, ya que en cantidades muy pequeñas estos contaminantes pueden generar serios problemas de salud e incluso, provocar la muerte y, por si fuera poco, debido a su naturaleza inorgánica, no pueden degradarse o biodegradarse. Algunos ejemplos de metales pesados pueden ser: el arsénico, el cadmio, el plomo, el cobre, el cromo, el mercurio, etc.

Con el objetivo de minimizar el riesgo que provoca este tipo de contaminantes, es importante monitorear constantemente en el ambiente la cantidad (o concentración) de metales pesados y con este fin, existen técnicas analíticas como titulaciones volumétricas, espectroscopía, métodos electroquímicos, etc. En años recientes, estos últimos métodos han llamado la atención a nivel mundial debido a que presentan ventajas tales como, alta precisión, bajo costo, así como una marcada sensibilidad y selectividad al momento de detectar metales pesados; además de que las mediciones pueden realizarse in situ.

Por otro lado, para monitorear sustancias contaminantes empleando técnicas electroquímicas, es necesario utilizar sensores que se enfoquen en detectar concentraciones muy pequeñas de un solo contaminante o varios a la vez. Esto se puede lograr mediante el empleo de electrodos que funcionan como sensores. Un tipo de electrodo que tiene una gran aplicación y versatilidad en la detección de contaminantes es el “electrodo de pasta de carbón” (CPE, por sus siglas en inglés). Utilizarlos como sensores de metales pesados es una forma simple, barata y rápida de alcanzar las ventajas descritas más arriba, e incluso, de superar a las técnicas convencionales; sin embargo, para que este tipo de sensores sean efectivos, para lo que deseamos, previamente es necesario estudiar su comportamiento de forma teórica y experimental frente a los contaminantes de interés.

Un electrodo de pasta de carbón está compuesto por una mezcla de algún aceite mineral (no conductor de corriente eléctrica) y polvo de grafito (conductor). Esta mezcla forma una pasta que se introduce en el cuerpo del electrodo y mediante un contacto eléctrico transmitirá una señal eléctrica, en función de un potencial, que será registrada por un equipo llamado potenciostato. La parte más importante del electrodo es la capa electroactiva o superficie del electrodo, que será la parte de la pasta que estará en contacto con los contaminantes que tendrá que monitorear. Además, el comportamiento de estos sensores depende fuertemente de la estructura superficial del electrodo. Por lo anterior, la superficie del electrodo puede ser modificada agregando a la mezcla antes mencionada algún compuesto químico que sea capaz de mejorar considerablemente la detección de metales pesados. Cuando a un CPE se le agrega un componente extra -aparte del grafito y del aceite que ya contiene- se le llama “electrodo de pasta de carbón modificado” (MCPE, por sus siglas en inglés).

En este contexto, el cuerpo académico UCOL-CA-112, “Fisicoquímica Teórica y Aplicada” ha hecho considerables esfuerzos en el desarrollo y estudio de electrodos de pasta de carbón modificados para la detección de metales pesados en soluciones acuosas. Para este fin, se han utilizado como modificantes, compuestos orgánicos, tales como el 2,2’-dithiobis (benzotiazol) (MBTS) y el 2-mercaptobenzotiazol (MBT). Parte del estudio de estos MCPEs se han empleado técnicas experimentales (electroquímica) y teóricas (química computacional), que actúan en sinergia. Utilizando la química computacional, es posible estudiar el comportamiento del sensor en presencia de metales pesados antes de la experimentación, marcando el sendero que se debe de seguir durante la experimentación electroquímica, lo que conlleva ventajas, tales como ahorro de tiempo y dinero. Esto último se debe a que antes de la experimentación, se estudian distintos compuestos modificadores del electrodo y solo los resultados más prometedores, arrojados por la química computacional, son los que se prueban experimentalmente. Además, la química computacional, es capaz de arrojar evidencia que explica el comportamiento electroquímico del sensor.

Actualmente, el CA continúa el estudio de detección de metales pesados utilizando distintos compuestos orgánicos como modificadores, con la finalidad de aumentar la sensibilidad y selectividad hacia los mencionados contaminantes; asimismo, está en periodo de ampliación la investigación utilizando otro tipo de electrodos para el monitoreo de otro tipo de contaminantes emergentes. Los hallazgos encontrados han sido documentados en la publicación de los resultados obtenidos por el cuerpo académico (CA) al estudiar un CPE modificado con MBT en presencia de varios metales en el Journal of Electroanalytical Chemistry, con el título “2-Mercaptobenzothiazole modified carbon paste electrode as a novel copper sensor: An electrochemical and computational study”, Volumen 888, 1 May 2021, p.115208, el cual puede consultarse en línea en la siguiente dirección electrónica: https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2021.115208

*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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