Cuantificación de las concentraciones de metales pesados en los suelos de las zonas industriales de transición...

Área de la Ciencia:

• Ciencias del medio ambiente
• Química analítica
• Geoquímica

Sus antecedentes:

• La contaminación del suelo por metales pesados plantea riesgos para el medio ambiente y la salud humana.
• Los métodos tradicionales de seguimiento suelen consumir mucho tiempo y son costosos.
• La fluorescencia de rayos X (XRF) y la espectroscopia de infrarrojo cercano visible (VIS-NIR) ofrecen alternativas rápidas, no destructivas y rentables.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y comparar modelos de estimación del contenido de cadmio (Cd) y arsénico (As) en el suelo mediante espectroscopia XRF y VIS-NIR.
• Evaluar el impacto del preprocesamiento espectral y las estrategias de fusión en la precisión del modelo.
• Identificar las longitudes de onda de las características óptimas para una estimación precisa de los metales pesados.

Principales métodos:

• Desarrollo de modelos de estimación utilizando regresión de mínimos cuadrados parciales (PLSR) y redes neuronales de propagación hacia atrás (BPNN).
• Aplicación de técnicas de preprocesamiento espectral, incluida la segunda derivada (SD).
• Implementación de estrategias de fusión espectral: concatenación espectral (SC), análisis de productos externos (OPA) y promedio de Granger-Ramanathan (GRA).
• Se utilizó el muestreo adaptativo competitivo (CARS) para la selección de longitudes de onda de características y el coeficiente de correlación de Pearson (PCC) para la reducción de dimensionalidad.

Principales resultados:

• El preprocesamiento de la segunda derivada (SD) mejoró la precisión de los modelos de espectro único.
• Los modelos PLSR demostraron una precisión superior en comparación con los modelos BPNN.
• La estrategia de fusión del análisis del producto externo (OPA) obtuvo la mayor precisión entre los modelos de espectro fusionado.
• El modelo OPA combinado con PCC logró una excelente precisión de estimación para Cd (R2 = 0,9920) y As (R2 = 0,9852).

Conclusiones:

• La espectroscopia XRF y VIS-NIR, junto con técnicas avanzadas de procesamiento de datos, proporcionan un marco sólido para el monitoreo de metales pesados en el suelo.
• El enfoque OPA-PCC desarrollado ofrece un método novedoso y altamente preciso para evaluar los niveles de Cd y As en el suelo.
• Esta técnica es particularmente valiosa para los suelos agrícolas en las zonas de transición industrial-urbano-rural, ayudando a la gestión ambiental.