Artículos de Revisión

Revisión sistemática de microplásticos: métodos analíticos en suelo y agua

Systematic review of microplastics: analytical methods in soil and water

Chaves Velasco, Juan José; Romero Puentes, Raquel Beatriz; Muñoz Solarte, Diana Milena; Arias Hoyos, Arnol

Juan José Chaves Velasco

juan.chaves.v@uniautonoma.edu.co

Corporación Universitaria Autónoma del Cauca Colombia

Raquel Beatriz Romero Puentes

raquel.romero@docentes.umb.edu.co

Universidad Manuela Beltrán Colombia

Diana Milena Muñoz Solarte

diana.munoz.s@uniautonoma.edu.co

Corporación Universitaria Autónoma del Cauca Colombia

Arnol Arias Hoyos

arnol.arias.h@uniautonoma.edu.co

Corporación Universitaria Autónoma del Cauca Colombia

Novedades Colombianas

Universidad del Cauca, Colombia

ISSN: 0121-3520

ISSN-e: 2145-5236

Periodicidad: Anual

vol. 19, núm. 1, 2024

novedadesmuseo@unicauca.edu.co

Recepción: 10 febrero 2024

Aprobación: 14 agosto 2025

URL: https://portal.amelica.org/ameli/journal/433/43352594335259001/

DOI: https://doi.org/10.47374/novcol.2024.v19.2406

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Resumen: Con el paso del tiempo, la generación de nuevas tecnologías, entre ellas la producción de plásticos,ha provocado interés en la comunidad científica, debido a la fabricación o desprendimiento demicropartículas denominadas Microplásticos (MP), que tienen la capacidad de ocasionar un sinnúmero de afectaciones a los ecosistemas y, en consecuencia, a la salud humana. Este artículo planteaunificar información relacionada con métodos analíticos de estos materiales en las matrices de sueloy agua, obteniendo resultados como el muestreo selectivo y volumen reducido, que son técnicas derecolección de muestras para el medio terrestre, de igual forma, los reactivos utilizados en losprocesos de separación por densidad y de degradación de materia orgánica. Para el caso de la matrizacuática, su proceso de recolección se debe realizar teniendo en cuenta el medio en que se encuentra,asimismo, los procesos de microscopía y espectroscopía, que son de gran importancia para lacuantificación y clasificación de estos polímeros plásticos.

Palabras clave: Microplásticos, polímeros plásticos, matrices ambientales, reacción de Fenton, FTIR, filtración.

Abstract: With the passage of time, the generation of new technologies, including the production of plastics,has caused interest in the scientific community, due to the manufacture or release of microparticlescalled Microplastics (MP), which have the ability to cause a number of affectations to ecosystemsand, consequently, to human health. This article proposes to unify information related to analyticalmethods of these materials in soil and water matrices, obtaining results such as selective samplingand reduced volume, which are sample collection techniques for the terrestrial environment, as wellas the reagents used in the processes of separation by density and degradation of organic matter. Inthe case of the aquatic matrix, the collection process must be carried out taking into account theenvironment in which it is found, as well as the microscopy and spectroscopy processes, which areof great importance for the quantification and classification of these plastic polymers.

Keywords: Microplastics, Plastic polymers, environmental matrixes, Fenton reaction, FTIR, filtration.

Introducción

En las últimas décadas, la humanidad ha desarrollado un sin número de tecnologías, permitiendo construir la sociedad que se conoce actualmente (Adomat y Grischek, 2021), sin embargo, muchas de estas han ocasionado efectos negativos sobre la salud humana y los ecosistemas. Dentro de estas innovaciones se encuentran los materiales desarrollados a base de polímeros, denominados plásticos, los cuales poseen múltiples usos y aplicaciones debido a su resistencia a la corrosión, ligereza, durabilidad, maleabilidad, entre otras características (Yang et al., 2021). Estas características generaron la ultra producción de dichos compuestos, dando paso a la llamada “Edad Plástica”, ante la cual nos enfrentamos en el presente (Cózar et al., 2014).

Muchos plásticos se clasifican como elementos de un solo uso, indicando que, al momento de finalizar su utilización, se produce su eliminación o desecho (Alimba y Faggio, 2019). Lo anterior genera gran preocupación, pues la inadecuada disposición final de estos materiales, ocasiona que lleguen hasta los entornos naturales acuáticos y terrestres, causando afectaciones drásticas a las distintas formas de vida y a las poblaciones locales que dependen de estos ecosistemas (Peng et al., 2018).

Debido a su gran resistencia, los plásticos poseen un periodo de degradación que oscila entre los 100 y los 1000 años (Andrady, 2011); adicionalmente, la dinámica propia de las matrices naturales hasta donde llegan, genera su múltiple fragmentación y desprendimientos de este material en diversos tamaños, perdiendo así su forma original (Alomar et al., 2016). En el momento en que estas partículas logran un diámetro igual o inferior a los 5mm, obtienen el nombre de microplásticos (MP) (Jian et al., 2020).

Los MP se encuentran dentro del grupo de los llamados contaminantes emergentes (CE), los cuales se definen como el grupo de compuestos que, aunque puedan tener poca persistencia en el ambiente, generan afectaciones negativas, tanto en la salud humana como en los ecosistemas, debido, entre otros factores, a su interacción de co-transporte con los disruptores endocrinos, capaces de afectar los sistemas hormonales por su semejanza con segregaciones de las células naturales (Cortés-Arriagada et al., 2023). Los CE por otra parte, tienen la particularidad de no estar incluidos en los actuales sistemas de monitoreo y protección ambiental (Delgado, 2019).

Los MP se clasifican de manera general en dos categorías: primarios y secundarios (Cózar et al., 2014). Los primarios son el resultado de su liberación directa en los ecosistemas, en las dimensiones micro (menor o igual a 5mm); mientras que los secundarios hacen referencia a aquellos originados por la degradación o desprendimiento de productos plásticos de mayor tamaño, acumulándose en la columna de agua por suspensión o en los sedimentos de las riberas de las fuentes de agua (Onoja et al., 2022).

Los MP representan un evidente peligro en los ecosistemas acuáticos debido a su capacidad de adsorber aditivos o productos químicos presentes en el agua (Mason et al., 2016), aumentando su peligrosidad debido a la bioacumulación en las cadenas tróficas. Se ha detectado la presencia de estos componentes en especies marinas pequeñas y peces de diferentes tipos (Hartmann et al., 2019); por consiguiente, teniendo en cuenta la cadena alimenticia, los consumidores de estos alimentos incrementan la probabilidad de sufrir afectaciones en su salud, que van desde problemas intestinales menores hasta daños respiratorios (Nel et al., 2021).

Los MP también han generado alteraciones en los ecosistemas terrestres, no solo a nivel biológico debido a su ingesta, sino también en los procesos naturales del suelo, tales como la actividad microbiana, el crecimiento y rendimiento de plantas, entre otros (Chang et al., 2022). Lo anterior evidencia los peligros que pueden generar estas partículas para salud humana y para los ecosistemas, indicando así la importancia de esta temática en pro del desarrollo científico.

A nivel mundial, los estudios hallados se relacionan con la presencia de MP en aguas marinas (Barboza et al., 2018), sin embargo, las afectaciones generadas por estas partículas también se presentan en ríos y humedales, que son fuentes de vital importancia para el mantenimiento de la diversidad biológica, para el ciclado de nutrientes y para múltiples funciones ecológicas que benefician a poblaciones locales, preservando su salud y la integridad de los ecosistemas.

Estos sistemas acuáticos tienen una alta concentración de residuos sólidos debido a la inadecuada disposición final de los mismos en su recorrido por los centros poblados (Ballent et al., 2013). Esta situación motiva el estudio de la presencia de micro plásticos en estas fuentes de agua dulce en beneficio de la gestión integral de cuencas hídricas aportando a la ciencia, la tecnología y la innovación, en beneficio de las poblaciones humanas (Bellasi et al., 2021).

La mayoría de investigaciones sobre MP en medios terrestres, se ha realizado en países como Alemania, China y Estados Unidos (Chang et al., 2022). Estudios realizados en 2022 arrojaron resultados de presencia de MP en lombrices de tierra, los cual indica la presencia de sustancias tóxicas por procesos de bioacumulación. Dado que estos organismos son posteriormente ingeridos por aves y mamíferos, los MP y las sustancias tóxicas adheridas a ellos, pueden seguir en la cadena alimenticia, hasta llegar a los seres humanos (Huerta Lwanga et al., 2017).

En Colombia se han realizado estudios en el río Magdalena (Calderón et al., 2020), en las aguas saladas de las costas Caribe y Pacífica (Acosta, 2014; Vidal et al., 2021) y en lagos como el Luruaco al norte del país (Rojas-Luna et al., 2023). Estas experiencias se realizaron implementando metodologías y equipamientos de bajo costo y fácil acceso como lo son recipientes de aluminio, cloruro de sodio como reactivo, microscopía, entre otros.

El objetivo de la presente revisión es describir los procedimientos más utilizados en la obtención y análisis de microplásticos en matrices ambientales, siendo estas suelo y agua.

Este artículo se planteó en aras de generar mayor interés en esta temática realizando una revisión sistemática (RS) que analiza aspectos cualitativos y cuantitativos de la literatura científica afín a los MP en un periodo temporal de 10 años, entre 2014 y 2023, con la finalidad de exponer y unificar información existente relacionada con este tema. Esta metodología, muy utilizada en estudios del área de las ciencias de la salud, es de gran utilidad para otras ciencias aplicadas, como la ingeniería, debido a que identifica investigaciones viables y actualizadas por los criterios de selección y exclusión aplicados en las bases de datos correspondientes (Blanco Gómez et al., 2021).

Materiales y métodos

Inicialmente, se identificaron los criterios de selección y palabras clave relacionadas a la temática estudiada, teniendo en cuenta la evolución y avance que han tenido las investigaciones relacionadas a los MP. Los criterios definidos fueron los siguientes:

• Periodo de publicación: 10 años (2014-2023).

• Tipología: Artículos de revistas científicas, tesis de grado de maestría y doctorado y protocolos reportados internacionalmente.

• Tipo de ingreso: Open Access.

• Estado: Publicado.

• Idioma: inglés y español.

• Fuentes de información: Science Direct, Google Scholar, Scopus, repositorios universitarios, bases de datos del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible de Colombia, Administración Oceánica de Estados Unidos y las asociaciones españolas Hombre y Territorio, SEO/BirdLife y Ecoembes.Posteriormente, se

Posteriormente, se realizó la búsqueda bibliográfica utilizando las palabras clave identificadas, formulando frases y ecuaciones booleanas. De esta manera, se obtuvieron artículos y documentos pertinentes a los métodos analíticos empleados para la detección de microplásticos en matrices de suelo y agua, tal como se ilustra en la Figura 1.

Figura 1.

Ecuaciones de búsqueda, métodos analíticos.

La búsqueda realizada en las bases de datos mencionadas y con los parámetros establecidos, dio como resultado un total de 1828 referencias. Estos resultados se perfeccionaron excluyendo variables no afines al tema central, seleccionando los artículos de revisión que se refieren exclusivamente a la ocurrencia, descripción, muestreo y clasificación de MP en las matrices agua y suelo.

Las palabras clave que no se tuvieron en cuenta fueron apartadas utilizando el término de búsqueda mencionado. NOT Air or Airflow, Aerosol or sprays, “Air route”, “Water treatment” or “Wasted treatment” or “Water purification” or “Removal methods”, “Pollution” or “Environmental pollution” or “Plastics pollution”, “Health” or “Health risk”, “Human”, “toxicology”. Resultado de este proceso, se obtuvo total de 440 documentos afines.

Con el resultado anterior, se procedió a la lectura de los referentes encontrados, verificando que cumplieran con los criterios establecidos. Adicionalmente, se realizó un último filtro de información a aquellos escritos que no trataran directamente la temática implicada por no ser significativos para el presente estudio.

Teniendo en cuenta que este artículo plantea exponer los métodos analíticos de MP más convencionales y de fácil acceso a ejecutarse, en la lectura mencionada se excluyeron referentes que utilizaran elementos o compuestos de elevado valor monetario o usos industriales como lo son el Yoduro de Sodio (NAI), el Formiato de Potasio (CHKO2), el Cloruro de Calcio (CaCl2), entre otros, obteniendo un total de 41 documentos entre los cuales se encuentran investigaciones científicas, tesis de grado, protocolos y metodologías internacionales. En la Figura 2 se muestra el proceso completo de selección bibliográfica.

Figura 2.

Resumen búsqueda bibliográfica.

Finalmente, los documentos seleccionados fueron sistematizados en una matriz de referencias, que permitió ilustrar los aspectos más representativos de cada publicación, como se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1.

Información de documentos afines.

Resultados y discusión

Los resultados obtenidos al momento de la lectura de los documentos arrojaron inicialmente un aumento de publicaciones en los últimos diez años, mostrando una tendencia similar en la primera mitad de la década. Entre 2019 y 2021 se presentó un crecimiento constante en la publicación de documentos en torno a este tema (Fig. 3).

Figura 3.

Número de publicaciones halladas.

En la Figura 4 se evidencia el número de publicaciones en relación con el país de procedencia de los documentos recolectados, siendo España el país con mayor número de publicaciones a nivel mundial y en Europa, con siete publicaciones. En Latinoamérica, resalta la producción procedente de Perú con seis producciones y Colombia con cuatro documentos, seguidos por Argentina, Brasil y México.

Figura 4.

País de procedencia.

A continuación, se exponen los diferentes procedimientos mencionados en los documentos seleccionados, comparándolos en las matrices analizadas (suelo y agua) respectivamente.

En temática de prevención contra la contaminación de las muestras en las dos matrices, es fundamental mencionar que, en lo posible se debe evitar el uso de materiales y recipientes plásticos reduciendo contaminación y sobre el conteo de las diferentes muestras (Onoja et al., 2022).

Métodos analíticos en la matriz suelo

De acuerdo a los métodos de recopilación en la matriz suelo identificados por Yang et al. (2021), las metodologías implementadas fueron: muestreo selectivo, que consiste en la utilización de pinzas metálicas para seleccionar y separar microplásticos de gran tamaño (1 – 5 mm) en el área de estudio; y muestreo de volumen reducido, que se diferencia del anterior por el procesamiento de muestras en laboratorio donde se eliminan partículas o compuestos que puedan interferir en el análisis posterior. Estos procedimientos requieren determinar un área y extensión de muestreo para su realización.

Por su parte, el Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras “José Benito Vives de Andréis” (INVEMAR, 2017), plantea estaciones de recolección separadas cada 5m hasta un total de 30m con áreas de extracción de 50 * 50 cm a una profundidad de 5 cm, encontrándose dentro de lo mencionado por Yang et al., 2021, que plantea zonas de muestreo entre los 250 cm² y los 900 cm².

Para realizar el procesamiento en el laboratorio, la muestra seca se debe tamizar, logrando la separación de partículas grandes que podrían interferir con el conteo (Van Cauwenberghe et al., 2015). Si la muestra está húmeda, se debe someter a secado que no supere una temperatura de 60°C (Zobkov y Esiukova, 2017), y así realizar su procesamiento.

Teniendo ya la muestra seca y tamizada, el proceso más utilizado a nivel mundial es el de separación por densidad. Adomat y Grischek (2021) indican en su estudio que la finalidad de estos métodos es lograr que los MP se encuentren en el sobrenadante de una solución hipersalina y que el mayor porcentaje posible de partículas no plásticas se sedimente, facilitando así su posterior filtración. Hay una gran diversidad de reactivos que permiten este proceso.

En su estudio, Cutroneo et al. (2021) identifican las sales de mayor uso en el estudio de microplásticos en sedimentos. Estos se muestran en la Tabla 2:

Tabla 2.

Sales utilizadas según Cutroneo et al. (2021).

Con 47%, el NaCl es el compuesto con mayor porcentaje de utilización. Según Calderón et al. (2020) esto se debe a su bajo costo, además de ser accesible no solo a la comunidad científica, si no, a la ciudadanía en general.

Logrando la sedimentación de la muestra física en la solución hipersalina, varios autores recomiendan que se realice una digestión de materia orgánica (MO), facilitando así el conteo posterior de MP (Huanaco Huaman, 2021; Pazos, 2021; Yusuf et al., 2022), el cual, según lo estipulado por la Oficina Nacional de Administración Oceánica y Atmosférica del Departamento de Comercio de los Estados Unidos (NOAA, 2015), se realiza efectuando la denominada reacción de Fenton.

El paso a seguir es la filtración del sobrenadante resultante, para ello, el proceso más utilizado es la filtración al vacío (Praveena et al., 2022; Alvarez, 2020), permitiendo el almacenamiento de MP en un filtro para su posterior conteo.

Al momento del conteo, la utilización de microscopía en aumentos de entre 10x y 40x permiten la observación de los MP diferenciados según su forma, sea fibra, film, fragmento u otro (Gago et al., 2018; Alomar et al., 2016; Sun et al., 2019). La forma de barrido mencionada por León Muez et al. (2020) permite la visualización completa de los filtros de análisis obtenidos.

El proceso final opcional es la utilización de espectroscopía FTIR, la cual permite conocer la composición química y el tipo de material de las partículas obtenidas en las muestras mediante longitudes de onda (Gago et al., 2018). Acosta (2014) utilizó FTIR en su estudio, logrando la caracterización de MP muestreados en playas de la ciudad de Cartagena (Colombia), con resultados de presencia de polietileno (PE) y polipropileno (PP). Por su parte, Mistri et al. (2017) identificaron mediante el uso de esta técnica, seis tipos de polímero en sedimentos cerca al mar Adriático, resaltando, además de los dos materiales mencionados, el nylon y el poliuretano termoplástico (TPU). Para el caso del estudio de MP en sedimentos de Frias et al., 2016, fueron detectadas partículas de PP nuevamente, haciendo de este, uno de los tipos más comunes dentro del estudio de microplásticos en suelo.

Métodos analíticos en la matriz agua

El método analítico de MP para el medio acuático es similar al proceso en laboratorio realizado para el medio terrestre. Sin embargo, se debe diferenciar la metodología de extracción, debido a los diferentes estados en que se encuentra el agua se encuentra y las diferentes formas como transcurre en distintos espacios. En la presente recopilación se expondrán los métodos en aguas superficiales oceánicas y en ríos.

Para el primer caso, INVEMAR (2017) plantea que el muestreo se debe realizar mediante el uso de vehículo acuático, haciendo tres recorridos paralelos a la orilla con una separación de 20m, sin sobrepasar una duración de 15 minutos a una velocidad aproximada de 5,6 Km/h. Uddin et al. (2020) mencionan que esta es la velocidad indicada para la utilización del instrumento de muestreo, el cual consta de una malla con porosidad de 45 μm y un radio de 30cm, desplegada desde la embarcación. Ejemplo de ello fue la experiencia de Marinho (2021), quienes realizaron un muestreo en Brasil, en islas cercanas a Río de Janeiro, utilizando una velocidad máxima de 3,7 Km/h con 10 minutos de duración por recorrido utilizando una red de plancton lanzada desde un costado del medio de transporte marino utilizado.

Las muestras resultantes se deben lavar con agua destilada y, posteriormente, almacenar en materiales no plásticos, evitando la contaminación para su transporte al laboratorio (Lai et al., 2021; Uddin et al., 2020).

Debido a que los muestreos se realizan utilizando una malla de determinada porosidad, es frecuente el ingreso de partículas no deseadas en su recolección y limpieza, razón por la cual, es necesario realizar un proceso de tamizaje posteriores a la recolección. En el ejemplo citado, Pereira (2021) utilizó tamices metálicos con porosidades entre 4,75 mm y 355 µm para dicho tamizaje.

Para completar el proceso en laboratorio, se recomienda seguir la guía para la detección de MP en el medio marino generada por la NOAA, donde se describe el paso a paso las diferentes fases del proceso (NOAA, 2015), las cuales son:

• Separación de partículas no deseadas.

• Caracterización según su forma.

• Procesamiento por espectroscopía infrarroja.

En el caso de los ríos, inicialmente se deben determinar las condiciones diferenciadoras de estas fuentes de agua, y tener en cuenta sus condiciones hidrológicas, su posibilidad de acceso y estructuras existentes sobre ellas según el caso (puentes, túneles, etc.), para determinar la forma de extracción de la muestra.

Cuando el único medio de acceso al río es mediante botes y no se cuenta con estructuras sobre este, se recomienda realizar el mismo procedimiento descrito anteriormente para aguas oceánicas. Calderón et al. (2020) realizaron este ejercicio caracterizando MP en el río Magdalena en su paso por el área urbana de la ciudad de Neiva (Colombia), almacenando en frascos de 600 ml el resultante del recorrido realizado durante 30 minutos a una velocidad de 2 nudos, utilizando una red de fitoplancton de 20µm, sumergida a 20 cm de la superficie del agua.

Por su parte, Di y Wang (2018) evaluaron la concentración en aguas superficiales en la Presa de las Tres Gargantas en el curso del río Yangtsé, China), el embalse más grande del país. La forma de recolección utilizada fue una bomba teflón, en lugar de una red, que permitió realizar la extracción de 25L por cada estación de muestreo a una profundidad de 1m para, posteriormente, realizar el tamizado de 48 μm llevándolo a su posterior análisis de laboratorio.

Si las condiciones del río permiten acceso o hay presencia de construcciones, la presente revisión recomienda seguir los pasos descritos por León Muez et al. (2020), que explican detalladamente las consideraciones y materiales requeridos para ejecutar los estudios, teniendo en cuenta la seguridad del equipo investigativo y los materiales permitidos, algunos de uso cotidiano, tanto en campo como en laboratorio.

Dicha guía fue tenida en cuenta en el estudio de León-Muez et al., (2020), agregando que existen dos opciones para la toma de muestra de MP en ríos en campo, las cuales son, filtración de 50L o el conteo de 10 min, realizando filtración continua in situ.

Conclusiones

Los métodos analíticos de los MP se clasifican según las matrices a analizar, asimismo, poseen procesos y reactivos similares que permitiría la estandarización de estas metodologías o secuencias, como lo son: los esquemas de filtración, separación por densidad utilizando soluciones hipersalinas, la observación morfológica por microscopía y de componentes por espectros infrarrojos. Dicha estandarización no solo mejoraría la comparación de resultados entre diferentes estudios, sino que optimizaría la repetición y eficiencia de futuros análisis en contextos ambientales diferentes a los tratados en el presente artículo.

Para el caso de la matriz acuática, es importante tener en cuenta el tipo de medio que se analizará, como ríos, mares, lagos, entre otros. Esto determinará la forma de extracción del líquido mediante ingreso directo de los investigadores, transporte acuático (botes) o utilización de infraestructura existente. Del mismo modo, se debe tener en cuenta que la selección del método debe garantizar la integridad de las muestras realizadas, asegurando la calidad de los resultados obtenidos.

La sal con mayor porcentaje de utilización en el estudio de microplasticos, tanto en agua como en suelo, es el cloruro de sodio o sal común, debido a su facilidad de adquisición, tanto científico como cotidiano, lo que facilita la realización de estudios relacionados con el análisis e identificación de microplásticos, ya que simplifica la logística requerida para su realización, reduciendo costos y fomentando el inicio, la continuidad y expansión de investigaciones similares.

Agradecimientos

Agradecemos a la Universidad Manuela Beltrán y a la Corporación Universitaria Autónoma del Cauca por las herramientas y recursos digitales de apoyo (bases de datos y licencias) brindados para la realización de este proyecto. De igual forma, a la Universidad del Cauca y a la revista Novedades Colombianas por las enseñanzas y espacios brindados.

Referencias

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