Análisis de contaminantes atmosféricos.

            Estudiar la contaminación del medio, comienza con la obtención de datos, ya que son imprescindibles a la hora de adoptar medidas de tratamiento y control.

         Al diseñar una campaña de tomas de muestras, debemos de tener en cuenta dos cosas, primera si éstas se van a tomar directamente del foco emisor, se buscara la cantidad y tipo de contaminante y si por el contrario se enfoca hacia el efecto producido en el medio, se intentará cuantificar la dispersión, el grado de contaminación y la influencia que este produce.

            El objetivo principal de la toma de muestra, es conseguir que una fracción extraída del medio sea representativa del mismo, así como fácil de manipulación, determinación y conservación.

            Los dispositivos y procedimientos de muestreo deben cumplir los siguientes requisitos:

– La muestra debe obtenerse isocinéticamente (la velocidad del gas que entra en la sonda tiene que tener la misma magnitud y dirección que el gas de la corriente principal).

– La cantidad de gas recogido debe ser suficiente.

– La estación de muestreo deberá estar en una sección recta de las chimeneas o como mínimo a una distancia de quince veces el diámetro de la tubería.

– Hay que medir la temperatura y presión manométrica de la muestra, para poder calcular el volumen de gas en condiciones normales.

– Los componentes del tren de muestreo deben ser químicamente inertes con respeto a los gases que se muestrean.

– La temperatura en las sondas de muestreo y las líneas de gas deben mantenerse por encima del punto de rocío.

– Hay que conocer el gasto total volumétrico de la corriente gaseosa y el gasto volumétrico de la corriente de muestra del gas.

Equipos captadores.

            A continuación vamos a analizar los distintos métodos de muestreo, tanto para el muestro de gases, de partículas, de retención y fijación de gases contaminantes y de inmisión.

            En el muestreo de gases, la muestra de gas es aspirada del foco y se hace pasar a través de un instrumento, de modo consecuencial. Para obtener la muestra se utiliza un tren de muestro, que es una combinación de distintos dispositivos destinados a recoger selectivamente muestras de contaminantes específicos y ésta compuesta de los elementos necesarios para la captación de partículas y para la segregación del contaminante.

             El muestreo puede hacerse de forma manual o automática.

            Si optamos por una forma manual se pueden utilizar trenes de muestro instantáneos o puntuales, que se realizan en un intervalo de tiempo muy corto y se obtienen volúmenes de muestra muy limitados (la ventaja es que se pueden medir contaminantes en grandes concentraciones y aportan datos reales), o por métodos acumulativos o integrados, donde el volumen de muestra es mayor y se hace pasar a través de un recipiente en que hay sustancias que recogen el contaminante cuya concentración se determinará posteriormente. Según el fenómeno físico-químico que tenga lugar entre contaminante y sustancia se distinguen los siguientes métodos:

• Absorción: se pasa el gas a través de un líquido absorbente que retiene el contaminante por disolución o reacción química.
• Condensación: se pasa la muestra a través de una serie de recipientes, donde se reduce su temperatura hasta por debajo del punto del rocío condensándose. Las sustancias refrigerantes son hielo, hielo y sal, hielo seco, aíre líquido y nitrógeno líquido.
• Adsorción: el gas pasa a través de un elemento poroso que, por afinidad retiene la sustancia, que a continuación es extraída mediante disolventes. Los disolventes más utilizados son carbono activo, silicagel, tamices moleculares y polímeros porosos.

Si por el contrario optamos por una forma automática, nos encontramos con que el detector está en el extremo de la chimenea, con traducción electrónica a unidades de concentración. La desventaja que encontramos en esta forma es la dificultad de calibración de los equipos, la necesidad de repuestos y un mantenimiento frecuente. En la forma automática nos encontramos con el método de medida a distancia, donde la medida se realiza sobre el penacho una vez que ha salido de la chimenea, cerca de la boca de la misma. La diferencia con las anteriores es que en este método los equipos están lejos de las chimeneas que se pretenden muestrear.

             En el método para el muestreo de partículas es necesario medir los parámetros físicos como el porcentaje de humedad, presión estática y dinámica, temperatura y peso molecular del gas portador. Estos parámetros son indispensables para obtener los resultados, así como para adaptar las condiciones de la muestra. Para que la toma de muestra sea válida hay que extraer la muestra durante el mismo tiempo en cada uno de los puntos seleccionados y a la misma velocidad que la que circula el gas en ese punto dentro del conducto, hay que dividir la sección del foco en un número de equiáreas menores, localizando en el centro de cada una, la boquilla del muestreo y por último localizar un tramo recto donde el régimen de circulación del gas en su interior sea lo más estacionario posible.

            Los métodos son de dos tipos:

• Extractivos:

Manuales: las partículas son extraídas por un equipo de muestreo, quedando recogidas por filtración o por algún aparato por cambio brusco de velocidad y dirección de la corriente gaseosa. Con las partículas sólidas o líquidas es representativa si es tomada en condiciones isocinética y pueden ser:

-Ciclones: las partículas más grandes van al fondo del ciclón y continúan el recorrido las más pequeñas.

– Filtros selectivos: las partículas son retenidas por mallas cada vez más finas.

Automáticos:

• Ópticos: se mide la disminución de la intensidad de luz que atraviesa un cristal sometido a los humos de la chimenea durante un período de tiempo determinado, antes y después de su limpieza.
• Atenuación de la radiación Beta: mide la disminución de intensidad que sufre una radiación emitida por una fuente de baja actividad al atravesar un filtro, antes y después de ser depositada en su superficie una muestra de partículas extraídas de la chimenea.
• No extractivo:

Manuales: la emisión de humos se realiza de forma manual no extractiva, con una posterior comparación visual con una escala arbitraria, a través del método visual denominado escala Ringelman, la cual consiste en seis patrones de comparación, desde el blanco total al negro. El color de la emisión se compara visualmente y los resultados se promedian y se obtiene un resultado expresado en unidades Ringelman o en porcentajes.

Automáticos: Encontramos lo opacímetros que son equipos basados en medir la diferencia de intensidad de luz entre una fuente emisora y la que llega a un detector. La medida de la opacidad es función de la concentración del aerosol, así como del camino recorrido por la luz.

El método de muestreo por inmisión. Los equipos de recolección de partículas y gases que emplean, aplican técnicas basadas en sencillos fenómenos físicos y químicos, para obtener una muestra representativa de los elementos contaminantes en el nivel del suelo.

Por último tenemos los métodos de retención y fijación de gases contaminantes. Los gases de la atmósfera pueden reaccionar con los componentes gaseosos contaminantes, por lo que es necesario conocer todos los componentes de la muestra para prever su posible reaccionabilidad. Las técnicas de retención y fijación de gases son:

• Absorción: consiste en la transferencia de uno o más componentes gaseosos de una mezcla de gases a un medio líquido en la cual se disuelve. El grado de absorción de un gas en un disolvente queda determinado por el equilibrio entre la presión parcial del gas y la presión de vapor del líquido.
• Adsorción: las moléculas son concentradas y confinadas en una capa superficial de la fase adsorbente por atracción intramolecular. Entre los materiales adsorbentes están el carbono activo, silicagel, hopcalita, etc.

Las técnicas que se utilizan son; la filtración, centrifugación, impactación y sedimentación.

Métodos analíticos.

Entre los principales métodos analíticos de contaminantes químicos atmosféricos encontramos, los siguientes:

Métodos analíticos para compuestos de azufre, tales como:

• Dióxido de azufre (SO₂): encontramos tres métodos; el colorimétrico de la pararrosanilina, que consiste en hacer borbotear el aire sobre una solución de tetramercuriato sódico que absorbe el SO₂, formando un complejo que reacciona con pararrosanilina dando un colorante rojo violeta medible por espectrofotometría a 548nm, el método de oxidación con peróxido de hidrógeno y precipitación con bario que consiste en la absorción de SO₂  en H₂O₂ con lo que se oxida a H₂SO₄ que puede determinarse con bario por precipitación, y, por último el método yodométrico, que consiste en pasar gas sobre disolución de yodo en exceso, el yodo restante después de reaccionar se valora con solución de tiosulfato sódico de concentración exactamente conocida.
• Nieblas de ácido sulfúrico (H₂SO₄): el SO puede convertirse por oxidación en SO₂, que con la humedad se transforma en H₂SO₄ y para su determinación se utiliza el método de determinación como sulfato, que consiste en la precipitación con bario y utilizando como indicador Thorina, la muestra no se recoge sobre peróxido de hidrógeno, sino sobre solución hidroalcoholica y filtro de fibra de vidrio para determinar la parte de niebla ácida que acompaña a la materia particulada y determinación del contenido total del ácido se realiza cuando se tiene la certeza de que el único aporte de acidez es el correspondiente al ácido sulfúrico y consiste en absorción sobre solución de hidróxido sódico y posterior valoración de la cantidad de álcali restante.
• Sulfuro de hidrógeno (H₂S): método del sulfuro de cadmio, es volumétrico y consiste en hacer borbotear el gas sobre una disolución de hidróxido de cadmio con lo que precipita el sulfuro de cadmio, que se determina añadiendo yodo en exceso y valorando por retroceso con solución de tiosulfato sódico y el método de azul de metileno, que es colorimétrico y consiste en, el muestro es idéntico al anterior y después el ión sulfuro se hace reaccionar con p-aminodimetilanilina y una sal de hierro(III) para obtener un colorante susceptible de determinación espectrofotométrica azul de metilo.

                       Métodos analíticos para los óxidos de nitrógeno:

• Método del ácido fenol disulfónico: para la determinación de los NO, se puede usar un método espectrofotométrico que consiste en la reacción con ácido fenoldisulfónico para formar un colorante azoico amarillo. Los NO se recogen en un balón de vidrio cerrado, que contiene una solución de ácido sulfúrico y peróxido de hidrógeno. Los gases recogidos se dejan en contacto con esta solución varias horas antes de realizar la determinación con ácido fenoldisulfónico.
• Método de Griess-Saltzman: se utiliza para analizar NO₂ y es la reacción con ácido sulfanílico para dar un compuesto que reacciona a su vez con naftiletilendiarnina dando un colorante azoico.
• Método del arsenito sódico: es una modificación del anterior. El NO₂ se recoge haciendo pasar aire por una solución de arsenito sódico en medio básico formando nitrito. Este reacciona con sulfamida y naftiletilendiarnina para formar un colorante azoico que se puede cuantificar espectrofotométricamente.

Métodos analíticos para los óxidos de carbono:

• Monóxido de carbono: encontramos cuatro métodos; de absorción, que consiste en la medida del cambio de volumen de una solución de reactivo al poner en contacto la solución con el gas, es un método volumétrico, de la oxidación catalítica a dióxido de carbono, se determina la cantidad de CO₂ producido por la oxidación catalizada de CO, el catalizador es una mezcla de óxidos de manganeso MnO₂ y de cobre, el espectrofotométrico se hace pasar CO por una solución alcalina de p-sulfaminobenzoato de plata y a continuación determinación espectrofotométrica a 425nmy el de espectroscopia infrarrojo el CO absorbe en la región infrarrojo y esto se utiliza para su determinación, otros gases absorben en esta misma zona del espectro, entre ellos óxido nitroso acetileno, etc, que hay que tenerlos e cuenta.
• Dióxido de carbono: el método volumétrico, se borbotea la muestra de aire sobre una mezcla de hidróxidos de bario y cloruro de bario, el Co₂ forma carbonato de bario que precipita, y se valora el exceso de hidróxido de bario con solución de ácido oxálico y el gravimétrico que consiste en pasar la muestra a través de un absorbente fuertemente básico y exactamente pesado, después se vuelve a pasar el absorbente y la diferencia nos da el contenido en CO₂.

                                Método analítico para el amoniaco.

• Método volumétrico: se borbotea gas a través de disolución de ácido sulfúrico diluido normalidad conocido, la cantidad de amoniaco se determina valorando el sulfúrico restante por retroceso, con solución de una base.
• Método de Nessler: se recoge la muestra borboteando sobre solución de ácido sulfúrico y permanganato potásico, la solución de recogida se destila y se determina el amoniaco con reactivo de Nessler, formándose un compuesto naranja que se mide por espectrofotometría UV-VIS.

Método analítico para los fluoruros.

• Método espectrofotométrico con SPADNS: el fluoruro decolora a los colorante orgánicos como el SPADNS y el naftaleno, esto se utiliza para su determinación espectrofotométrica, la muestra se recoge por borboteo de aire sobre solución de hidróxido sódico 0,1 N.
• Método potenciométrico: La muestra se recoge haciendo borbotear aire sobre solución de hidróxido sódico 0,1 N, después la determinación potenciométrica se hace en medio ácido acético y añadiendo supresores de interferencias.

                             Métodos analíticos para los compuestos de cloro.

• Método con yodo: se pasa la muestra a través de borboteadores que contienen solución de yoduro potásico en medio ácido, el yodo liberado se mide por espectrofotómetro a 32 nm.
• Método de la DPD: este reactivo produce un color rosa susceptible de determinación espectrofotométrica a 515nm, en presencia de cloro.
• Método de la otoluidina: la muestra se mete en solución de otoluidina en medio clorhídrico y se obtiene un compuesto amarillo medible espectrofotométricamente a 44nm.
• Método del anaranjado de metilo: se muestrea gas sobre borboteador en solución de naranja de metilo, cerca de pH 3 el color naranja de metilo desaparece por el pase del cloro y esto permite su determinación espectrofotométrica a 505 nm.

                          Métodos analíticos para los metales:

 Para la determinación de metales las técnicas que se utilizan son la espectroscopia atómica, la espectroscopia de absorción atómica y la espectroscopia de emisión.

Métodos analíticos para los compuestos orgánicos:

 Las técnicas más usadas son las cromatográficas en compuestos  tales como:

• Hidrocarburos.
• Compuestos halogenados volátiles.
• Hidrocarburos aromáticos policiclicos.
• Etalatos.
• Policlorobifenilos.
• Pesticidas Organoclorados.
• Fenoles.
• Aldehídos.
• Otros compuestos orgánicos.

                          Métodos analíticos para los oxidantes fotoquímicos.

• Determinación de ozono: se utilizan dos métodos, el método colorimétrico con yodo que consiste en la absorción sobre solución de yoduro de normalidad exactamente conocida, el ozono oxida el yoduro a yodo y es medido espectrofotométricamente y el método con fenolftaleína, es la oxidación de la fenolftaleína por el ozono y determinación colorimétrica.
• Determinación de nitratos de peroxiacilo: los componentes de este compuesto se separan mediante cromatografía de gases, utilizando como detector el de captura de electrones (ECD).

Métodos analíticos para las partículas:

 La técnica usada es la gravimetría tanto para partículas emitidas por focos como por inmisión, la diferencia radica en las técnicas de muestreo.

Eliomario

Bibliografía