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Tema 7: Medidas de contaminación atmosférica I
7.1 Muestreo y análisis
7.2 Muestreo y análisis de partículas
7.3 Análisis de metales en partículas
7.4 Análisis de materia orgánica en partículas
CA: Tema 7 2
Medida de la C. A.
Cumplir con la legislación
Detección de vertidos accidentales
Investigación:
Estudio del transporte de contaminantes
Niveles de exposición
Identificar tendencias
Comprobación de equipos de control de la C. A.
7.1 Muestreo y análisis
MEDIDA DE LA C.A. = toma de muestras + análisis de la muestra
CA: Tema 7 3
Muestras significativas
Generación de información que sea significativa
Variación espacialVariación temporal
Aspectos estadísticos
SISTEMA HOMOGÉNEO
SISTEMA HETEROGÉNEO
La toma de muestras no
depende de la posición La toma de
muestras dependede la posición
SISTEMA ESTÁTICO
SISTEMA DINÁMICO
La toma de muestras no depende deL
momento La toma de muestras
depende deL momento
Tener en cuenta:
1. El error de la medida
2. La variabilidad espacial y temporal
CA: Tema 7 4
Variabilidad espacial
Vertidos puntuales: sistema muy heterógeneo
Toma de muestras a la salida
(si interesa el nivel de emisión)
Toma de muestras a nivel del suelo
(si interesa el nivel de exposición)
La toma de muestras depende del objetivo
perseguido
CA: Tema 7 5
Variabilidad temporal
Con
cent
raci
ón d
e N
O, N
O2
y O
3/ p
pm
0
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0
10
20
30
40
50
Con
cent
raci
ón d
e C
O /
ppm
Hora del día24 03 06 09 12 15 18 21 24
NO
CO
NO2 O3
NO + HC + O2 + h ν → NO2 + O3
PAN
Hora “punta”
Contaminación urbana (smog fotoquímico): sistema muy dinámico
Normalmente interesa el valor
máximo alcanzado
CA: Tema 7 6
Obtención de concentraciones promedio a partir de muestreo continuo
Regulador de flujo
Medidor de flujoBombaaspiradorade aire
Disoluciónabsorbente
Ejemplo T7.1 Para la determinación de SO2 se hace circular aire por una disolución que contiene H2O2 y que oxida el SO2 a H2SO4. El flujo de aire se ajusta a 10 L/min y la captación se realiza durante 20 h en 100 mL de disolución.Al final del muestreo el pH de la disolución es 2.12. Calcular la concentración de SO2 en aire en mg/m3 y en ppmv
CA: Tema 7 7
7.2 Muestreo y análisis de partículas
Metales, libres e iónicos
(Pb, Fe, Ca, Na,...)
Aniones (Cl-, F-, SO42-,
NO3-, ...)
Compuestos orgánicos semivolátiles(hidrocarburos aromáticos polinucleares, o HAP)
• Composición de partículas sólidas: Dependiendo de su origen, pueden ser mezcla de compuestos organicos e inorgánicos
• Composición de partículas líquidas:
compuestos orgánicos semivolátiles condensados, HNO3,H2SO4, H2O, etc...
Carbón (cenizas)
COMPUESTOS ORGÁNICOSCOMPUESTOS
INORGÁNICOS
CA: Tema 7 8
Muestreo de partículas
Muestreo en flujo de aire: debido a la mayor inercia de las partículas con respecto al aire, se ha de intentar que la velocidad de flujo en la sonda sea igual a la de flujo de aire (muestreo isocinético)
Demasiado rápido (velocidad sonda > aire)
Concentración medida menor que la real
Muestreo isocinético
SONDA SONDA
SONDA
Demasiado despacio (velocidad sonda < aire)
Concentración medida mayor que la real
CA: Tema 7 9
Aire ambiente
Bom
ba d
e ai
re
Filtro
Partículas > 40 µm
Selección de partículas en el tejado y por medio del filtro
Muestreo en aire estático:
CA: Tema 7 10
Se utilizan fraccionadores de partículas por tamaños:
Filtros
Papel Fibra de vidrio
Análisis de la distribución de tamaños
CA: Tema 7 11
Captador de partículas por selector de tamaños
Cilindros calibrados por alturas para seleccionar por
tamaños
(las partículas más pequeñas “rebotan” más
alto)
CA: Tema 7 12
Determinación de partículas totales en aire
1. Pesada del filtro antes y después de la captación
2. Controlar grado de humedad
3. Evitar pérdida de materia por calentamiento
4. Pesada de precisión (0.1 mg)
5. División del filtro con tijeras de teflón
Ejemplo T7.2 Un muestreador de alto volumen capta partículas durante 24h con un flujo de 1.4 m3/min. El área del filtro expuesto al aire mide 18.0 × 23.5 cm2. Se corta una tira de 5.0 × 18.0 cm2 y se encuentra que contiene 6.5 mg de sultafo. Calcular la concentración de sultafo en aire en µg/m3.
CA: Tema 7 13
MM+
Disolución oxidante:
HNO3 + HCl + H2O2
M.O.
CO2 Absorción atómica
ó ICP
Fuente de rayos X
Detector de rayos X
Fluorescencia de rayos X
1. Sin quitar el material del filtro
2. Disolviendo el material en una
disolución oxidante
7.3 Análisis de metales en partículas
CA: Tema 7 14
llama
Recordatorio sobre Fluorescencia, AA y Emisión (TAQ)
CA: Tema 7 15
Determinación de metales por absorción atómica
Atomización
Llama
Cámara de grafito
Determinación de metales disueltos por absorción atómica
CA: Tema 7 16
Espectroscopía de emisión de plasma acoplado inductivamente (ICP)
muestra
Ar
Ar
Plasma incandescente de Ar (gas ionizado)
T ≈ 6000 – 8000 K
Bobina de inducción
(produce radiofrecuencia que calienta el plasma)
Esta técnica tiene la ventaja de las altas temperaturas
alcanzadas con respecto a llamas ordinarias
La emisión de luz aumenta con la
temperatura
Menores niveles de detección y menos
interferencias
La T del plasma
es más estable
que en la llama
CA: Tema 7 17
Límites de detección de algunos elementos en ng/mL
20.000052Zinc
0.20.120Vanadio
20.00210Plomo
0.040.025Nickel
0.060.00022Manganeso
10.1500Mercurio
0.30.013Cromo
20.00011Cadmio
400.02100Arsénico
20.00530Aluminio
ICPCámara de grafito
A.A. Llama
Elemento
CA: Tema 7 18
7.4 Análisis de materia orgánica en partículas
Análisis de materia orgánica en partículas:
fundamentalmente (por su nivel de toxicidad)
hidrocarburos aromáticos polinucleares (HAP)
Ejemplo: benzopireno
Formación: los HAP se forman en el calentamiento de hidrocarburos (saturados, insaturados, aromáticos) en
ausencia de oxígeno (pirosíntesis)
Subproducto de la combustión Aparecen en el hollín
=
CA: Tema 7 19
HAP
HAP
Determinación de HAP en partículas atmosféricas
Disolvente orgánico
Extracción única o extracciones sucesivas
(octano, cloruro de metileno, acetona, ...)
Más frecuentemente se utiliza extracción con un soxhlet(siguiente diapositiva)
CUANDO HAY GRANDES CANTIDADES
Posteriormente se procede a:
-separación por cromatografía de columna con silica gel o alumina
-análisis de los componentes disueltos por HPLC (Absorción o fluorescencia)
(o por CG-MS)
CA: Tema 7 20
Extractor soxhlet condensador
muestra
Vuelta del disolvente al contenedor con el
soluto disuelto
Disolvente evaporado
calentador
Disolvente condensado
Contenedor con disolvente
CA: Tema 7 21
Ejemplo T7.3: Se capta una muestra de partículas en aire en un filtro con un flujo de 30 L/min durante 7 horas. El filtro pesa inicialmente 27.9257 g y después de la captación su peso es 27.9550 g. Los HAP se extraen en 50 mL de acetona en un soxhlet durante varias horas. El líquido resultante se enrasa a 200 mL con acetona. La disolución resultante se analiza por HPLC. Se detectan dos picos, A y B, a 360 nm por UV-Vis. Las áreas bajos los picos son AA=0.595 y AB=0.571. Por espectrometría de masas posterior se encuentra que A es acridina y B es benzopireno. Se obtienen rectas de calibrado para ambos compuestos, AACRIDINA=4.74 × 10-3 C – 2 × 10-3 y ABENZOPIRENO= 2.57 × 10-3 C – 0.238, donde C es la concentración en ppb en las disoluciones patrón. Calcular las concentraciones de benzopireno y acridina en aire, en ppb, y en % en peso en partículas.
Benzopireno:
N
acridina