WO2022140868A1 - Sistema modular simulador gastrointestinal, portátil, que cuantifica remotamente, en tiempo real, bioaccesibilidad de metales en muestra, y método. - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a lightweight and portable gastrointestinal simulator modular system and a method for remotely and real-time quantifying the concentration or amount of metals and metalloids present in a contaminated soil sample, preferably mining tailings soil, which could be accessible to the human body under regular conditions of human digestion (bioaccessibility) and determine health risks, where said metals and metalloids are selected from the group consisting of: iron (Fe), lead (Pb), zinc (Zn) and Copper (Cu), Nickel (Ni); Arsenic (As) and Cadmium (Cd), comprising: a module for upper pre-mixing or pre-gastric preparation, a module for intermediate mixing or gastric and gastrointestinal simulation, and a recirculation or lower module.
- a contaminated soil sample preferably mining tailings soil
- said metals and metalloids are selected from the group consisting of: iron (Fe), lead (Pb), zinc (Zn) and Copper (Cu), Nickel (Ni); Arsenic (As) and Cadmium (C
- the first two modules of this system have pH, temperature and agitation speed sensors that transmit information to a data center with a database where this information is stored together with pre-established pH, temperature and agitation speed values and The incoming information is compared with that stored, and an output signal or response is generated that allows at least one or more of the pH, temperature, speed controller means to be manually or automatically activated to regulate the pH and temperature inside of the sample receptors and the agitation speed of the agitation means to reach the pre-established values to reach a percentage of homogeneity of the mixture above 50%, preferably 90%.
- the present modular system comprises means for emitting auditory, sound or both signals that warn the user that sufficient time has elapsed to achieve a homogeneity of the mixture above 50% homogeneity, preferably 90%, in the intermediate module when the sample is mixed. with S and G as well as when the sample is mixed with S, G, B and D. Being enough time to reach a homogeneity of 50% in the intermediate module of half an hour.
- the time of approx. it is 1 hour.
- Physiology-based methods use synthetic fluids that substitute gastric and intestinal fluids from the human gastrointestinal tract, and also consider variables such as temperature, pH, solid-to-liquid phase ratio, time, and movement of the digestive process.
- the fluids representing different stages of the digestive process are applied sequentially, simulating the passage through the gastrointestinal tract.
- the UBM method unlike the PBET methods (for its acronym in English "Physiologically Based Extraction Test”), is carried out following the procedure described in the international standard ISO 17924, which implies that its results are comparable to the results obtained by other laboratories following the same standard.
- ISO 17924 the procedure described in the international standard ISO 17924
- the UBM method for its acronym in English, “Unified BARGE Methodology”
- it is validated through the analysis of the BGS 102 reference material that certifies the content of metals and bioaccessible metalloids in the gastric and gastrointestinal phase of the digestive process. .
- the current international environmental regulatory framework prevents the sending of contaminated samples from countries that do not have certified analysis laboratories to countries where they do exist and that carry out soil studies capable of identifying the bioaccessibility of heavy metals such as Arsenic, Cadmium and Lead, among others; due to their clear adverse effects on health and that they are of environmental interest since they are duly regulated at the national and international level.
- CN1719250A Ecological Environmental Res. CT
- CN108535046A Ningbo Yinzhou Dazhifeng Indust Product Design Co Ltd
- CN108535046A Ningbo Yinzhou Dazhifeng Indust Product Design Co Ltd
- CN108535046A refers to an equipment for analyzing samples with organic contaminants that comprises a body with a cavity and cylindrical rotation with two rotation axes and sliding trays in a multiple reaction chamber.
- CN101968480B (UNIV ZHANGZHOU NORMAL) refers to a method for simulating and detecting the content of microelements in medicines which can be absorbed by the human body, where bionic digestive juices (simulated saliva, gastric juices, duodenal juice and bile) are added into different stages of digestion under a scheme according to the pharmaceutical dosage form and obtain a complete digestive juice; and simulating the distribution and absorption conditions in the stomach and intestine by a single-layer water-liposome delivery system with microelements, providing a new method to assess the effective dose of a microelement complex capable of being absorbed by the body.
- bionic digestive juices simulated saliva, gastric juices, duodenal juice and bile
- CN101726436A (UNIV ZHEJIANG) refers to a method for extracting gastric fluid from the simulated human body for heavy metal absorption in powder or soil, which comprises drying and finely grinding a sample and adding an acetic acid solution to prepare a suspension of the sample. sample, moving it in a water bath, regulating the pH to 5.9-6.1, 3.9-4.1 and 1.9-2.1 by using hydrochloric acid, and conducting preservation by heat and mechanical impact after each pH regulation; extract and filter to obtain a clear liquid and detect the content of heavy metals in it.
- the method simulates the main biochemical reactions and digestion dynamics of dust or soil in the human body and can provide supporting data for human health risk assessments.
- KR101300445B (Shong Dong Hyung) refers to an automatic batch reactor for continuous operation, in a gas during the analysis of heavy metals and before that the soil must be pre-treated.
- the batch is a more efficient and stable integrated model in structure.
- CN106841460A Hefei Zhihuilong Machinery Design Co Ltd refers to a detection and analysis device with mounting panel, fixed plate and driver arrangements:
- CN104851346 refers to an in vitro simulator system of a kind of modulation of the animal digestive tube and associated method that comprises an in vitro simulation unit of at least one animal digestive tube that includes a frame to simulate a retort of a specific cavity of the digestive tract and multiple completion in the intestinal simulation, a concrete and functional module for a relatively independent task, the frame is provided with multiple installation positions, where the module and the retort are detachable, they comprise sensor and moving component or both .
- Each functional module has control chip and connects to a computer.
- the frame is equipped with an active USB hub.
- the USB is responsible for the single-chip microcomputer in the functional module and powers and mutual transfer instruction of the upper and lower computer.
- the multi-functional module is built into the frame saving space in the lab and the module can be quickly replaced.
- CN1013439476B (Beijing Municipal Res Int Environment Prot) refers to a device and method for testing the availability of heavy metals by simulating the characteristic of human consumption, it includes the following steps: 1) pre-processing of soil sample, 2) configuring juices artificial simulation gastric juices and intestinal juice and heat, 3) the pre-treated soil sample and the artificial simulation gastric juices are added into the extraction flask to simultaneously regulate the pH, 4) continuous tumbling vibration, 5) then filtered with a membrane with ICP-MS at the stage of the stomach, 6) after supplementing fresh gastric juice, artificial simulation intestinal juice is added, and the pH is regulated and fixed in the extraction chamber, 7) vibration by overturn; 8) After the filtration is finished, it is changed after filtering the membrane and analyzing in the intestine stage of the human body, the heavy metal with ICP-MS. 12 samples can be tested simultaneously, and the test volume is large, it can be widely used in heavy metal polluted soil in polluted site.
- CN109975524A (Jiangsu Provincial) refers to a heavy metal bioavailability test device and a method for simulating human gastric digestion characteristics.
- the test device comprises a container to simulate the gastric digestion reaction; a gastric digestion reaction feeding module connected with the vessel for simulating gastric digestion reaction and used to supplement the liquid and gas required for simulating human gastric digestion in the vessel, thus simulating the secretion of human gastric juice and the anaerobic digestion environment, a stirring module located at the bottom of the vessel to simulate the gastric digestion reaction and used to stir the liquid in the vessel, thus simulating the peristole of the human stomach; a temperature control module connected with the container to simulate the gastric digestion reaction and used to control the temperature of the liquid in the container, thus simulating the ambient temperature of the human stomach; a monitoring module located in the container to simulate the reaction and used to monitor the temperature and pH value of the liquid in the container; and a digestion reaction collection module which communicates with the container for simulating gastric digestion reaction
- W02006052742A (Smithkline Beecham Corp) relates to an apparatus and method for analyzing the release of active agent(s) from pharmaceuticals and types, which more accurately simulates the conditions of the gastrointestinal (Gl) tract including the forces that apply to dosage forms.
- the bioaccessibility of metals from soil samples is calculated by various independent processes in a laboratory environment and manually, which makes the total process very slow, greater than 8 hours, and susceptible to errors. in each of at least 7 stages, occupying the large-scale resources and facilities of a laboratory, not allowing parallelism of measurements and requiring a specialist dedicated to the entire operation.
- the present lightweight and portable gastrointestinal simulator modular system allows knowing the bioaccessible concentration in the field and in real time, of metals and metalloids from a soil sample, in an automated way, if desired, minimizing the intervention of specialists, chain risks and errors and allowing parallelism in measurements, depending on a single specialist asynchronously.
- This lightweight and portable gastrointestinal simulator system saves on sample transfer and processing costs, and supports strategic decision-making in real time and in a short time, unlike anything currently available, which is performed at the Laboratory level using many instruments and devices that take months to obtain a result.
- the present invention proposes a low-cost, lightweight and portable gastrointestinal simulator system that quantifies, remotely and in real time, the bioaccessibility of heavy metals present in soil samples. , such as mining soils, including tailings, to carry out studies of contaminated soils with reliable results.
- the UBM method is integrated into a single technological team capable of quantifying the bioaccessibility of heavy metals that cause damage to health, online and in real time, to facilitate strategic decision-making by the companies that belong to the mining, environmental or other related industry, to ensure the protection of the health of people exposed to these potentially contaminated soils such as populations near a tailings or contaminated land for residential use, and for the faithful compliance with current regulations.
- This light and portable gastrointestinal simulator modular system which complies with the UBM method (Unified BARGE Methodology), and is capable of remotely and in real time quantifying the bioaccessibility of metals and metalloids selected from Fe, Zn, Cu and Pb, from a soil sample, including tailings. It also makes it possible to identify the areas where it is strictly necessary, to apply soil remediation techniques, and where they demonstrate effectively high contents of metals or metalloids that cause harm to people, and therefore, will make the application of remediation techniques more efficient and less expensive.
- UBM method Unified BARGE Methodology
- FIG. 1 View of the complete 3D design of the bioreactor system.
- Figure 4 Views in isometric projections of the complete 3D design of the bioreactor system.
- Figure 6 “End-over-end” rotation and temperature control system.
- Figure 7 “End-over-end” turning system and gear sub-module.
- Figure 9 Design of the lower recirculation module.
- the object of the present invention is to provide a portable and lightweight method and system, a gastrointestinal simulator to quantify, remotely and in real time, the bioaccessibility of metals and metalloids in a sample of contaminated soil, including mining tailings soil, which could be accessible to the human body under regular conditions of human digestion (bioaccessibility) and determine health risks
- GI gastrointestinal
- the present lightweight and portable gastrointestinal simulator modular system that quantifies remotely and in real time, the bioaccessibility or quantity/concentration of metals under the conditions of human digestion, of metals and metalloids selected from zinc (Zn), lead (Pb) , copper (Cu), iron (Fe), nickel (Ni); arsenic (As) and cadmium (Cd), in contaminated soil samples, including samples of tailings or mining waste, and comprising: a) at least one upper or pre-gastric premix module that homogenizes and conditions the temperature of the mixture to analyze and also allows the preparation of each of the gastric and enzymatic fluids selected from saliva (S), gastric fluid (G), bile (B) and duodenal fluid (D) and its premixing with the soil sample, which includes : a.1) at least one first mixing receiving means that receives said fluids S and G and said soil sample, where said first mixing receiving means is made of an inert material, including stainless steel or glass, preferably glass, a.
- At least one first stirring means at least one first stirring speed sensor, at least one first regulating means for said stirring speed and at least one first controlling means for said stirring speed, located in said at least one first half r sample acceptor, which allow said first stirring means to be maintained at a stirring speed that allows reaching a homogeneity of 90%; a.3) at least one first temperature sensor, at least one first temperature regulating means and at least one first temperature controlling means, located in said at least one first sample receiving means that allow maintaining the interior of said at least a first receiving medium for mixing in a temperature range of 35 to 39°C , preferably at 37°C, a.4) at least one first pH sensor medium, at least one first pH regulating medium, and at least one first pH control means, located in said at least one first sample receiving means, which allow: a.4.1) to regulate the pH value in the range of 6.0 to 7.0 when said first container initially receives said fluid S in isolation; or a.4.2) regulate the pH value in the range of 1.0 to 1.2 when said first container initially receives
- At least one first pH sensor means, at least one first pH regulating means, and at least one first pH controlling means that allows adjusting the mixture contained inside said at least one bioreactor either, b.5.1) at a pH value in the range of 1.15 to 1.25 if the input mixture to said bioreactor corresponds to said mixture of said soil sample plus fluid S plus fluid G, and at a pH value in the range of 5.8 to 6.8 if the input mixture to said bioreactor corresponds to said mixture of said soil sample plus fluid S plus fluid G plus fluid B plus fluid D, b.5.2) at a pH value equal to or less than 1.5 if the output mixture of said bioreactor corresponds to said mixture of said soil sample plus fluid S plus fluid G and a pH value in the range of 5 to 8 if the output mixture of said bioreactor corresponds to said mixture of said soil sample plus fluid S plus fluid G plus fluid B plus fluid D, b.6) at least one means of centrifugation that allows the biochemical extract contained in said at least one bioreactor to be centrifuged
- Said fluids S and G are fed into said at least one first sample receiving means and said fluids B and D are fed into said at least second sample receiving means by means of gates located in the upper part of said at least one first and second means sample receivers.
- the present modular system comprises means for emitting auditory or sound signals, or both, which notify the user that sufficient time has elapsed to reach 50% homogeneity in the intermediate module, preferably 90% homogeneity.
- Figure 1 shows the present modular system, where each module is identified with the numerals 1, 2 and 3.
- Module 1 pre-mix module
- Module 2 intermediate module
- Module 2 mainly shows an "end-over-end" type bio-reactor, composed of a 360° rotation system, controlled step by step and also incorporates temperature control means selected from temperature control means tires.
- Module 3 recirculation module showing mainly the recirculation drive means, preferably peristaltic pumps.
- this system is designed as a system of boxes or cubes that are assembled together, as seen in the three-dimensional projection diagrams seen in Figures 2, 3 and 4.
- control means comprises a microprocessor-based platform that works as a master system in "edge computing” mode that is directly connected to the control subsystems based on platforms with microcontrollers.
- the values/measurements sent by the sensing means collected from each module, temperature, pH and agitation/rotation speed, are processed, allowing in response to actuate the actuators of said regulating means of any of said modules, and are also sent to a base of data in "cloud computing” mode and are used to implement a continuous web monitoring system, "back-end” system, for the ongoing process, "front-end".
- the control system is composed of a microprocessor-based platform, which works as a master system in "edge computing” mode that is connected directly to control subsystems based on microcontroller platforms.
- the master controller registers the different variables captured by means of sensors, which are processed by the control algorithms to activate the actuators of each of the modules.
- the variables recorded in a database in "cloud computing” mode are reported, serving as input for the "back-end” system of a web service for monitoring the ongoing process (“front-end”). .
- the figures show said magnetic means of the pre-mixing module, which allows the mixture to be stirred inside the first and second sample receiving means by means of a ferromagnetic stirring medium without blades, which provides constant rotation and allows the mixture to reach a homogeneity of 90 %.
- Said temperature and pH control and regulation means are also shown, which allows the pre-mixing of the fluids with soil samples. See Figure 5.
- the figures also show the intermediate module that includes said "end-over-end” bioreactor where the chemical reactions take place, which includes means of agitation with rotation of the "end-over-end” type and that operate in a range of 25 at 30 RPM, preferably 29 RPM and whose stirring speed is regulated by a stepper motor.
- said agitation means is supported on gear means that have different shafts mounted on a series of bearings with lateral support and said agitation/rotation speed sensor means.
- said temperature regulating means within said bioreactor which comprise a fan and an electrical resistor, and temperature sensing means selected from an infrared sensor to measure the focal and ambient temperature of said bioreactor while it rotates. See Figures 6, 7 and 8.
- Figure 6 shows the pneumatic circulation system for temperature control. Additionally, Figure 7 shows the complete rotation of the turning means "end-over-end” and the container box of the stepper motor.
- Figure 8 shows that the "end-over-end” turning means comprise a set of gears as a reduction box and a stepper motor torque force amplifier, which is used to regulate the exact speed at all times. that it is intended to rotate the container with the reagents. Likewise, it is necessary to control the position of the container for emptying and filling with the reagents. The calculation of the radii and number of teeth of each gear is directly related to the volume required in the bio-reactor.
- Figure 9 shows the recirculation module and mainly the driving means, peristaltic pump, which enables recirculation to the pre-mix module to repeat the process cycle, if necessary.
- a test was carried out with abandoned tailings soil in the city, the process of taking samples and their handling was carried out safeguarding good practices that ensure reliability, traceability, safety, and reproducibility both in the development of the process and in obtaining results.
- the present method to quantify, remotely and in real time, the bioaccessibility of metals and metalloids in a contaminated soil sample a) prepare organic and enzymatic fluids selected from saliva (S), bile (B), gastric fluid (G) and duodenal fluid (D), according to the following steps: a.1) prepare said organic fluid S, adding water including ultra pure water, under agitation until reaching 90% homogeneity and maintaining the temperature at 28°C , in a volume proportion /volume of 3/10, and adding an oxidizing agent, preferably NaOH, to regulate the pH value in the range of 6.0 to 7.0, if necessary, and then gradually heat the mixture until it reaches 37 e C ; a.2) prepare said organic fluid G, adding water under stirring, until reaching 90% homogeneity and maintaining the temperature at 28°C , in a volume/volume ratio of 37/80, and adding an acid reducing agent, preferably , hydrochloric acid to regulate the pH value in the range of 1.0 to 1.2, if necessary, and
- c.2) add to said mixture resulting from c.1), fluid G prepared according to step a.2), in a volume to volume ratio S: G of 2: 3, under agitation and regulating the pH to a value in the range of 1.15 to 1.25, preferably at a pH value of 1.2, and allow to react for at least 1 hour; c.3) add to said mixture resulting from c.2), fluid D prepared according to step a.3), in a volume to volume ratio S: G: D of 2: 3: 6, under stirring; c.4) add to said mixture resulting from c.3), fluid B prepared according to step réelle.4), in a volume to volume ratio S: G: D: B of 2: 3: 6: 2, under agitation and, regulating the pH value in a range from 5.8 to 6.8, preferably, at a pH value of ⁇ .3, and let react for at least 4 hours and, d) centrifuge the mixtures resulting from the gastric stage or stage c.2) or resulting from the
- steps a) and c) are repeated as many times as deemed necessary, where the prepared fluids S, B, D, G are mixed with the sample resulting from the previous step c) of each repetition cycle.
- the present modular system comprises emitting auditory, sound or both signals that notify the user that sufficient time has elapsed to reach a homogeneity of the mixture over 50% homogeneity, preferably 90%, either when the sample is mixed with S and G or when the sample is mixed with S, G, B and D. It also considers a warning when it exceeds the established thermal levels.
- step c 1 to 2 ml of concentrated nitric acid (HNO3) is added to set the pH value at a value in the range of 5 to 8, if desired, to preserve said sample.
- HNO3 concentrated nitric acid
- step e) comprises regulating the pH value with an oxidizing agent selected as indicated below, depending on the metal to be quantified: e.1) regulating the pH value in the range of 6 to 7, preferably with NaOH and HCl, prior to quantifying Fe from said dilution, e.2) adjusting the pH value in the range of 6 to 7, preferably with diluted NH 3 and HNO3, prior to quantifying Pb from said dilution, e.3) regulating the value of pH in the range of 6 to 7, preferably with NaOH and H2SO4, prior to quantifying one of Zn, Cu, Ni, Cd or As from said dilution.
- an oxidizing agent selected as indicated below, depending on the metal to be quantified: e.1) regulating the pH value in the range of 6 to 7, preferably with NaOH and HCl, prior to quantifying Fe from said dilution, e.2) adjusting the pH value in the range of 6 to 7, preferably with diluted NH 3 and HNO3, prior to quantifying Pb from
- step e) metal disintegration digestion of step e) is conducted in a thermoreactor with reagents that are added according to the metal to be quantified and according to the manufacturer's instructions.
- step e) of quantification is conducted in a photometer
- the pH of said mixture is regulated according to the metal to be quantified from said dilution through the use of selected oxidizing agents as indicated below: f.1) regulate the value pH in the range of 3 to 6 with diluted NH 3 and HNO3 to quantify Pb from said dilution, f.2) regulate the pH value in the range of 10 with NaOH and HCI to quantify Fe from said dilution, f.3) regulate the pH value in the range of 3 to 11 with NaOH and H2SO4 to quantify one of Zn, Cu, Ni 0 Cd from said dilution,
- Arsenic (As) is quantified by subjecting said dilution to a photometric arsenic test according to the manufacturer's instructions, where the pH value of said dilution is previously regulated, in the range of 0 to 13.
- the soil sample to be analyzed must previously be subjected to drying at a temperature in the range of 40°C to 80°C, preferably 40°C, to a moisture content of 0%. , which could take a period of time from 6 to 8 hours, and have previously been sieved to a size of less than 250 micrometres.
- tailings soil sample (indey 106) that has the characteristics indicated in table 2, 368 mg of organic saliva fluid (S) previously dissolved in 120 mL of ultrapure water is added, under controlled stirring of 500 to 750 rpm and heating until reaching 28°C, and adding 0.22 ml of NaOH (1 M) with a micropipette, gently regulating the pH of the isolated fluid S and controlling the pH in a range of 6 to 7.
- the organic fluid mixture S and the soil sample is made under agitation from 500 to 750 rpm for 10 to 15 seconds and heating gently until reaching 37°C.
- gastric fluid (G) previously prepared dissolved in 185 ml of ultrapure water are mixed, under controlled stirring and heated to 28°C, and adding 1.53 mL of HCI (37%) with a micropipette, regulating the pH gently and controlling the pH of fluid G in a range of 1.0 to 1.2.
- the mixture with the organic fluid G is carried out under controlled stirring in a range of 500 to 750 rpm for 10 seconds and heating gently until reaching 37°C.
- the resulting sample thus prepared adjusted in a pH range between 1.15 to 1.25, is entered into the bioreactor module of the present system and stirred at 29 rpm for 1 hour, at the end it is confirmed that it has a lower pH value at 1.5, and centrifuged at 4500 g for 15 minutes to then remove the supernatant and wait let it cool to room temperature.
- the resulting extract is prepared by acid attack or acid digestion before obtaining photometer readings to identify the presence of lead (Pb), a metal that various scientific literature indicates is retained in the gastric stage.
- the acid digestion and the high temperature (300 °C) and applied pressure (2500 psi) applied allow to destroy all the organic matter, and with it, facilitate the generation of a correct measurement associated with metals.
- a previous digestion of the extract is carried out in an oxidizing acid medium at 120°C for 1 hour, to oxidize the organic matter and leave the metal free for its determination by photometry, which requires the dilution of the extract and an adjustment of the pH of the sample. Dilutions of 1:10; 1:100; 1:200 allow the detection of metals.
- the sample is stabilized at pH values in the range of 5 to 8 to ensure the effectiveness of the process.
- the oxidizing acid medium can be selected from NaOH (1M), HNO3 (0.1M), H2SO4 (0.5M), HCl (3%) or dilute ammonia.
- thermoreactor To remove the load/organic matter, a thermoreactor is used that is preheated to 120°C and a set of digestion reagents: digestive acid, as a reducing agent (99.7% pure sulfuric acid), and an oxidizing agent, a mixture of potassium persulfate and sodium nitrate, allowing the sample to react with the reagents for 1 hour and then allowing it to cool to room temperature.
- Reagent 3 sodium hydroxide, NaOH, is added as an additional reagent to adjust the pH of the sample, for iron measurement only. For other metals, use a portable photometer and follow the manufacturer's instructions.
- a Parr acid digestion can be conducted, which has the advantage of including sealed pressure vessels, a rapid procedure for sample dissolution.
- a measurement supported by the use of a commercial microwave can also be conducted.
- reagents are added to the sample containing metals and metalloids to be determined and introduced into a cuvette, which cause a color whose intensity is proportional to the concentration of the metal or metalloid in the sample.
- a light beam is passed that will be partially absorbed by the sample, the unabsorbed part of the light beam is recorded by the photometer and converts the signal into a concentration datum.
- a specific reagent must be used, applied in a specific quantity on a pH dilution. adjusted and that together with the calibration of the instrument that is defined in the factory, allow the concentration of the metal or metalloid to be obtained directly.
- the sample should be diluted, preferably in a dilution range of 1 to 10, up to a maximum of 10 to 100) directly with deionized water. and the pH is adjusted with diluted NaOH or diluted H2SO4 before carrying out the measurement and it is necessary to add the reagent corresponding to the metal test.
- the pH is adjusted with diluted NaOH or diluted H2SO4 before carrying out the measurement and it is necessary to add the reagent corresponding to the metal test.
- dilute NH 3 and HNO 3 are used.
- Iron NaOH and HCl are used.
- Zinc, Copper, Nickel and Cadmium, NaOH and H2SO4 are used, and for the Arsenic test, proceed according to the following methodology:
- the arsenic test was performed according to the procedure established by the Spectroquant® Photometric Method test, code 1017470001, which requires a sample volume of 20 ml and uses different reagents. Then, following the manufacturer's instructions, the measurement was carried out and the extract obtained was subjected to direct reading in the photometer. This test does not require the sample to be previously treated with acid digestion, since the process itself includes a reducing acid treatment.
- nitrate anions and those from sands such as silicon oxide together with sulfates interfere with measurements above 1000 ppm, it is necessary to add them to a sample prepared at a temperature in the range of 10 to 35°C with regulated pH. to a value in the range from 4 to 10; and use the reagents indicated by the manufacturer of the measuring instrument (photometer).
- the sample must be diluted several times with distilled water so that it is within the range of photometer detection (0.05 to 4 mg/L).
- the dilutions can be selected 10, 100 or 20 dilution, preferably.
- the pH can be adjusted to a value in the range of 1 to 10, preferably the pH is adjusted with NaOH and HCl.
- the reagents suggested by the manufacturer of the measuring device (photometer) are used.
- Tables 4 and 5 show the results obtained for the bioaccessible concentration for the system of the present invention, for 4 metals as an example, and with 6 repetitions as evidence of the validation of the system, comparing results with those obtained in the Laboratory.
- Table 4 Independent Gastric Stage bioaccessible concentration readings/measurements determined by Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) of tailings sample, Sample 2 (indey 106), by present system versus laboratory
- AS Atomic Absorption Spectroscopy
- table 6 shows the photometric measurements of the treated samples, except for arsenic, which does not require this preparation:
- Table 6 shows the results of the acid digestion tests in the gastric stage. Relative Errors of Reading Performance of photometry with acid digestion versus EAA in Sample 2.
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Abstract
Sistema modular simulador gastrointestinal (GI), liviano y portátil, y método para cuantificar en forma remota y tiempo real, la cantidad de metales presentes en una muestra de suelo contaminada, en especial, suelo de relave minero, que podrían estar bioaccesibles y ser riesgosos para la salud, donde dichos metales y metaloides se seleccionan del grupo consistente en: Fe, Pb, Zn, Cu, Ni, As y Cd, que comprende: un módulo de pre-mezclado o pre-gástrico, un módulo de mezclado o simulación gástrica y GI comprendiendo un biorreactor y agitador de diseño propio, y un módulo de recirculación inferior, donde los primeros módulos mencionados tienen sensores para temperatura y velocidad de agitación, y transmiten dichos datos a una central de datos que los almacena junto a valores preestablecidos, y los compara, generando una señal de respuesta y activando los controladores que actúan sobre los medios reguladores hasta alcanzar dichos valores pre-establecidos.
Description
SISTEMA MODULAR SIMULADOR GASTROINTESTINAL, PORTÁTIL, QUE CUANTIFICA REMOTAMENTE, EN TIEMPO REAL, BIOACCESIBILIDAD DE METALES EN MUESTRA, Y MÉTODO.
Campo de la Invención
La presente invención se refiere a un sistema modular simulador gastrointestinal, liviano y portátil y método para cuantificar de forma remota y tiempo real, la concentración o cantidad de metales y metaloides presentes en una muestra de suelo contaminada, preferentemente, suelo de relave minero, que podrían estar accesibles al cuerpo humano bajo condiciones regulares de digestión humana (bioaccesibilidad) y determinar los riesgos en la salud, donde dichos metales y metaloides de seleccionan del grupo consistente en: hierro (Fe), plomo (Pb), Zinc (Zn) y Cobre (Cu), Níquel (Ni); Arsénico (As) y Cadmio (Cd), que comprende: un módulo de pre-mezclado superior o de preparación pre-gástrica, un módulo de mezclado intermedio o de simulación gástrica y gastrointestinal, y un módulo de recirculación o inferior. Los dos primeros módulos del presente sistema, tienen sensores de pH, temperatura y velocidad de agitación que transmiten información a una central de datos con una base de datos donde se almacena esta información junto a valores preestablecidos de pH, temperatura y velocidad de agitación y se comparan con la información entrante con aquella almacenada, y se genera una señal de salida o respuesta que permite que al menos uno o más de los medios controladores de pH, temperatura, velocidad sean accionados de forma manual o automática para regular el pH y temperatura dentro de los receptores de muestras y la velocidad de agitación de los medios de agitación para alcanzar los valores pre-establecidos para alcanzar un porcentaje de homogeneidad de la mezcla sobre el 50%, preferentemente, 90%. Opcionalmente, el presente sistema modular comprende medios emisores de señales auditivas, sonoras o ambas que avisan al usuario que ha transcurrido un tiempo suficiente hasta alcanzar una homogeneidad de mezcla sobre 50% homogeneidad, preferentemente 90%, en el módulo intermedio cuando se mezcla la muestra con S y G así como también cuando se mezcla la muestra con S, G, B y D. Siendo el tiempo suficiente hasta alcanzar una homogeneidad de 50% en el módulo intermedio de media hora. Cuando se mezcla la muestra de suelo con S y G, Mientras hasta alcanzar una homogeneidad del 90% en el mismo módulo cuando se mezcla la muestra de suelo con S y G, el tiempo de aprox. es 1 hora. Siendo el tiempo suficiente hasta alcanzar una homogeneidad de 90% en el módulo intermedio cuando se mezcla la muestra de suelo con S, G, B y D de dos horas mientras hasta alcanzar una homogeneidad de 90% en el mismo módulo cuando se mezcla la muestra de suelo con S, G, B y D, el tiempo aprox, es de 4 horas. El diseño de biorreactor del módulo de simulación gástrica o gastrointestinal (módulo intermedio) incluido el medio de agitación, son de diseño propio.
Antecedentes
En la actualidad, existe la creciente necesidad en la industria ambiental y minera, de monitorear variables que apoyen la toma de decisiones estratégicas con el fin de resguardar el
medioambiente y la salud de las personas, con métodos de bajo costo que incluya la entrega de resultados en línea, en tiempo real, seguros y confiables para el fiel cumplimiento de las normativas vigentes.
Una de las variables que se ha vuelto cada vez más importante en los últimos años, es la bioaccesibilidad porque permite cuantificar, a un bajo costo, los contaminantes presentes en la matriz suelo que están disponibles para ser absorbidos por el cuerpo humano y así resguardar la salud de las personas expuestas a estos. Sin embargo, esta variable se puede cuantificar por diversos métodos, entre los que más destacan son los fisiológicos: PBET (Physiologically Based Extraction Test) y el UBM (Unified BARGE Methodology, Barge) para evitar pruebas en humanos o en animales, consideración de diseño que es muy valorada por la comunidad animalista y científica, y que actualmente están implementados a nivel de laboratorio en países como Canadá, España, USA e Inglaterra, para realizar diversos estudios de suelos.
Los métodos basados en la fisiología utilizan fluidos sintéticos sustitutos de los fluidos gástricos e intestinales del tracto gastrointestinal humano, además consideran variables como temperatura, pH, razón de fase sólida a líquida, tiempo y movimiento del proceso digestivo. Los fluidos representantes de distintas etapas del proceso digestivo se aplican secuencialmente simulado el paso por el tracto gastrointestinal.
El método UBM a diferencia de los métodos PBET (de sus siglas en inglés “Physiologically Based Extraction Test”) se realiza siguiendo el procedimiento descrito en la norma internacional ISO 17924 lo que implica que sus resultados son comparables a los resultados obtenidos por otros laboratorios siguiendo la misma norma. Para la aplicación del método UBM (de sus siglas en inglés, “Unified BARGE Methodology”), este se valida mediante el análisis del material de referencia BGS 102 que certifica el contenido de metales y metaloides bioaccesibles en la fase gástrica y gastrointestinal del proceso digestivo. A nivel internacional destacan Canadá e Inglaterra por poseer laboratorios, como el Laboratorio “EnviroLabs”, ubicado en Manchester, el Laboratorio “Derwentside Environmental Testing Services Limited, DET’S, ubicado en Consett; el laboratorio Chemtest Ltd (https://www.chemtest.com), ubicado en Cambridge, que aplican el método UBM siguiendo la norma ISO 17.924 lo que permite que los resultados obtenidos por este método a nivel nacional sean trazables a nivel internacional. En este contexto destaca el Servicio Geológico Británico (British Geological Survey (https ://www ,bgs.ac.uk/), que es una organización de estudios geológicos y geociencia global líder en el mundo, centrada en la ciencia del bien público para el gobierno y la investigación para comprender los procesos ambientales y de la tierra. Ellos en su Laboratorio fabrican suelos de referencia y son los únicos en el mundo que venden suelos de referencia con bioaccesibilidad certificada, lo que permite aplicar el método UBM para su validación en Laboratorio, este material de referencia es el llamado BGS 102.
T ambién frente a esta problemática, está la opción de remediación de suelos y/o fitorremediación , ampliamente conocida, pero tiene la problemática de sus altos costos y sujeta a estrictas regulaciones ambientales que debe cumplir, por lo tanto, la hacen, en algunas ocasiones dificultosas porque su técnica debe usar enmiendas propias del ecosistema en estudio. Destaca que esta solución vigente no resuelve la problemática de fondo, porque la técnica no es capaz de identificar las zonas que efectivamente deben ser remediadas frente a otras que posiblemente no lo sean. En tal sentido, las remediaciones orgánicas usadas o plantas, no distinguen qué elemento es más o menos tóxico para los humanos, solo absorbe aquellos que son para ellas nutrientes, por lo tanto, en general, debe ser aplicado a toda la zona, abarcando amplias extensiones, lo que hace que estas técnicas sean extremadamente costosas.
Por otra parte, el marco regulatorio ambiental internacional vigente, impiden el envío de muestras contaminadas desde países que no tiene laboratorios certificados de análisis a los países donde sí los hay y que realizan estudios de suelos capaces de identificar la bioaccesibilidad de metales pesados como Arsénico, Cadmio y Plomo, entre otros; por sus claros efectos adversos a la salud y que son de interés ambiental ya que están debidamente regulados a nivel nacional e internacional.
Esta problemática ambiental de contaminación de suelos con impacto en la salud de las personas además tiene un fuerte impacto social ya que es posible demostrar que existen conflictos socio- ambientales causados por contaminación de suelos, lo que demuestra que el empoderamiento y el rol fiscalizador de las comunidades en los aspectos ambientales es indiscutible.
Por otra parte, existen en el mercado internacional, estómagos artificiales disponibles, en particular el DGM, “Dynamic Gastric Model” fabricado y patentado por Martin Wickham, del Instituto para Investigaciones Alimenticias de Norwich, Inglaterra, que permitirían estimar la bioaccesibilidad pero están especialmente diseñados para simular la ingesta de alimentos contaminados, por lo tanto, es un diseño complejo, de muy alto costo porque es capaz de simular la etapa de destrucción del bolo alimenticio contaminado por metales pesados, por tanto este modelo y otros no son una solución accesible a la industria ambiental porque está fuera del alcance de la problemática en estudio.
En relación con documentos de patentes es posible mencionar a CN1719250A (Ecological Environmental Res. CT) que se refiere a un sistema gastrointestinal simulado de múltiples canales que procesa muestras de suelo, y requiere que se prepare jugo digestivo artificial y se agrega a la muestra en los múltiples canales y que requiere condiciones de reacción y tiempo específicas; luego el extracto se filtra y se determina el contenido de contaminante del metal pesado en la muestra acuosa, y se enfoca hacia los riesgos en la salud de las personas.
CN108535046A (Ningbo Yinzhou Dazhifeng Indust Product Design Co Ltd) se refiere a un equipo para analizar muestras con contaminantes orgánicos que comprende un cuerpo con una cavidad y rotación cilindrica con dos ejes de rotación y bandejas deslizables en una cámara de reacción múltiple.
CN101968480B (UNIV ZHANGZHOU NORMAL) se refiere a un método para simular y detectar el contenido de microelementos en medicamentos los que pueden ser absorbidos por el cuerpo humano, donde se agregan jugos digestivos biónicos (saliva, jugos gástricos, jugo duodenal y bilis simulados) en etapas diferentes de digestión bajo un esquema según la forma de dosis farmacéutica y obtener un jugo digestivo completo; y simulando las condiciones de distribución y absorción en el estómago e intestino por un sistema de distribución agua-liposoma de capa única con microelementos, proporcionando un nuevo método para evaluar la dosis efectiva de un complejo de microelemento capaces de ser absorbidos por el cuerpo.
CN101726436A (UNIV ZHEJIANG) se refiere a método para la extracción de fluido gástrico del cuerpo humano simulado para absorción de metales pesados en polvo o suelo, que comprende secar y moler finamente una muestra y agregar una solución de ácido acético para preparar una suspensión de la muestra, moviéndola en un baño de agua, regulando el pH a 5,9-6, 1 , 3,9-4, 1 y 1 ,9-2,1 al usar ácido clorhídrico y conducir preservación por calor e impacto mecánico después de cada regulación de pH; extraer y filtrar para tener un líquido claro y detectar el contenido de metales pesados en el mismo. El método simula las reacciones bioquímicas principales y la dinámica de digestión de polvo o suelo en el cuerpo humano y puede proporcionar datos de soporte para evaluaciones de riesgo de salud humana.
KR101300445B (Shong Dong Hyung) se refiere a un reactor “batch” automático de operación en continuo, en un gas durante el análisis de metales pesados y antes hay que pre-tratar el suelo. El batch es un modelo integrado más eficiente y estable en estructura.
CN106841460A (Hefei Zhihuilong Machinery Design Co Ltd) se refiere a un dispositivo para detectar y analizar con un panel de montaje, placa fijas y arreglos de “driver”:
CN104851346 (Univ Jinan) se refiere a un sistema simulador in vitro de una especie de modulahzación del tubo digestivo animal y método asociado que comprende una unidad de simulación in vitro de al menos un tubo digestivo animal que incluye un marco para simular una retorta de una cavidad específica del tubo digestivo y completar de forma múltiple en la simulación intestinal, un módulo concreto y funcional para una tarea relativamente independiente, el marco está provisto de múltiple posiciones de instalación, donde módulo y retorta son desmontables, comprenden sensor y componente móvil o ambos. Cada módulo funcional tiene
chip de control y se conecta a una computadora. El marco está equipado con un concentrador activo USB. El USB es responsable de la microcomputadora de un solo chip en el módulo funcional y los poderes y la instrucción de transferencia mutua de la parte superior y computadora inferior. El módulo funcional múltiple está integrado en el marco ahorrando espacio en el laboratorio y el módulo se puede reemplazar rápidamente.
CN1013439476B (Beijing Munincipal Res Int Environment Prot) se refiere a un dispositivo y método para prueba de disponibilidad de metales pesados por simulación de característica de consumo humano, comprende los siguientes pasos: 1 ) pre-procesamiento de muestra de suelo, 2) configurar jugos gástricos de simulación artificial y jugo intestinal y calor, 3) la muestra de suelo pre-tratada y los jugos gástricos de simulación artificial se agregan en el matraz de extracción para regular simultáneamente el pH, 4) vibración por vuelco continuo, 5) después se filtra con una membrana con ICP-MS en la etapa del estómago, 6) después de complementar el jugo gástrico fresco, se agrega jugo intestinal de simulación artificial, y se regula el pH y se fija en la cámara de extracción, 7) vibración por vuelco; 8) después de terminada la filtración, se cambia después de filtrar la membrana y analizar en la etapa de intestino del cuerpo humano, el metal pesado con ICP-MS. Se pueden analizar 12 muestras simultáneamente, y el volumen de prueba es grande, se puede usar ampliamente en suelos contaminados con metales pesados en un sitio contaminado.
CN109975524A (Jiangsu Provincial) se refiere a un dispositivo de prueba de biodisponibilidad de metales pesados y un método para simular las características de digestión gástrica humana. El dispositivo de prueba comprende un recipiente para simular la reacción de digestión gástrica; un módulo de alimentación de reacción de digestión gástrica conectado con el recipiente para simular la reacción de digestión gástrica y utilizado para complementar el líquido y el gas necesarios para simular la digestión gástrica humana en el recipiente, simulando así la secreción de jugo gástrico humano y el entorno de digestión anaeróbica, un módulo de agitación ubicado en el fondo del recipiente para simular la reacción de digestión gástrica y utilizado para agitar el líquido en el recipiente, simulando así la perístole del estómago humano; un módulo de control de temperatura conectado con el recipiente para simular la reacción de digestión gástrica y utilizado para controlar la temperatura del líquido en el recipiente, simulando así la temperatura ambiente del estómago humano; un módulo de monitoreo ubicado en el contenedor para simular la reacción y usado para monitorear la temperatura y el valor de pH del líquido en el contenedor; y un módulo de recogida de la reacción de digestión que se comunica con el recipiente para simular la reacción de digestión gástrica, y se utiliza para simular el vaciado gástrico y recoger el líquido recogido en el recipiente.
W02006052742A (Smithkline Beecham Corp) se refiere a un aparato y método para analizar la liberación de agente(s) activo(s) de productos farmacéuticos y tipos, que simula de forma más precisa las condiciones del tracto gastrointestinal (Gl) incluidas las fuerzas que se aplican a las formas de dosificación.
En resumen, en la actualidad la bioaccesibilidad de metales de muestras de suelo, se calcula mediante diversos procesos independientes en ambiente de laboratorio y de forma manual, lo que hace que el proceso total sea muy lento, superior a 8 horas, sea susceptible a errores en cada una de al menos 7 etapas, ocupando los recursos e instalaciones de gran envergadura de un laboratorio, no permitiendo el paralelismo de mediciones y requiere de un especialista dedicado a toda la operación. El presente sistema modular simulador gastrointestinal, liviano y portátil, permite conocer la concentración bioaccesible en terreno y tiempo real, de metales y metaloides desde una muestra de suelo, de forma automatizada, si se desea, disminuyendo al máximo la intervención de los especialistas, los riesgos y errores en cadena y permitiendo paralelismo en las mediciones, dependiendo de un solo especialista de forma asincrónica. El presente sistema simulador gastrointestinal, liviano y portátil, permite ahorrar costos de traslado y procesamiento de muestras, y apoya la toma de decisiones estratégicas, en tiempo real y en corto tiempo, a diferencia de todo lo que hay en la actualidad, que se realiza a nivel de Laboratorio usando muchos instrumentos y aparatos que demoran meses en tener un resultado.
Luego, frente a la problemática socioeconómica y ambiental al comienzo descrita, la presente invención propone un sistema simulador gastrointestinal, liviano y portátil, de bajo costo, que cuantifica, de forma remota y tiempo real, la bioaccesibilidad de metales pesados presentes en muestras de suelos, tales como suelos mineros, incluyendo relaves, para realizar estudios de suelos contaminados con resultados confiables. Para ello, se integra el método UBM en un solo equipo tecnológico capaz de cuantificar la bioaccesibilidad de los metales pesados que causan daño a la salud, en línea y tiempo real, para que faciliten la toma de decisiones estratégicas de las empresas que pertenecen a la industria minera, ambiental u otra afín, para asegurar el resguardo de la salud de las personas expuestas a estos suelos potencialmente contaminados tales como poblaciones aledañas a un relave o a suelos de uso habitacional contaminados, y para el fiel cumplimiento de las normativas vigentes.
El presente sistema modular simulador gastrointestinal, liviano y portátil, que cumple con el método UBM (Unified BARGE Methodology), y es capaz de cuantificar en forma remota y en tiempo real, la bioaccesibilidad de metales y metaloides seleccionados de Fe, Zn, Cu y Pb, desde una muestra de suelo, incluyendo relaves. También permite identificar las zonas donde es estrictamente necesario, aplicar técnicas de remediación de suelos, y donde demuestran
efectivamente altos contenidos de metales o metaloides que causan daño a las personas, y por lo tanto, harán más eficiente y menos costosa la aplicación de técnicas de remediación.
Breve Descripción de las Figuras
Figura 1 Esquema del presente sistema modular simulador gastrointestinal, liviano y portátil.
Figura 2 Vista del diseño 3D completo del sistema biorreactor.
Figura 3 Vistas en proyecciones planas del diseño 3D completo del sistema biorreactor
Figura 4: Vistas en proyecciones isométñcas del diseño 3D completo del sistema biorreactor.
Figura 5: Vistas en proyecciones del sistema de pre-mezclado
Figura 6: Sistema de giro “end-over-end” y de control de temperatura.
Figura 7: Sistema de giro “end-over-end” y submódulo de engranaje.
Figura 8 Especificación del submódulo de engranajes.
Figura 9: Diseño del módulo inferior de recirculación.
Breve Descripción de la Invención
Es objeto de la presente invención proporcionar un método y sistema portátil y liviano, simulador gastrointestinal para cuantificar, de forma remota y en tiempo real, la bioaccesibilidad de metales y metaloides en una muestra de suelo contaminado, incluyendo suelo de relave minero, los que podrían estar accesibles al cuerpo humano bajo condiciones regulares de digestión humana (bioaccesibilidad) y determinar los riesgos en salud
Es otro objeto de la presente invención proporcionar un sistema portátil y liviano que replica o simula adecuadamente las condiciones encontradas en sistema gastrointestinal (G I).
Es otro objeto de la presente invención proporcionar un sistema portátil y liviano que realice eficientemente la cuantificación de metales y metaloides en una muestra de suelo contaminada.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar un sistema portátil y liviano que realice en menor tiempo y en terreno, la cuantificación de metales y metaloides en una muestra de suelo contaminada.
Estas y otros objetos, ventajas y características de la presente invención serán comprendida en la siguiente descripción:
El presente sistema modular simulador gastrointestinal, liviano y portátil, que cuantifica en forma remota y tiempo real, la bioaccesibilidad o cantidad/concentración de metales bajo las condiciones de digestión humana, de metales y metaloides seleccionados de zinc (Zn), plomo (Pb), cobre (Cu), hierro (Fe), níquel (Ni); arsénico (As) y cadmio (Cd), en muestras de suelo contaminado, incluyendo muestras de relaves o residuos mineros, y que comprende: a) al menos un módulo de premezcla superior o pre-gástrico que homogeniza y acondiciona la temperatura de la mezcla a analizar y además permite la preparación de cada uno de los fluidos gástricos y enzimáticos seleccionados de saliva (S), fluido gástrico (G), bilis (B) y fluido duodenal (D) y su premezclado con la muestra de suelo, que comprende: a.1 ) al menos un primer medio receptor de mezcla que recibe dichos fluidos S y G y dicha muestra de suelo, donde dicho primer medio receptor de mezcla es de un material inerte, incluyendo acero inoxidable o vidrio, preferentemente vidrio, a.2) al menos un primer medio de agitación, al menos un primer sensor de velocidad de agitación, al menos un primer medio regulador de dicha velocidad de agitación y al menos un primer medio controlador de dicha velocidad de agitación, ubicados en dicho al menos un primer medio receptor de muestra, que permiten mantener dicho primer medio de agitación a una velocidad de agitación que permite alcanzar una homogeneidad de 90%; a.3) al menos un primer sensor de temperatura, al menos un primer medio regulador de temperatura y al menos un primer medio controlador de temperatura, ubicados en dicho al menos un primer medio receptor de muestra que permiten mantener el interior de dicho al menos un primer medio receptor de mezcla en un rango de temperatura de 35 a 39eC, preferentemente a 37°C, a.4) al menos un primer medio sensor de pH, al menos un primer medio regulador de pH, y al menos un primer medio controlador de pH, ubicados en dicho al menos un primer medio receptor de muestra, que permiten: a.4.1 ) regular el valor de pH en el rango de 6,0 a 7,0 cuando dicho primer recipiente recibe inicialmente dicho fluido S aisladamente; o a.4.2) regular el valor de pH en el rango de 1 ,0 a 1 ,2 cuando dicho primer recipiente recibe inicialmente dicho fluido G aisladamente a.4.3) regular el valor de pH en el rango de 1 ,15 a 1 ,25, preferentemente a un valor de pH de 1 ,2, cuando dicho primer recipiente recibe dicha mezcla de suelo más el fluido S y el fluido G, a.5) al menos un segundo medio receptor de mezcla que recibe dichos fluidos B y D, y que opera en paralelo a dicho al menos un primer medio receptor de mezcla, y donde
dicho primer medio receptor de mezcla es de un material inerte, incluyendo acero inoxidable o vidrio, preferentemente vidrio; a.6) al menos un segundo medio sensor de pH, al menos un segundo medio regulador de pH, y al menos un segundo medio controlador de pH ubicados en dicho al menos un segundo medio receptor de muestra, que permiten a.6.1 ) regular el valor de pH en el rango de 7,8 a 8,2 cuando dicho primer recipiente recibe inicialmente dicho fluido B aisladamente; o a.6.2) regular el valor de pH en el rango de 7,2 a 7,6 cuando dicho primer recipiente recibe inicialmente dicho fluido D aisladamente a.7) al menos un segundo sensor de temperatura, al menos un segundo medio regulador de temperatura y al menos un segundo medio controlador de temperatura, ubicados en dicho al menos un segundo medio receptor de muestra, que permite mantener el interior de dicho al menos un segundo medio receptor de mezcla en un rango de temperatura de 35 a 39eC, preferentemente a 37°C, a.8) al menos un segundo medio de agitación, al menos un segundo sensor de velocidad de agitación, al menos un segundo medio regulador de dicha velocidad de agitación y al menos un segundo medio controlador de dicha velocidad de agitación, ubicados en dicho al menos un segundo medio receptor de muestra, que permiten mantener dicho segundo medio de agitación a una velocidad de agitación que permite alcanzar una homogeneidad de 90%, y a.9) al menos una interfase de despliegue pantalla que muestra información de dichos al menos un primer y segundo sensores de temperatura, dichos primer y segundo medios sensores de pH y dichos al menos un primer y segundo sensor de velocidad de agitación, y donde dichos al menos un primer y segundo medios controladores de temperatura permiten actuar en forma manual o automatizada, en dichos primer y segundo medio regulación temperatura para mantener el interior de dichos al menos un primer y segundo medios receptores de mezcla, a 37eC, donde dichos al menos un primer y segundo medios de agitación se seleccionan de al menos un medio de agitación magnético, aún más preferentemente, de al menos un medio de agitación ferromagnético sin aspas, donde dichos al menos un primer y segundo medios sensores de temperatura se seleccionan preferentemente de sensores infrarrojos de temperatura, donde dichos al menos un primer y segundo medios reguladores de temperatura se seleccionan de al menos dos termoventiladores que se activan asincrónicamente; y b) al menos un módulo de mezcla intermedio o simulador gástrico y gastrointestinal, que comprende:
b.1 ) al menos un biorreactor, preferentemente de acero inoxidable, que recibe dicha mezcla de dicha muestra de suelo más fluido S más fluido G o mezcla de dicha muestra de suelo más fluido S más fluido G más fluido B más fluido D, b.2) al menos un tercer medio de agitación seleccionado de un agitador tipo “end-over- end” que permite giro de 360e ubicado en dicho al menos un biorreactor, comprendiendo al menos un tercer sensor de velocidad de agitación, al menos un tercer medio regulador de dicha velocidad de agitación y al menos un tercer medio controlador de dicha velocidad de agitación tipo paso a paso, que permite alcanzar un porcentaje de homogeneidad de la mezcla sobre el 50%, preferentemente 90%, y al menos un tercer sensor de temperatura, al menos un tercer medio regulador de temperatura y al menos un tercer medio controlador de temperatura, preferentemente, un medio controlador de temperatura neumático, b.3) al menos un primer medio de soporte de base para cada eje de giro de dicho al menos un tercer medio de agitación, y al menos un medio de engrane montado sobre medios de rodamientos de soporte lateral, que le permite disminuir el roce con la pared interior de dicho al menos un biorreactor, alcanzar equilibrio mecánico, dar soporte, tener baja resistencia al movimiento, y mover dicho al menos un biorreactor, y al menos un tercer medio sensor de velocidad de giro para dicho al menos un tercer medio de agitación, al menos un tercer medio regulador de la velocidad de giro para dicho al menos un tercer medio de agitación y al menos un tercer medio controlador de la velocidad de giro para dicho al menos un tercer medio de agitación, b.4) al menos un tercer sensor de temperatura, al menos un tercer medio de regulador de temperatura y al menos un tercer medio controlador de temperatura, ubicados en dicho al menos un biorreactor que permite mantener el interior de dicho al menos un biorreactor en un rango de temperatura de 35 a 39eC, preferentemente a 37°C, b.5) al menos un primer medio sensor de pH, al menos un primer medio regulador de pH, y al menos un primer medio controlador de pH que permite ajustar la mezcla contenida al interior de dicho al menos un biorreactor ya sea, b.5.1 ) a un valor de pH en el rango de 1 ,15 a 1 ,25 si la mezcla de ingreso a dicho biorreactor corresponde a dicha mezcla de dicha muestra de suelo más el fluido S más fluido G, y a un valor de pH en el rango de 5,8 a 6,8 si la mezcla de ingreso a dicho biorreactor corresponde a dicha mezcla de dicha muestra de suelo más fluido S más fluido G más fluido B más fluido D, b.5.2) a un valor de pH igual o inferior de 1 ,5 si la mezcla de salida de dicho biorreactor corresponde a dicha mezcla de dicha muestra de suelo más fluido S más fluido G y a un valor de pH en el rango de 5 a 8 si la mezcla de salida de dicho biorreactor corresponde a dicha mezcla de dicha muestra de suelo más fluido S más fluido G más fluido B más fluido D,
b.6) al menos un medio de centrifugación que permite centrifugar el extracto bioquímico contenido en dicho al menos un biorreactor, b.7) al menos un equipo cuantificador de metales o metaloides seleccionado de cobre (Cu), plomo (Pb), Zinc (Zn) y Hierro (Fe), Níquel (Ni); Arsénico (As) y Cadmio (Cd), preferentemente, seleccionado de uno de: un fotómetro, un termoreactor, un microondas o una bomba Parr o un medio de cuantificación móvil seleccionado de una pistola de fluorescencia de rayos X o XRF o medio de cuantificación de metales pesados seleccionado de espectroscopia de masa de plasma (ICP) de masas o absorción atómica; donde dicho al menos un tercer sensor de temperatura se selecciona de un sensor infrarrojo y dicho tercer medio regulador de temperatura se selecciona de la combinación de al menos un ventilador y al menos una resistencia eléctrica; donde dicho al menos tercer medio sensor de temperatura mide la temperatura dentro y en las inmediaciones de dicho al menos un biorreactor, donde dicho medio regulador de la velocidad de agitación en dicho al menos un biorreactor se selecciona de un motor paso a paso, y c) al menos un módulo de recirculación inferior que comprende: c.1 ) al menos un tercer medio receptor que recibe por vaciado o descarga por gravedad, el extracto bioquímico resultante desde el módulo de mezcla o intermedio, c.2) al menos un medio impulsor incluyendo una bomba peristáltica, que permite recircular el extracto bioquímico hacia el módulo de pre-mezcla o superior, y d) al menos un medio de monitoreo y procesamiento de datos de velocidad de agitación, en cada uno de dichos al menos un medios primer, segundo y tercero medios de agitación; temperatura, en cada uno de dichos al menos uno primer, segundo y tercer medios receptores y biorreactor; y pH, en cada uno de dichos al menos uno primer, segundo y tercer medios receptores y biorreactor, que comprende al menos al menos una central de datos que recibe remotamente dichos datos de velocidad de agitación, temperatura y pH desde dichos al menos un primer, segundo y tercer medios sensores de velocidad de agitación, sensores de temperatura y sensores de pH de dichos módulo de pre-mezcla y módulo intermediario, donde dicha al menos una central de datos comprende al menos una base de datos donde se almacenan dichos datos recibidos desde dichos al menos un primer, segundo y tercer medios sensores de velocidad de agitación, sensores de temperatura y sensores de pH, y al menos un procesador que procesa dichos datos recibidos, y envía al menos una señal de salida en respuesta a dichos al menos un primer, segundo y tercer medios controladores de velocidad de agitación, controladores de temperatura y controladores de pH, después de comparar dichos datos recibido contra dichos datos almacenados, referenciales o preestablecidas, en dicha al menos una base de datos, habilitando la actuación manual o automatizada, en uno o más de dichos al menos uno primer, segundo y tercer controladores
de velocidad de giro, controladores de pH o controladores de temperatura si se confirma una diferencia entre dichos datos recibidos y dichos datos almacenados, referenciales o preestablecidos.
Dichos fluidos S y G son alimentados en dicho al menos un primer medio receptor de muestra y dichos fluidos B y D son alimentados en dicho al menos segundo medio receptor de muestra mediante compuertas ubicadas en la parte superior de dichos al menos uno primer y segundo medios receptores de muestra.
Opcionalmente, el presente sistema modular comprende medios emisores de señales auditivas, sonoras o ambas, que avisan al usuario que ha transcurrido un tiempo suficiente hasta alcanzar una homogeneidad de 50% en el módulo intermedio, preferentemente una homogeneidad de 90%.
La Figura 1 muestra el presente sistema modular, donde cada módulo se identifica con los numerales 1 , 2 y 3. El módulo 1 (módulo pre-mezcla) corresponde al módulo de pre-mezclado, que incorpora el sistema dual de agitación magnético, asimismo sirve de soporte del sistema de monitoreo de variables de proceso. El módulo 2 (módulo intermedio) muestra principalmente un bio-reactor del tipo “end-over-end”, compuesto por un sistema de giro de 360°, controlado paso a paso y también incorpora medios controladores de temperatura seleccionados de medios controladores de temperatura neumáticos. El módulo 3 (módulo de recirculación) que muestra principalmente los medios impulsores de recirculación, preferentemente bombas peristálticas.
Como muestra la Figura 1 , el presente sistema está diseñado como un sistema de cajas o cubos que se ensamblan entre sí, tal como se observa en los diagramas de proyección tridimensional que se observan en las Figuras 2, 3 y 4.
Cualquiera de los medios de control comprende una plataforma basada en microprocesador que funciona como sistema maestro en modalidad “edge computing” que está conectado directamente a los subsistemas de control basados en plataformas con microcontroladores. Los valores/mediciones que envían los medios sensores recoge de cada módulo, temperatura, pH y velocidad de agitación/giro, son procesados, permitiendo en respuesta accionar los actuadores de dichos medios reguladores de cualquiera de dichos módulos, y asimismo se envían a una base de datos en modalidad “cloud computing” y son usados para implementar un sistema de monitoreo web continuo, sistema “back-end”, para el proceso en curso, “front-end”.
El sistema de control está compuesto por una plataforma basada en microprocesador, la cual funciona como sistema maestro en modalidad “edge computing” que está conectado
directamente a los subsistemas de control basados en plataformas con microcontrolador. El controlador maestro registra las distintas variables capturadas por medio de sensores, las cuales son procesadas por los algoritmos de control para accionar los actuadores de cada uno de los módulos. Junto con lo anterior, se informan las variables registradas en una base de datos en modalidad “cloud computing”, sirviendo como insumo para el sistema “back-end” de un servicio web de monitoreo del proceso en curso (“front-end”).
Las figuras muestran dichos medios magnéticos del módulo de premezclado, que permite la agitación de la mezcla dentro del primer y segundo medio receptor de muestra mediante un medio de agitación ferromagnético sin aspas, que confiere giro constante y permite que la mezcla alcance una homogeneidad de 90%. También se muestran dichos medios de control y regulación de temperatura y pH, que permite el premezclado de los fluidos con muestras de suelo. Ver Figura 5.
Las figuras también muestran el módulo intermedio que comprende dicho bio-reactor “end-over- end” donde ocurren las reacciones químicas, que comprende medios de agitación con giro del tipo “end-over-end” y que operan en un rango de 25 a 30 RPM, preferentemente 29 RPM y cuya velocidad de agitación es regulada por un motor paso a paso. Asimismo, muestra como dicho medio de agitación está soportado en medios de engranaje que tienen distintos ejes montados sobre una serie de rodamientos con soporte lateral y dicho medio sensor de la velocidad de agitación/giro. También se muestran dichos medios reguladores de temperatura dentro de dicho bioreactor, los que comprenden un ventilador y una resistencia eléctrica, y medios sensores de temperatura seleccionados de un sensor infrarrojo para medir la temperatura focal y ambiental de dicho bio-reactor mientras gira. Ver Figuras 6, 7 y 8. La Figura 6 muestra el sistema de circulación neumático para control de temperatura. Adicionalmente, la Figura 7 muestra el giro completo de los medios de giro “end-over-end” y la caja contenedora del motor paso a paso. La Figura 8 muestra que los medios de giro “end-over-end” comprenden un conjunto de engranajes como caja reductora y amplificadora de fuerza de torque del motor paso a paso, el que se usa para regular en todo momento la velocidad exacta a la que se pretende rotar el contenedor con los reactivos. Asimismo, es necesario controlar la posición del contendor para el vaciado y llenado con los reactivos. El cálculo de los radios y numero de dientes de cada engranaje tiene directa relación con el volumen requerido en el bio-reactor.
La Figura 9 muestra el módulo de recirculación y principalmente el medio impulsor, bomba peristáltica, que habilita la recirculación al módulo de pre-mezclado para repetir el ciclo de proceso, si es necesario.
Se realizó una prueba con suelo de relave abandonado en ciudad, el proceso de toma de muestra y su manejo se realizó resguardando las buenas prácticas que permiten asegurar confiabilidad, trazabilidad, seguridad, y reproducibilidad tanto al desarrollo del proceso como a la obtención de resultados.
El presente método para cuantificar de forma remota y tiempo real, la bioaccesibilidad de metales y metaloides en una muestra de suelo contaminado: a) preparar fluidos orgánicos y enzimáticos seleccionados de saliva (S), bilis (B), fluido gástrico (G) y fluido duodenal (D), según las siguientes etapas: a.1 ) preparar dicho fluido orgánico S, agregando agua incluyendo agua ultra pura, bajo agitación hasta alcanzar una homogeneidad de 90% y manteniendo la temperatura a 28eC, en una proporción volumen/volumen de 3/10, y agregando un agente oxidante, preferentemente, NaOH, para regular el valor de pH en el rango de 6,0 a 7,0, si fuera necesario, y luego calentar la mezcla gradualmente hasta alcanzar 37eC; a.2) preparar dicho fluido orgánico G, agregando agua bajo agitación, hasta alcanzar una homogeneidad de 90% y manteniendo la temperatura a 28eC, en una proporción volumen/volumen de 37/80, y agregando un agente reductor ácido, preferentemente, ácido clorhídrico para regular el valor de pH en el rango de 1 ,0 a 1 ,2, si fuera necesario, y luego calentar la mezcla gradualmente hasta alcanzar 37eC; a.3) preparar dicho fluido orgánico B, agregando agua, preferentemente agua ultrapura bajo agitación hasta alcanzar una homogeneidad de 90% y manteniendo la temperatura a 28eC, en una proporción volumen/volumen de 3/10, y agregando un agente reductor ácido, preferentemente, ácido clorhídrico para regular el valor de pH en el rango de 7,8 a 8,2, si fuera necesario, y luego calentar la mezcla gradualmente hasta alcanzar 37eC; y a.4) preparar dicho fluido orgánico D, agregando agua, preferentemente agua ultrapura bajo agitación hasta alcanzar una homogeneidad de 90% y manteniendo la temperatura a 28eC, en una proporción volumen/volumen de 37/60, y agregando un agente reductor ácido, preferentemente ácido clorhídrico, para regular el valor de pH a un valor en el rango de pH de 7,2 a 7,6, si fuera necesario, y luego calentar la mezcla gradualmente hasta alcanzar 37eC; b) preparar la muestra de suelo contaminado preferentemente, suelo de relave abandonado en ciudad, secándola a una temperatura en el rango de temperatura de 40 a 80eC, preferentemente 40eC hasta alcanzar 0% de humedad y tamizando posteriormente hasta un tamaño inferior a 250 micrometres, c) mezclar dicha muestra de suelo resultante de la etapa b) con dicho fluido S resultante de la etapa a.1 ) y dicho fluido G resultante de la etapa a.2) y dejar que reaccionen en el biorreactor por un período de tiempo, y luego adicionar la mezcla resultante que reaccionó en el reactor con dicho fluido B resultante de la etapa a.3) y dicho fluido D resultante de la etapa a.4) manteniendo
la temperatura de dicho biorreactor en el rango de 37 a 39eC, preferentemente 37°C, y donde dichas mezclas se realizan bajo agitación hasta obtener una homogeneidad sobre 50%, preferentemente 90%, mediante las siguientes subetapas: c.1 ) mezclar dicha muestra de suelo contaminado preparado conforme a la etapa b) con fluido S preparado conforme a la etapa a.1 ) en una proporción peso/volumen de dicha muestra de suelo a dicho fluido S (mg/ml) de 100 a 15, bajo agitación. c.2) agregar a dicha mezcla resultante de c.1 ), fluido G preparado conforme a la etapa a.2), en una proporción volumen a volumen S: G de 2: 3, bajo agitación y regulando el pH a un valor en el rango de 1 ,15 a 1 ,25, preferentemente, a un valor de pH de 1 ,2, y dejar reaccionar por un tiempo de al menos 1 hora; c.3) agregar a dicha mezcla resultante de c.2), fluido D preparado conforme a la etapa a.3), en una proporción volumen a volumen S: G: D de 2: 3: 6, bajo agitación; c.4) agregar a dicha mezcla resultante de c.3), fluido B preparado conforme a la etapa а.4), en una proporción volumen a volumen S: G: D: B de 2: 3: 6: 2, bajo agitación y, regulando el valor de pH en un rango de 5,8 a 6,8, preferentemente, a un valor de pH de б,3, y dejar reaccionar por al menos 4 horas y, d) centrifugar las mezclas resultantes de la etapa gástrica o etapa c.2) o resultante de la etapa gastrointestinal o etapa c.4) y separar el sobrenadante para luego agregarle un agente oxidante preferentemente, ácido nítrico, preferentemente ácido nítrico al 67%, y preparar diluciones con las mezclas, donde dichas diluciones preparadas están en el rango de 1 :200 a 1 :10, preferentemente diluciones de 1 :10, 1 :100 y 1 :200, y uno de: e) eliminar materia orgánica contenida en dichas diluciones de la etapa d) sometiendo la dilución a un medio ácido oxidante para digestión ácida o una digestión de disgregación para metal, a 120°C, o por digestión ácida por microondas, donde previamente a conducir dicha digestión de disgregación del metal, se regula el valor de pH con un agente oxidante, f) cuantificar de forma separada dichos metales o metaloides seleccionados de cobre (Cu), hierro (Fe), Zinc (Zn) y plomo (Pb), Níquel (Ni), Cadmio (Cd) y Arsénico (As), desde las muestras resultantes de la etapa e), en un fotómetro, un termoreactor, un microondas o una bomba Parr o un medio de cuantificación móvil seleccionado de una pistola de fluorescencia de rayos X o XRF o medio de cuantificación de metales pesados seleccionado de espectroscopia de masa de plasma (ICP) de masas.
Opcionalmente, las etapas a) y c) se repiten tantas veces como se considere necesario, donde los fluidos S, B, D, G preparados se mezclan con la muestra resultante de la etapa c) anterior de cada ciclo de repetición.
Opcionalmente, el presente sistema modular comprende emitir señales auditivas, sonoras o ambas que avisan al usuario que ha transcurrido un tiempo suficiente hasta alcanzar una homogeneidad de mezcla sobre 50% homogeneidad, preferentemente 90% ya sea cuando se mezcla la muestra con S y G o cuando se mezcla la muestra con S, G, B y D. También considera aviso cuando sobrepasa los niveles térmicos establecidos.
Siendo el tiempo suficiente hasta alcanzar una homogeneidad de 50% en el módulo intermedio de 30 minutos. Cuando se mezcla dicha muestra de suelo con S y G, Mientras hasta alcanzar una homogeneidad del 90% en el mismo módulo cuando se mezcla dicha muestra de suelo con S y G, el tiempo de aprox. es 1 hora.
Siendo el tiempo suficiente hasta alcanzar una homogeneidad de 90% en el módulo intermedio cuando se mezcla dicha muestra de suelo con S, G, B y D de 2 horas, mientras hasta alcanzar una homogeneidad de 90% en el mismo módulo cuando se mezcla dicha muestra de suelo con S, G, B y D, el tiempo aprox, es de 4 horas.
Opcionalmente al término de la etapa c) se agrega de 1 a 2 mi de ácido nítrico (HNO3) concentrado para fijar el valor de pH a un valor en el rango de 5 a 8, en caso que se desee, conservar dicha muestra.
Preferentemente, la etapa e) comprende regular el valor de pH con un agente oxidante seleccionado según se indica a continuación, dependiendo del metal a cuantificar: e.1 ) regular el valor de pH en el rango de 6 a 7, preferentemente con NaOH y HCI, previamente a cuantificar Fe desde dicha dilución, e.2) regular el valor de pH en el rango de 6 a 7, preferentemente con NH3 diluido y HNO3, previamente a cuantificar Pb desde dicha dilución, e.3) regular el valor de pH en el rango de 6 a 7, preferentemente con NaOH y H2SO4, previamente a cuantificar uno de Zn, Cu, Ni, Cd o As desde dicha dilución.
Preferentemente, dicha digestión de disgregación del metal de la etapa e) se conduce en un termoreactor con reactivos que se agregan según el metal que se desea cuantificar y conforme a las instrucciones del fabricante.
Preferentemente, si la etapa e) de cuantificación se conduce en un fotómetro, se regula el pH de dicha mezcla según el metal a cuantificar desde dicha dilución mediante el uso de agentes oxidantes seleccionados según se indica a continuación: f.1 ) regular el valor pH en el rango de 3 a 6 con NH3 diluido y HNO3 para cuantificar Pb desde dicha dilución,
f.2) regular el valor de pH en el rango de l a 10 con NaOH y HCI para cuantificar Fe desde dicha dilución, f.3) regular el valor de pH en el rango de 3 a 11 con NaOH y H2SO4 para cuantificar uno de Zn, Cu, Ni 0 Cd desde dicha dilución,
Preferentemente, se cuantifica Arsénico (As) sometiendo dicha dilución a un test de arsénico fotométrico según las indicaciones del fabricante, donde previamente se regula el valor de pH de dicha dilución, en el rango de 0 a 13.
Ejemplos
Es importante considerar que antes de someter a análisis y cuantificar la cantidad de metal y metaloides de cada muestra, es necesario cumplir con buenas prácticas de análisis de laboratorio, y calibrar los sensores de pH para dar confiabilidad al proceso de análisis. Lo mismo ocurre con la toma de muestra que debe ser realizada asegurando las buenas prácticas para análisis de laboratorio.
También es importante, considerar que la muestra de suelo a ser analizada previamente debe ser sometida a un secado a una temperatura en el rango de 40°C a 80°C, preferentemente a, 40°C, hasta un contenido de humedad de 0%, lo que podría tardar un período de tiempo de 6 a 8 horas, y haber sido tamizada previamente a un tamaño inferior a 250 micrometres.
Ejemplo 1
8,15 g de muestra de suelo de relave (indey 106) que tiene las características que señala la tabla 2, se adiciona 368 mg de fluido orgánico de saliva (S) previamente disuelto en 120 mL de agua ultra pura, bajo agitación controlada de 500 a 750 rpm y calentando hasta alcanzar 28°C, y adicionando con micropipeta 0.22 ml de NaOH (1 M), regulando el pH del fluido S aislado suavemente y controlando el pH en un rango de 6 a 7. La mezcla del fluido orgánico S y la muestra de suelo se realiza bajo agitación de 500 a 750 rpm durante 10 a 15 segundos y calentando suavemente hasta alcanzar 37°C. Luego, se mezclan de 2051 mg de fluido gástrico (G) previamente preparado disuelto en 185 mi de agua ultra pura, bajo agitación controlada y calentado hasta 28°C, y adicionando con micropipeta 1.53 mL de HCI (37%), regulando el pH suavemente y controlando el pH del fluido G en un rango 1 ,0 a 1 ,2. La mezcla con el fluido orgánico G se realiza bajo agitación controlada en un rango de 500 a 750 rpm durante 10 segundos y calentando suavemente hasta alcanzar 37°C. La muestra resultante así preparada, ajustada en un rango de pH entre 1 ,15 a 1 ,25, se ingresa al módulo biorreactor del presente sistema y se agita a 29 rpm durante 1 hora, al término se confirma que tiene un valor de pH inferior a 1 ,5, y se centrifuga a 4500 g por 15 minutos para luego retirar el sobrenadante y esperar
que este se enfríe a temperatura ambiente. El extracto resultante se prepara mediante ataque ácido o digestión ácida antes de obtener las lecturas del fotómetro para identificar la presencia de plomo (Pb), un metal que diversa literatura científica indica que queda retenido en la etapa gástrica. La digestión ácida y la alta temperatura (300 °C) y presión aplicada (2500 psi) aplicada, permiten destruir toda la materia orgánica, y con ello, facilitan la generación de una medición correcta asociada a los metales.
Tabla 1 Características del relave o suelo minero
Para eliminar la interferencia de materia orgánica presentes en el extracto se realiza una digestión previa del extracto en medio ácido oxidante a 120°C por 1 hora, para oxidar la materia orgánica y dejar libre el metal para su determinación por fotometría, lo que requiere la dilución del extracto y un ajuste del pH de la muestra. Diluciones de 1 :10; 1 :100; 1 :200 permiten la detección de los metales. Antes de realizar la destrucción de la materia orgánica, se estabiliza la muestra a valores de pH en el rango de 5 a 8 para asegurar la efectividad del proceso. El medio ácido oxidante se puede seleccionar de NaOH (1 M), HNO3 (0,1 M), H2SO4 (0,5 M), HCI (3%) o amoníaco diluido. Tomar mediciones fotométricas para hierro ajustando el pH de la dilución a valores en el rango de 6 a 7 con NaOH o HCI, plomo ajustando el pH de la dilución a valores en el rango de 6 a 7 con NH3 o HNO3 y para los otros metales ajustando el pH de la dilución a valores en el rango de 6 a 7 con NaOH o H2SO4.
Para eliminar la carga/materia orgánica, se utiliza un termoreactor que se precalienta a 120°C y un set de reactivos de digestión: ácido digestivo, como agente reductor (ácido sulfúrico puro 99,7%), y un agente oxidante, una mezcla de persulfato de potasio y nitrato de sodio, que se dejan reaccionar la muestra con los reactivos por 1 hora para luego dejar enfriar a temperatura ambiente. Se agrega el reactivo 3, hidróxido de sodio, NaOH, como reactivo adicional para ajustar el pH de la muestra, solo para medir hierro. Para los demás metales se usa un fotómetro portátil y se siguen las instrucciones del fabricante.
Alternativamente, y para confirmar u obtener valores cuando la medición en el fotómetro sea fallida, se puede conducir una digestión ácida Parr, que cuenta con la ventaja de incluir recipientes a presión sellados, un procedimiento rápido para la disolución de la muestra. También se puede conducir una medición apoyada en el uso de un microondas comercial. Lo que proporciona un medio conveniente para mantener ácidos o álcalis minerales fuertes a temperaturas muy por arriba de los puntos normales de ebullición, permite acelerar la digestión mediante el uso de ácidos fuertes, como HF o agua regia, lo que genera una acción química vigorosa que permite reducir tiempos asociados a la realización de procedimientos analíticos.
En las pruebas realizadas, se agregó un agente ácido y otro reductor a la muestra en ¡guales proporciones, a 4 mi de muestra se le agregan, 4 mL de HNO3 (65%) y 4 mL de H2O2 al 30%, y los contenedores se cerraron a presión. Dependiendo del relave o residuo a tratar estas cantidades se pueden modificar, en la proporción 1 : 1 : 0,5 en volumen. En general, se usaron 3 min, a bajas potencias en el rango de 300 a 450 Watts, de preferencia 400 Watts, y con la precaución que el volumen de la muestra incluyendo la mezcla de agentes ácidos y reductor no debe exceder el 40% del volumen final de la Bomba Parr.
El análisis químico de elementos en solución por método fotométrico es una técnica clásica para el análisis de diferentes tipos de aguas, tales como superficiales, potables, residuales, etc. Para el caso particular de los fluidos usados en un procedimiento de bioaccesibilidad, es más complejo aplicar técnicas fotométricas, debido a la amplia gama de compuestos y sales, muchos de ellos de naturaleza orgánica, que componen cada fluido. En la presente invención, se adicionan reactivos la muestra que contiene metales y metaloides a determinar se introduce en una cubeta, los que causan una coloración cuya intensidad es proporcional a la concentración del metal o metaloide en la muestra. A través del medio receptor de muestra, se hace pasar un haz de luz que la muestra absorberá parcialmente, la parte no absorbida del haz de luz es registrada por el fotómetro y convierte la señal en un dato de concentración. Para cada metal o metaloide se debe usar un reactivo específico, aplicado en una cantidad específica sobre una dilución de pH
ajustado y que junto a la calibración del instrumento que viene definida de fábrica, permiten obtener directamente la concentración del metal o metaloide.
Para determinar las mediciones con plomo, se deben realizar dos mediciones ya que la primera lectura se relaciona con el Pb libre más algunas otras impurezas provocadas por la reacción del reactivo. Una medición se relaciona entonces con la muestra mientras la otra medición se refiere a la impureza de este test químico, calcio, y que está por sobre los 100 ppm de Ca+. Para medir la impureza entonces se agrega amoníaco (NH3) que una vez disuelto completamente, se usa para restar esta impureza, en su mayor parte.
Para determinar la concentración de cobre total, se requiere una mezcla de ácidos para disociar los compuestos y complejos estables de cobre. Para evitar pasar el rango de detección (0,05 - 8 mg/L) del instrumento, la muestra se debe diluir, preferentemente, en un rango de dilución de 1 a 10, hasta un máximo de 10 a 100) directamente con agua desionizada y el pH se ajusta con NaOH diluido o H2SO4 diluido antes de realizar la medición y es necesario adicionar el reactivo correspondiente al test del metal. Para Plomo se usa NH3 diluido y HNO3. Para Hierro se usa NaOH y HCI. Para Zinc, Cobre, Níquel y Cadmio se usa NaOH y H2SO4, y para el test de Arsénico se debe proceder según la siguiente metodología:
El test de arsénico se realizó de acuerdo al procedimiento establecido por el test Método fotométrico Spectroquant®, código 1017470001 que requiere un volumen de muestra de 20 mi y utiliza diferentes reactivos. Entonces, siguiendo las instrucciones del fabricante se procedió a realizar la medición y el extracto obtenido se somete a lectura directa en el fotómetro. Este test no requiere que la muestra sea tratada con digestión ácida previamente, ya que el proceso en sí mismo incluye un tratamiento ácido reductor.
Para determinar la concentración de Zinc se requiere un tiempo de reacción más prolongado de lo necesario para conducir las mediciones comparado con los otros metales y metaloides, 15 minutos. Los reactivos son según las indicaciones del fabricante del instrumento. En general, el color de la reacción permanece intacto por 30 minutos, decayendo su concentración en un 5% respecto a la medida del valor inicial, a los 60 minutos. El pH se ajusta a valores en 3 a 10 con NaOH diluido o H2SO4 diluido. El rango de detección de la muestra es 0.2 a 5 mg/L.
Dado que los aniones nitratos y provenientes de arenas como el óxido de silicio junto con los sulfatos produce interferencias en la medida sobre los 1000 ppm, es necesario agregar a una muestra preparada a una temperatura en el rango de 10 a 35°C con pH regulado a un valor en
el rango de 4 a 10; y usar los reactivos que indica el fabricante del instrumento de medición (fotómetro).
Para las mediciones de hierro, se debe tener presente que en general los suelos tienen una alta concentración de este elemento por su abundancia en la naturaleza, y por ello, la muestra se debe diluir varias veces con agua destilada para que esté dentro del rango de detección del fotómetro (0,05 a 4 mg/L). Las diluciones pueden ser seleccionadas dilución 10, 100 o 20, preferentemente. El pH se puede ajustar a un valor en el rango de 1 a 10, preferentemente el pH se ajusta con NaOH y HCI. Se usan los reactivos sugeridos por el fabricante del dispositivo de medición (fotómetro).
Los datos de la etapa gástrica se resumen en la tabla 2:
Tabla 2
Para los análisis de la Muestra 2 en estudio del relave Indey 106 para la etapa gástrica se realizó usando el mismo procedimiento que aquel descrito anteriormente para la etapa gástrica para cuantificar los metales en estudio:
Tabla 3 Resultados de la etapa gástrica ejemplo indey 106
Las Tablas 4 y 5 muestran los resultados obtenidos de concentración bioaccesible para el sistema de la presente invención, para 4 metales como ejemplo, y con 6 repeticiones como evidencia de la validación del sistema comparando resultados con aquellos obtenidos en Laboratorio.
Tabla 4: Lecturas/mediciones independientes de concentración bioaccesible en Etapa Gástrica determinadas por Espectroscopia de Absorción Atómica (EAA) de la muestra relave, Muestra 2 (indey 106), por el presente sistema versus laboratorio
Tabla N°5 Intervalos de confianza (I. C) del Desempeño del presente sistema (Proceso de Extracción) en la etapa 1 del relave Indey 106, para procedimiento en laboratorio y prototipo (SD es la desviación estándar, CV es el porcentaje del coeficiente de variación)
Como validación del sistema de lectura se presenta en la tabla 6 las mediciones por fotometría de las muestras tratadas a excepción del arsénico que no requiere esta preparación:
La Tabla 6 muestra los resultados de los ensayos de digestión ácida en la etapa gástrica. Errores Relativos de Desempeño de Lectura de fotometría con digestión ácida versus EAA en Muestra 2.
El procedimiento detallado para la etapa gastrointestinal que busca prioritariamente identificar el arsénico bioaccesible, se incorpora las siguientes fases posterior al término de la etapa gástrica, explicada anteriormente. A esta etapa se le agrega una fase de duración de 4 horas en el biorreactor donde se le agregan al término, fluidos orgánicos seleccionados de Bilis y Duodeno (B, D) de acuerdo al siguiente protocolo:
1. Preparar fluidos orgánicos B y D mientras está en proceso la etapa gástrica en el biorreactor, a) se agregar el fluido D en un vaso precipitado, adicionar 370 mL de agua para análisis y agitar con temperatura hasta los 28°C, b) Agregar el fluido B a un vaso precipitado y adicionar 120 mL de agua para análisis, agitar hasta disolución y calentar hasta los 28°C. c) Agregar 22 pL de HCI al fluido B y 67pL HCI al fluido D. d) Regular la temperatura hasta los 37°C en ambos fluidos de manera suave. e) Verificar que cada fluido este en su rango de pH, para el fluido B pH=7,8 y 8,2 y fluido D pH= 7,2 y 7,6.
2. Terminando la primera hora de la etapa gástrica, se debe chequear que su pH sea inferior a 1 ,5 y se agregar la solución del fluido B a la botella que contiene el extracto de la etapa anterior
3. Posteriormente añadir la solución del fluido D a la botella.
4. Agitar la mezcla y verificar que el pH se encuentre en el rango de 5,8 y 6,8. De no estar en este rango se debe ajustar con NaOH 1 M o HCI 37%
5. Una vez ajustado al rango de pH, se lleva la mezcla a agitación por 4 horas a 29 RPM (el rango puede estar entre 24-29 RPM)
6. Centrifugar a 4500g por 15 minutos.
7. Retirar el sobrenadante y dejar que se enfríe a temperatura ambiente para refrigerar mientras se prepara el sistema de digestión ácida y sus agentes oxidante y reductores.
8. Preparación de extracto para las mediciones de fotometría: Antes de realizar las mediciones, se debe preparar la muestra, mediante ataque ácido preferentemente usando Crack Set de Merck o por digestión ácida por microondas. Este proceso puede durar 4 horas
9. Realización de la medición, incluyendo arsénico que es propuesto por la literatura científica como un compuesto retenible en la etapa gastrointestinal.
Los datos para el proceso de elaboración para la etapa gastrointestinal se resumen en la Tabla 7.
Tabla 7:
A continuación, se presentan resultados obtenido de la muestra 2 del relave en estudio ndey 106 para el arsénico en ambas etapas como conclusión de la operación completa del sistema de la presente invención:
Tabla 8
A continuación, se presentan resultados obtenido de la muestra 2 del relave en estudio Indey 106 para el plomo en ambas etapas como conclusión de la operación completa del sistema de invención:
Tabla 9
Otros resultados obtenidos para otra muestra de residuo minero, y siguiendo las mismas condiciones, etapas y el sistema de la invención se muestran en las tablas 10 y 11 , a continuación:
Tabla 10: Etapa Gástrica (Indey 31)
Estos resultados muestran que es posible cuantificar las concentraciones de metales pesados totales y bioaccesibles en terreno. Mientras la presente invención se ha descrito haciendo referencia a las realizaciones de los ejemplos, una persona versada en la materia puede realizar uno o más cambios o adaptaciones que pueden caer dentro del alcance de esta invención por corresponder a meros equivalentes o sustitutos de los elementos aquí descritos. La presente invención no se limita a las descripciones y a los ejemplos antes descritos.
Claims
1 . Sistema modular simulador gastrointestinal, liviano y portátil, que cuantifica en forma remota y tiempo real, la bioaccesibilidad o cantidad/concentración de metales bajo las condiciones de digestión humana, de metales y metaloides seleccionados de zinc (Zn), plomo (Pb), cobre (Cu), hierro (Fe), níquel (Ni); arsénico (As) y cadmio (Cd), en muestras de suelo contaminado, incluyendo muestras de relaves o residuos mineros, que comprende: a) al menos un módulo de premezcla superior o pre-gástrico que homogeniza y acondiciona la temperatura de la mezcla a analizar y que comprende fluidos gástricos y enzimáticos seleccionados de saliva (S), fluido gástrico (G), bilis (B) y fluido duodenal (D) y dicha muestra de suelo, que comprende: a.1 ) al menos un primer medio receptor de mezcla que recibe dichos fluidos S y G y dicha muestra de suelo, donde dicho primer medio receptor de mezcla es de un material inerte, incluyendo acero inoxidable o vidrio, a.2) al menos un primer medio de agitación, al menos un primer sensor de velocidad de agitación, al menos un primer medio regulador de dicha velocidad de agitación y al menos un primer medio controlador de dicha velocidad de agitación, ubicados en dicho al menos un primer medio receptor de muestra, que permiten mantener dicho primer medio de agitación a una velocidad de agitación que permite alcanzar una homogeneidad de 90%, a.3) al menos un primer sensor de temperatura, al menos un primer medio regulador de temperatura y al menos un primer medio controlador de temperatura, ubicados en dicho al menos un primer medio receptor de muestra que permiten mantener el interior de dicho al menos un primer medio receptor de mezcla en un rango de temperatura de 35 a 39eC, a.4) al menos un primer medio sensor de pH, al menos un primer medio regulador de pH, y al menos un primer medio controlador de pH, ubicados en dicho al menos un primer medio receptor de muestra, que permiten: a.4.1 ) regular el valor de pH en el rango de 6,0 a 7,0 cuando dicho primer recipiente recibe inicialmente dicho fluido S aisladamente; o a.4.2) regular el valor de pH en el rango de 1 ,0 a 1 ,2 cuando dicho primer recipiente recibe inicialmente dicho fluido G aisladamente a.4.3) regular el valor de pH en el rango de 1 ,15 a 1 ,25, preferentemente a un valor de pH de 1 ,2, cuando dicho primer recipiente recibe dicha mezcla de suelo más el fluido S y el fluido G, a.5) al menos un segundo medio receptor de mezcla que recibe dichos fluidos B y D, y que opera en paralelo a dicho al menos un primer medio receptor de mezcla, y donde dicho primer medio receptor de mezcla es de un material inerte, incluyendo acero inoxidable o vidrio;
a.6) al menos un segundo medio sensor de pH, al menos un segundo medio regulador de pH, y al menos un segundo medio controlador de pH ubicados en dicho al menos un segundo medio receptor de muestra, que permiten: a.6.1 ) regular el valor de pH en el rango de 7,8 a 8,2 cuando dicho primer recipiente recibe inicialmente dicho fluido B aisladamente; o a.6.2) regular el valor de pH en el rango de 7,2 a 7,6 cuando dicho primer recipiente recibe inicialmente dicho fluido D aisladamente a.7) al menos un segundo sensor de temperatura, al menos un segundo medio regulador de temperatura y al menos un segundo medio controlador de temperatura, ubicados en dicho al menos un segundo medio receptor de muestra, que permite mantener el interior de dicho al menos un segundo medio receptor de mezcla en un rango de temperatura de 35 a 39eC, a.8) al menos un segundo medio de agitación, al menos un segundo sensor de velocidad de agitación, al menos un segundo medio regulador de dicha velocidad de agitación y al menos un segundo medio controlador de dicha velocidad de agitación, ubicados en dicho al menos un segundo medio receptor de muestra, que permiten mantener dicho segundo medio de agitación a una velocidad de agitación que permite alcanzar una homogeneidad de 90%, y a.9) al menos una interfase de despliegue pantalla que muestra información de dichos al menos un primer y segundo sensores de temperatura, dichos primer y segundo medios sensores de pH y dichos al menos un primer y segundo sensor de velocidad de agitación, y donde dichos al menos un primer y segundo medios controladores de temperatura permiten actuar en forma manual o automatizada, en dichos primer y segundo medios reguladores de temperatura para mantener el interior de dichos al menos un primer y segundo medios receptores de mezcla, a 37eC, donde dichos al menos un primer y segundo medios de agitación se seleccionan de al menos un medio de agitación magnético, donde dichos al menos un primer y segundo medios reguladores de temperatura se seleccionan de al menos dos termo ventiladores que se activan asincrónicamente; y b) al menos un módulo de mezcla intermedio o simulador gástrico y gastrointestinal, que comprende: b.1 ) al menos un biorreactor, preferentemente de acero inoxidable, que recibe dicha mezcla de dicha muestra de suelo más fluido S más fluido G o mezcla de dicha muestra de suelo más fluido S más fluido G más fluido B más fluido D,
b.2) al menos un tercer medio de agitación seleccionado de un agitador tipo “end-over- end” que permite giro de 360° ubicado en dicho al menos un biorreactor, comprendiendo al menos un tercer sensor de velocidad de agitación, al menos un tercer medio regulador de dicha velocidad de agitación y al menos un tercer medio controlador de dicha velocidad de agitación tipo paso a paso, que permite mantener dicho al menos tercer medio de agitación a una velocidad de agitación que permite alcanzar una homogeneidad sobre 50% y al menos un tercer sensor de temperatura, al menos un tercer medio regulador de temperatura y al menos un tercer medio controlador de temperatura, b.3) al menos un primer medio de soporte de base para cada eje de giro de dicho al menos un tercer medio de agitación, y al menos un medio de engrane montado sobre medios de rodamientos de soporte lateral, que le permite disminuir el roce con la pared interior de dicho al menos un biorreactor, alcanzar equilibrio mecánico, dar soporte, tener baja resistencia al movimiento, y mover dicho al menos un biorreactor, y al menos un tercer medio sensor de velocidad de giro para dicho al menos un tercer medio de agitación, al menos un tercer medio regulador de la velocidad de giro para dicho al menos un tercer medio de agitación y al menos un tercer medio controlador de la velocidad de giro para dicho al menos un tercer medio de agitación, b.4) al menos un tercer sensor de temperatura, al menos un tercer medio de regulador de temperatura y al menos un tercer medio controlador de temperatura, ubicados en dicho al menos un biorreactor que permite mantener el interior de dicho al menos un biorreactor en un rango de temperatura de 35 a 39eC, b.5) al menos un primer medio sensor de pH, al menos un primer medio regulador de pH, y al menos un primer medio controlador de pH que permite ajustar la mezcla contenida al interior de dicho al menos un biorreactor ya sea, b.5.1 ) a un valor de pH en el rango de 1 ,15 a 1 ,25 si la mezcla de ingreso a dicho biorreactor corresponde a dicha mezcla de dicha muestra de suelo más el fluido S más fluido G, y a un valor de pH en el rango de 5,8 a 6,8 si la mezcla de ingreso a dicho biorreactor corresponde a dicha mezcla de dicha muestra de suelo más fluido S más fluido G más fluido B más fluido D, b.5.2) a un valor de pH igual o inferior de 1 ,5 si la mezcla de salida de dicho biorreactor corresponde a dicha mezcla de dicha muestra de suelo más fluido S más fluido G y a un valor de pH en el rango de 5 a 8 si la mezcla de salida de dicho biorreactor corresponde a dicha mezcla de dicha muestra de suelo más fluido S más fluido G más fluido B más fluido D, b.6) al menos un medio de centrifugación que permite centrifugar la mezcla de la muestra con dichos fluidos S, B, G y D contenido en dicho al menos un biorreactor, b.7) al menos un equipo cuantificador de metales o metaloides seleccionado de cobre (Cu), plomo (Pb), Zinc (Zn) y Hierro (Fe), Níquel (Ni); Arsénico (As) y Cadmio (Cd),
preferentemente, seleccionado de uno de: un fotómetro, un termoreactor, un microondas o una bomba Parr o un medio de cuantificación móvil seleccionado de una pistola de fluorescencia de rayos X o XRF o medio de cuantificación de metales pesados seleccionado de espectroscopia de masa de plasma (ICP) de masas o absorción atómica; donde dicho tercer medio regulador de temperatura se selecciona de la combinación de al menos un ventilador y al menos una resistencia eléctrica; donde dicho al menos tercer medio sensor de temperatura mide la temperatura dentro y en las inmediaciones de dicho al menos un biorreactor, donde dicho tercer medio regulador de la velocidad de agitación en dicho al menos un biorreactor se selecciona de un motor paso a paso, c) al menos un módulo de recirculación inferior que comprende: c.1 ) al menos un tercer medio receptor que recibe por vaciado o descarga por gravedad, el extracto bioquímico resultante desde el módulo de mezcla o intermedio, c.2) al menos un medio impulsor incluyendo una bomba peristáltica, que permite recircular el extracto bioquímico hacia el módulo de pre-mezcla o superior, y d) al menos un medio de monitoreo y procesamiento de datos de: velocidad de agitación, en cada uno de dichos al menos un medios primer, segundo y tercer medios de agitación; temperatura, en cada uno de dichos al menos uno primer, segundo y tercer medios receptores y biorreactor; y pH en cada uno de dichos al menos uno primer, segundo y tercer medios receptores y biorreactor, que comprende al menos una central de datos que recibe remotamente dichos datos de velocidad de agitación, temperatura y pH desde cada uno de dichos al menos un primer, segundo y tercer medios sensores de velocidad de agitación, medios sensores de temperatura y medios sensores de pH de dichos módulo de pre-mezcla y módulo intermedio, donde dicha al menos una central de datos comprende al menos una base de datos donde se almacenan los datos recibidos desde dichos al menos un primer, segundo y tercer medios sensores de velocidad de agitación, sensores de temperatura y sensores de pH, y al menos un procesador que procesa dichos datos, y que envía al menos una señal de salida en respuesta a dichos al menos un primer, segundo y tercer medios controladores de velocidad de agitación, controladores de temperatura y controladores de pH, después de comparar dichos datos recibidos contra datos almacenados, referenciales o pre-establecidas, habilitando una actuación manual o automatizada, en uno o más de dichos al menos uno primer, segundo y tercer controladores de velocidad de agitación, controladores de pH o controladores de temperatura cuando confirma una diferencia entre dichos datos recibidos y dichos datos almacenados, referenciales o pre-establecidos.
2. El sistema de la reivindicación 1 donde dicho al menos un tercer sensor de temperatura se selecciona de un sensor infrarrojo.
3. El sistema de la reivindicación 1 donde dichos al menos primer y segundo medios receptores de muestra de dicho módulo de pre-mezclado tienen compuertas ubicadas en la parte superior para alimentar/ingresar dichos fluidos S y G.
4. El sistema de la reivindicación 1 donde dichos medios controladores de temperatura de dicho biorreactor se seleccionan de medios controladores de temperatura neumáticos.
5. El sistema de la reivindicación 1 donde dichos medios impulsores de recirculación se seleccionan de bombas peristálticas.
6. El sistema de la reivindicación 1 donde dicho medios magnéticos de dichos primer y segundo medio receptor de muestra del módulo de premezclado se seleccionan de un medio de agitación ferromagnético sin aspas.
7. El sistema de la reivindicación 1 donde dichos medios reguladores de temperatura dentro de dicho biorreactor comprenden un ventilador y una resistencia eléctrica.
8. El sistema de la reivindicación 1 donde dichos primer y segundo medios receptores de muestra son de vidrio.
9. El sistema de la reivindicación 1 que además comprende medios emisores de señales auditivas, sonoras o ambas, que avisan al usuario que ha transcurrido un tiempo suficiente hasta alcanzar una homogeneidad de 50% en el módulo intermedio.
10. El sistema de la reivindicación 1 donde dichos medios emisores de señales auditivas, sonoras o ambas, avisan a usuario que ha transcurrido un tiempo suficiente hasta alcanzar una homogeneidad de 90%.
1 1 . El sistema de la reivindicación 1 donde dichos medios sensores de señales auditivas, sonoras o ambas, avisan al usuario cuando se alteran los niveles térmicos establecidos.
12. Método para cuantificar de forma remota y tiempo real, la bioaccesibilidad de metales y metaloides en una muestra de suelo contaminado: a) preparar fluidos orgánicos y enzimáticos seleccionados de saliva (S), bilis (B), fluido gástrico (G) y fluido duodenal (D), según las siguientes etapas: a.1 ) preparar dicho fluido orgánico S, agregando agua incluyendo agua ultra pura, bajo agitación hasta alcanzar una homogenización de 90% y manteniendo la temperatura a
28eC, en una proporción volumen/volumen de 3/10, y agregando un agente oxidante para regular el valor de pH en el rango de 6,0 a 7,0, si fuera necesario, y luego calentar la mezcla gradualmente hasta alcanzar 37eC; a.2) preparar dicho fluido orgánico G, agregando agua bajo agitación hasta alcanzar una homogenización de 90% y manteniendo la temperatura a 28eC, en una proporción volumen/volumen de 37/80 y agregando un agente reductor ácido para regular el valor de pH en el rango de 1 ,0 a 1 ,2, si fuera necesario, y luego calentar la mezcla gradualmente hasta alcanzar 37eC; a.3) preparar dicho fluido orgánico B, agregando agua incluyendo agua ultrapura bajo agitación hasta alcanzar una homogenización de 90% y manteniendo la temperatura a 28eC, en una proporción volumen/volumen de 3/10, y agregando un agente reductor ácido para regular el valor de pH en el rango de 7,8 a 8,2, si fuera necesario, y luego calentar la mezcla gradualmente hasta alcanzar 37eC; a.4) preparar dicho fluido orgánico D, agregando agua, preferentemente agua ultrapura bajo agitación hasta alcanzar una homogenización de 90% y manteniendo la temperatura a 28eC, en una proporción volumen/volumen de 37/60, y agregando un agente reductor ácido para regular el valor de pH a un valor en el rango de pH de 7,2 a 7,6, si fuera necesario, y luego calentar la mezcla gradualmente hasta alcanzar 37eC; b) preparar la muestra de suelo contaminado secándola en un rango de temperatura entre 40 a 80eC hasta alcanzar 0% de humedad y tamizando posteriormente hasta un tamaño inferior a 250 micrometres, c) mezclar dicha muestra de suelo resultante de la etapa b) con dicho fluido S resultante de la etapa a.1 ) y dicho fluido G resultante de la etapa a.2) y dejar que reaccionen en el biorreactor por un período de tiempo, y luego adicionar la mezcla resultante que reaccionó en el reactor con dicho fluido B resultante de la etapa a.3) y dicho fluido D resultante de la etapa a.4) manteniendo la temperatura de dicho biorreactor en el rango de 37 a 39eC, preferentemente 37°C, y donde dichas mezclas se realizan bajo agitación hasta obtener una homogeneidad sobre 50%, preferentemente 90%, mediante las siguientes subetapas: c.1 ) mezclar dicha muestra de suelo contaminado preparado conforme a la etapa b) con fluido S preparado conforme a la etapa a.1 ) en una proporción peso/volumen de dicha muestra de suelo a dicho fluido S (mg/ml) de 100 a 15, bajo agitación c.2) agregar a dicha mezcla resultante de c.1 ), fluido G preparado conforme a la etapa a.2), en una proporción volumen a volumen S: G de 2: 3, bajo agitación y regulando el pH a un valor en el rango de 1 ,15 a 1 ,25, preferentemente, a un valor de pH de 1 ,2, y dejar reaccionar por al menos 1 hora, c.3) agregar a dicha mezcla resultante de c.2), fluido D preparado conforme a la etapa a.3), en una proporción volumen a volumen S: G: D de 2: 3: 6, bajo agitación;
c.4) agregar a dicha mezcla resultante de c.3), fluido B preparado conforme a la etapa а.4), en una proporción volumen a volumen S: G: D: B de 2: 3: 6: 2, bajo agitación y, regulando el valor de pH en un rango de 5,8 a 6,8, preferentemente, a un valor de pH de б,3, y dejar reaccionar por al menos 4 horas, d) centrifugar las mezclas resultantes de la etapa gástrica o etapa c.2) o resultante de la etapa gastrointestinal o etapa c.4) agregarle un agente oxidante y preparar diluciones con las mezclas en el rango de 1 :200 a 1 :10, y uno de: e) eliminar materia orgánica de dichas diluciones de la etapa d) sometiendo la dilución a un medio ácido oxidante para digestión ácida o una digestión de disgregación para el metal, a 120°C o por digestión ácida por microondas. f) cuantificar de forma separada dichos metales o metaloides seleccionados de cobre (Cu), hierro (Fe), Zinc (Zn) y plomo (Pb), Níquel (Ni), Cadmio (Cd) y Arsénico (As), desde dichas muestras resultantes de la etapa g), en un fotómetro, un termoreactor, un microondas o una bomba Parr o un medio de cuantificación móvil seleccionado de una pistola de fluorescencia de rayos X o XRF o medio de cuantificación de metales pesados seleccionado de espectroscopia de masa de plasma (ICP) de masas
13. El método de la reivindicación 12 donde dicho agente oxidante de la etapa a.1 ) es NaOH.
14. El método de la reivindicación 12 donde dicho agente regulador ácido de cualquiera de las etapas a.2 a a.4) es ácido clorhídrico.
15. El método de la reivindicación 12 donde dicho suelo contaminado se selecciona de suelo de relave abandonado en ciudad.
16. El método de la reivindicación 12 donde dicho suelo contaminado se selecciona de suelo de relave minero.
17. El método de la reivindicación 12 donde dicho secado de muestra de la etapa b) se conduce a 40eC
18. El método de la reivindicación 12 donde las etapas a) y c) se repiten tantas veces como se considere necesario, donde los fluidos S, B, D, G preparados se mezclan con la mezcla resultante de la etapa c) anterior de cada ciclo de repetición.
19. El método de la reivindicación 12 que además comprende emitir señales auditivas, sonoras o ambas que avisan al usuario que ha transcurrido un tiempo suficiente hasta alcanzar una
homogeneidad de mezcla sobre 50% homogeneidad ya sea cuando se mezcla dicha muestra de suelo con S y G o cuando se mezcla la muestra con S, G, B y D.
20. El método de la reivindicación 12 donde dichas señales auditivas, sonoras o ambas avisan al usuario que ha transcurrido un tiempo suficiente hasta alcanzar una homogeneidad de 90%,
21. El método de la reivindicación 20 donde dicho tiempo suficiente es de 1 hora para dicha mezcla de dicha muestra de suelo con S y G.
22. El método de la reivindicación 20 donde dicho tiempo suficiente es de 4 horas para dicha mezcla de dicha muestra de suelo con S, G, B y D.
23. El método de la reivindicación 12 donde en la etapa c), el agente oxidante es ácido nítrico.
24. El método de la reivindicación 12 donde la etapa e), comprende regular el valor pH en el rango de 6 a 7 previamente a cuantificar uno de Fe, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd o As.
25. El método de la reivindicación 24 donde el valor de pH se regula con NaOH y HCI previamente a cuantificar Fe.
26. El método de la reivindicación 24 donde el valor de pH se regula con NH3 diluido y HNO3 previamente a cuantificar Pb.
27. El método de la reivindicación 24 donde el valor pH se regula con NaOH y H2SO4 previamente a cuantificar uno de Zn, Cu, Ni, Cd o As.
28. El método de la reivindicación 12 donde dicha digestión de disgregación del metal se conduce en un termoreactor con reactivos que se agregan según dicho metal que se desea cuantificar y conforme a las instrucciones del fabricante
29. El método de la reivindicación 12 donde el valor de pH se regula previamente a cuantificar dicho metal en un fotómetro.
30. El método de la reivindicación 29 donde el valor de pH se regula en el rango de 3 a 6 previamente a cuantificar Pb.
31. El método de la reivindicación 30 donde el valor de pH se regula con NH3 diluido y HNO3 diluido,
32. El método de la reivindicación 29 donde el valor de pH se regula en el rango de 1 a 10 previamente a cuantificar Fe.
33. El método de la reivindicación 32 donde el valor de pH se regula con NaOH y HCI.
34. El método de la reivindicación 29 donde el valor de pH se regula en el rango de 4 a 10 previamente a cuantificar Zn.
35. El método de la reivindicación 34 donde el valor de pH se regula con NaOH y H2SO4.
36. El método de la reivindicación 29 donde el valor de pH se regula en el rango de 3 a 10 previamente a cuantificar Cu.
37. El método de la reivindicación 36 donde el valor de pH se regula con NaOH y H2SO4.
38. El método de la reivindicación 29 donde el valor de pH se regula en el rango de 3 a 8 previamente a cuantificar Ni.
39. El método de la reivindicación 38 donde el valor de pH se regula con NaOH y H2SO4.
40. El método de la reivindicación 29 donde el valor de pH se regula en el rango de 3 a 11 previamente a cuantificar Cd.
41 . El método de la reivindicación 40 donde el valor de pH se regula con NaOH y H2SO4.
42. El método de la reivindicación 12 donde en valor de pH se regula en el rango de 0 a 13 previamente a cuantificar As, y este se cuantifica mediante un test de arsénico fotométrico.
43. El método de la reivindicación 12 donde al término de la etapa c) e agrega de 1 a 2 mi de ácido nítrico (HNO3) concentrado para fijar el valor de pH a un valor en el rango de 5 a 8
44. El método de la reivindicación 41 donde dicho valor de pH se regular con NaOH (1 M) o HCI (37%).
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