QUIMICA ANALITICA APLICADA

Presentación del tema: "QUIMICA ANALITICA APLICADA"— Transcripción de la presentación:

1 QUIMICA ANALITICA APLICADA
Departamento de Química Analítica y Tecnología de Alimentos QUIMICA ANALITICA APLICADA TEMA 5.- Introducción al análisis medioambiental Definición de Medioambiente. Constituyentes. Procesos de contaminación : Emisión y transporte. Clasificación de los contaminantes . Toma y tratamiento de muestras de aire agua y tierra.

2 EL MEDIO AMBIENTE DEFINICIONES Medio: Materia que envuelve a los seres vivos, condicionando los fenómenos naturales que ocurren en su seno. Ambiente: Conjunto de elementos fisicoquímicos y biológicos del medio y de las relaciones que se establecen entre ellos. Medio ambiente: La naturaleza física que envuelve a los organismos caracterizada por el conjunto de los elementos que la conforman y por las relaciones que se establecen en ellos. Real Academia de Ciencias : conjunto de condiciones externas que condicionan un sistema Conferencia de las Naciones Unidas (Estocolmo, 1972) : conjunto de componentes físicos, químicos y biológicos y de factores sociales capaces de causar efectos directos o indirectos, en un plazo corto o largo sobre los seres vivos y las actividades humanas.

3 EL MEDIO AMBIENTE CONSTITUYENTES DEL MEDIO AMBIENTE La Ecosfera es la parte de la Tierra donde existe vida sin apoyo artificial y está formada por cuatro sistemas: Atmósfera : Protege a la Tierra de la radiación UV. La troposfera (hasta 10 Kms) es una mezcla de gases (AIRE ) Hidrosfera :Está constituida por : 97 % de agua de los océanos 2 % de hielo 1 % de agua dulce de los ríos, lagos, aguas subterráneas y humedad atmosférica y del suelo Geosfera : el Suelo, producto del clima, de la roca madre, de las rocas sedimentarias y de la vegetación Biosfera : Contiene ecosistemas complejos que contienen todos organismos vivientes del planeta

4 EL MEDIO AMBIENTE : PROBLEMAS MEDIOAMBIENTALES
EFECTO INVERNADERO El aumento del CO2 en la atmósfera impide que la radiación de onda larga escape al espacio exterior y aumenta la temperatura global de la tierra. LLUVIA ACIDA Se debe a la emisión de SO2 y NxOy a la atmósfera y su interacción con la luz del sol, la humedad y los oxidantes produciéndose H2SO4 y HNO3 DESTRUCCIÓN DE LA CAPA DE OZONO La capa de ozono está a 40 Km. de altitud y protege de la radiación UV. Se ve afectada por el uso de cloroflurocarbonos (CFC). El Cl2, producto secundario de los CFC ataca al O3 formando ClO, que reacciona con O atómico para formar O2, libera Cl2 que descomponen mas moléculas de O3

5 EL MEDIO AMBIENTE : PROBLEMAS MEDIOAMBIENTALES
CONTAMINACION Por hidrocarburos clorados : El uso de pesticidas sintéticos derivados de los hidrocarburos clorados (DDT, PCB, TCDD, ect) tiene efectos desastrosos para el medio ambiente al ser muy persistentes y resistentes a la degradación biológica. Por sustancias tóxicas : Productos químicos sintéticos que pasan al medio ambiente y persisten durante largos periodos de tiempo. Por radiación: Pequeñas cantidades de residuos nucleares liberados de las centrales nucleares al agua y a la atmósfera. RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS DEGRADACIÓN Y EROSIÓN DEL SUELO DEMANDA DE AGUA Y AIRE PERDIDA DE BIODIVERSIDAD

6 PROCESOS ESPECIFICOS DE CONTAMINACION
CONTAMINACION : Introducción por el hombre de sustancias o energía en el medio ambiente, que producen efectos nocivos o perjudiciales de tal naturaleza que pueden poner en peligro la salud humana, dañar los recursos naturales o interferir con otros usos del medio ambiente. Formas de Contaminar : 1.- Introducción de sustancias o condiciones que el medio no conocía antes. 2.- Aumento de sustancias o de condiciones que estaban en concentraciones o valores menores que tras la contaminación 3.- Vertido de sustancias tóxicas o reactivas. En la contaminación existe: 1.- Fuente de producción del contaminante 2.- La sustancia o las sustancias contaminantes 3.- Medio de Transporte (agua, aire) 4.- Los receptores (ecosistemas, organismos individuales y estructuras) Etapas en el control de la contaminación 1.- Reconocimiento del problema 2.- Control para determinar la extensión del problema 3.- Determinación de procedimientos de control 4.- Legislación para asegurar que los proceso de control son ejecutados. 5.- Monitorizar para asegurar que el problema ha sido controlado.

7 PROCESOS ESPECIFICOS DE CONTAMINACION
CLASIFICACION DE LOS CONTAMINANTES Como se forman : primarios y secundarios Fuente emisora : natural y antropogénica Distribución en el espacio : puntual , lineal y plana EMISION DE CONTAMINANTES A LA ATMOSFERA Contaminantes primarios : tóxicos en la forma en que se introducen Según la fuente emisora: A) Naturales : Erosión, Incendios forestales y Volcanes; B) Artificiales : Móviles y Fijas Según el sector : La siderurgia, Refinerías e Industrias químicas Contaminantes secundarios : se forman como consecuencia de procesos químicos a partir de precursores menos peligrosos Efectos: Contaminación fotoquímica Acidificación del medio Efecto invernadero Disminución del espesor de la capa de ozono Los mas frecuentes son : Aerosoles, óxidos de azufre (SOx), CO, Óxidos de Nitrógeno (NOx), Hidrocarburos (CmHn) y CO2. Los menos frecuentes : Derivados de azufre, Halógenos y derivados, Arsénico, Compuestos orgánicos, Partículas de metales, Partículas de minerales , ect

8 PROCESOS ESPECIFICOS DE CONTAMINACION
A LA HIDROSFERA Fuentes naturales : Dispersas y no provocan alta de contaminación Fuentes de origen humano: Las mas importantes con focos de emisión en : Industria Vertidos urbanos Navegación Agricultura y ganadería A LA GEOSFERA Los principales son: Metales pesados Emisiones ácidas atmosféricas Agua de riego salina Productos fitosanitarios Efectos : Contaminación de aguas Contaminación de los sedimentos de los ríos Uso de agua contaminada para abastecimientos

9 TOMA DE MUESTRA : AIRE El principal requisito que tiene que cumplir un sistema de toma de muestra de aire es que permita obtener una muestra representativa de la atmósfera en un lugar y momento determinado. La toma de la muestra no deberá alterar sus características físicas o químicas COMPONENTES DE UN SISTEMA PARA LA TOMA DE MUESTRA 1.- Dispositivo para medir el caudal exacto: determinar el volumen de aire conocido en el tiempo de toma de muestra. 2.- Medio colector: un absorbente líquido para gases disueltos. un filtro para macroparticulas una cámara donde se almacena una alícuota de aire. 3.- Bomba: proporciona la fuerza necesaria para crear el vacío o disminuir la presión al final del sistema de muestreo METODOS PARA EL MUESTREO DE GASES Y VAPORES 1.- Recogida de la muestra en recipientes rígidos o bolsas 2.- Absorción 3.- Adsorción 4.-Muestreo a bajas temperaturas 5.-Sistemas de toma de muestra estáticos

10 Precipitador electrostático
TOMA DE MUESTRA : AIRE Sistemas para la toma de muestras gaseosas Sistemas para la toma de muestras de macropartículas Colector húmedo El agua se atomiza en una regadera que absorbe impurezas. Ciclón La trayectoria espiral envía a las partículas a los lados, de donde caen. Precipitador electrostático Las partículas sólidas adquieren carga eléctrica y "se pegan" a la pared.

11 TOMA DE MUESTRA MACROPARTICULAS DE AIRE
Muestreadores PM10 Para un muestreo exacto de las partículas suspendidas, el muestreador PM10 de Alto Volumen es un método de referencia designado por la EPA para realizar la medición de PM10 en el aire ambiente. Muestreadores PTS Tienen como característica la colección exacta de las Partículas Suspendidas especificaciones de la EPA. El flujo de aire que pasa a través del sistema es mantenido dentro de un rango constante por medio de una sonda electrónica que ajusta automáticamente la velocidad del muestreo para corregir las variaciones de voltaje en la alimentación, las variaciones por temperatura y presión y la carga de polvo en el filtro. El flujo de aire se ajusta entre 0.57 m3/min y 1.7 m3/min y se controla en condiciones estándar de temperatura y presión (25º C y 760 mm-Hg) . Muestreadores RAAS 2.5 FRM Están diseñados para cumplir con los requerimientos de los Estándares Nacionales de la Calidad del Aire Ambiente (NAAQS) para materia particulada (40 CFR Part 50). Tiene las siguientes características : Método de referencia para PM2.5 y PM10. Software flexible con el usuario que lo guía a través del sistema, la programación de eventos, calibración y mantenimiento. Calibración sencilla de los sensores usando el software como guía.

12 TOMA DE MUESTRA : AGUAS Consideraciones Espacio/Tiempo : Tipos de muestras De sondeo: Muestra recogida en un lugar y en un momento determinado. Compuestas: Mezcla de muestras de sondeo recogidas en el mismo punto en distintos momentos. Integradas: Mezcla de muestras de sondeo recogidas en distintos puntos pero casi simultáneamente. Cadena de vigilancia Control del proceso de posesión y manipulación de la muestra desde que se toma hasta su determinación y eliminación Aspectos de la cadena de vigilancia 1.- Etiquetado de la muestra: a) Número de identificación b) Nombre del que ha hecho la toma c) Fecha d) Hora e) Lugar 2.-Sellado de la muestra 3.-Libro de registro de campo 4.-Registro de la cadena de vigilancia 5.-Hoja de petición de análisis 6.-Asignación de la muestra para proceder a los análisis

13 Espita para muestreo continuo
TOMA DE MUESTRA : AGUAS Tipos de toma de muestra de aguas : manual y automática Sección longitudinal Sección Transversal CONTINUA Corriente de agua MANUAL Espita para muestreo continuo Muestra Corriente de agua Espitas Temporizador Válvula eléctrica Muestras

14 TOMA DE MUESTRA : AGUAS Ventajas de la toma automática : Eliminan errores humanos Más reproducibilidad. Mayor frecuencia de muestreo. Disminución de costes. Normas ISO para Muestreo de aguas UNE-EN :1995 (Calidad del agua. Muestreo. Parte I: Guía para el diseño de los programas de muestreo (ISO :1980) ) UNE-EN (Calidad del agua. Muestreo. Parte 2: Guía para las técnicas de muestreo (IS :1991)) UNE-EN ISO : 1996 (Calidad de1 agua. Muestreo. Parte 3: Guía para la conservación y la manipulación de muestras (ISO : 1994))

15 TOMA DE MUESTRA : AGUAS Características de los envases y materiales usados en el muestreo Convencional Vidrio Borosilicato Tipos de envases Convencional Plástico Fluorados Problemática asociada a los tipos de envases Envases de vidrio: Lixiviación de sílice, sodio o boro. Adsorción de metales. Intercambio iónico. Envases de plástico: Pérdida gases por porosidad. Pérdida de compuestos volátiles. Lixiviación de compuestos orgánicos. Adsorción de compuestos orgánicos.

16 TOMA DE MUESTRA DE AGUAS
Modificaciones que puede sufrir la muestra de agua durante el muestreo Temperatura pH Pérdida de iones metálicos por adsorción o intercambio iónico. Pérdida por precipitación (hidrólisis de cationes o carbonatos) Modificación de gases disueltos y compuestos volátiles Procesos de oxidación Procesos de reducción Actividad microbiológica (ciclos del fósforo y nitrógeno) Modificación en color, olor y turbidez Incorporación de sodio, sílice y boro PARAMETRO ENVASE CONSERVANTE TIEMPO Temperatura - Medida "in situ". pH, conductividad P o V Medida "in situ” Olor, color, sabor V 24 h. Turbidez, residuo, materia en suspensión, alcalinidad Oxígeno disuelto medida "in situ”. D.B.O5 6 h. Oxidabilidad D.Q.O. H2SO4 (2 ml/l) Lo antes posible Amoníaco, nitritos, carbono orgánico HgCl2 (40 mg/l) Nitratos Nitrógeno total 48 h. Cloro Inmediato. Cloruros, sulfatos 7 días. Sulfitos Sulfuros 4 ml de solución de Zn(CH3-COH)2 2N Fluoruros, sílice P Cianuros NaOH (hasta pH 12) Fosfatos Aceites y grasas HCl (2 ml/l) Lo antes posible. Pesticidas Hidrocarburos policíclicos 6 días. Detergentes HgCl2 (20 mg/l) Fenoles CuSO4 (1 g/l) y H3PO4 Mercurio HNO3 (2 ml/l) 2 meses. Arsénico Metales disueltos Filtrar y Añadir HNO3 3 meses. Metales totales

17 TOMA DE MUESTRA EN SUELOS Y SEDIMENTOS
Dispositivos para tomar muestras Características Muestras sólidas Concentraciones más elevadas que en agua o aire: tendencia a la acumulación Heterogeneidad : a) Variaciones verticales b) Variaciones horizontales Necesidad tratamientos previos : a) secado b) tamizado c) reducción del tamaño de muestra Selección estrategia de muestreo Reducción tamaño de muestra

18 CICLO DEL CARBONO Los organismos productores terrestres obtienen el dióxido de carbono de la atmósfera durante el proceso de la fotosíntesis para transformarlo en compuestos orgánicos como la glucosa, y los productores acuáticos lo utilizan disuelto en el agua en forma de bicarbonato (HCO3-). Los consumidores se alimentan de las plantas, así el carbono pasa a formar parte de ellos, en forma de proteínas, grasas, hidratos de carbono, etc. En el proceso de la respiración aeróbica, se utiliza la glucosa como combustible y es degradada, liberándose el carbono en forma de CO2 a la atmósfera. Por tanto en cada nivel trófico de la cadena alimentaría, el carbono regresa a la atmósfera o al agua como resultado de la respiración. Los desechos del metabolismo de las plantas y animales, así como los restos de organismos muertos, se descomponen por la acción de ciertos hongos y bacterias, durante dicho proceso de descomposición también se desprende CO2. Las erupciones volcánicas son una fuente de carbono, durante dichos procesos el carbono de la corteza terrestre que forma parte de las rocas y minerales es liberado a la atmósfera. En capas profundas de la corteza continental así como en la corteza oceánica el carbono contribuye a la formación de combustibles fósiles, como es el caso del petróleo. Este compuesto se ha formado por la acumulación de restos de organismos que vivieron hace miles de años.

19 CICLO DEL NITROGENO Descomposición: los animales obtienen nitrógeno al ingerir vegetales, en forma de proteínas. En cada nivel trófico se libera al ambiente nitrógeno en forma de excreciones, que son utilizadas por los organismos descomponedores para realizar sus funciones vitales. Nitrificación: es la transformación del amoniaco a nitrito, y luego a nitrato. Esto ocurre por la intervención de bacterias del género nitrosomonas, que oxidan el NH3 a NO2-. Los nitritos son oxidados a nitratos NO3- mediante bacterias del género nitrobacter. Desnitrificación: en este proceso los nitratos son reducidos a nitrógeno, el cual se incorpora nuevamente a la atmósfera, este proceso se produce por la acción catabólica de los organismos, estos viven en ambientes con escasez de oxígeno como sedimentos, suelos profundos, etc. Las bacterias utilizan los nitratos para sustituir al oxígeno como aceptor final de los electrones que se desprenden durante la respiración. De esta manera el ciclo se cierra.

20 CICLO DEL AZUFRE El azufre circula a través de la biosfera de la siguiente manera: por una parte desde el suelo o bien desde el agua, si hablamos de un sistema acuático, a las plantas, a los animales y regresa nuevamente al suelo o al agua. Algunos de los compuestos sulfúricos presentes en la tierra son llevados al mar por los ríos. Este azufre es devuelto a la tierra por un mecanismo que consiste en convertirlo en compuestos gaseosos tales como el ácido sulfhídrico (H2S) y el dióxido de azufre (SO2). Estos penetran en la atmósfera y vuelven a tierra firme Generalmente son lavados por las lluvias, aunque parte del dióxido de azufre puede ser directamente absorbido por las plantas desde la atmósfera Las bacterias desempeñan un papel crucial en el reciclaje del azufre. Cuando está presente en el aire, la descomposición de los compuestos del azufre produce sulfato (SO4=). Bajo condiciones anaeróbicas, el ácido sulfúrico y el sulfuro de dimetilo (CH3SCH3) son los productos principales. Cuando estos últimos gases llegan a la atmósfera, son oxidados y se convierten en bióxido de azufre. La oxidación posterior del bióxido de azufre y su disolución en el agua de lluvia produce ácido sulfhídrico y sulfatos, formas principalmente bajo las cuales regresa el azufre a los ecosistemas terrestres. El carbón mineral y el petróleo contienen también azufre y su combustión libera bióxido de azufre a la atmósfera.

21 CICLO DEL FOSFORO La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, el papel que desempeña es vital. Es componente de los ácidos nucleicos como el ADN, muchas sustancias intermedias en la fotosíntesis y en la respiración celular están combinadas con el fósforo, y los átomos de fósforo proporcionan la base para la formación de los enlaces de alto contenido de energía del ATP, se encuentra también en los huesos y los dientes de animales, incluyendo al ser humano La mayor reserva de fósforo está en la corteza terrestre y en los depósitos de rocas marinas De las rocas se libera fósforo y en el suelo, donde es utilizado por las plantas para realizar sus funciones vitales Los animales obtienen fósforo al alimentarse de las plantas o de otros animales que hayan ingerido En la descomposición bacteriana de los cadáveres, el fósforo se libera en forma de ortofosfatos (H2PO4-) que pueden ser utilizados directamente por los vegetales verdes, formando fosfato orgánico (biomasa vegetal), la lluvia puede transportar este fosfato a los mantos acuíferos o a los océanos.

22 CICLO DEL AGUA La cantidad total de agua que existe en la Tierra, en sus tres fases: sólida, líquida y gaseosa, se ha mantenido constante desde la aparición de la Humanidad. El agua de la Tierra - que constituye la hidrósfera - se distribuye en tres reservorios principales: los océanos, los continentes y la atmósfera, entre los cuales existe una circulación continua - el ciclo del agua o ciclo hidrológico. El ciclo hidrológico se define como la secuencia de fenómenos por medio de los cuales el agua pasa de la superficie terrestre, en la fase de vapor, a la atmósfera y regresa en sus fases líquida y sólida. La transferencia de agua desde la superficie de la Tierra hacia la atmósfera, en forma de vapor de agua, se debe a la evaporación directa, a la transpiración por las plantas y animales . El vapor de agua es transportado por la circulación atmosférica y se condensa y da lugar a la formación de nieblas y nubes y, posteriormente, a precipitación. El agua que precipita en tierra puede tener varios destinos: Una parte es devuelta directamente a la atmósfera por evaporación; otra parte escurre por la superficie del terreno, escorrentía superficial. El agua restante se infiltra, esto es penetra en el interior del suelo y puede volver a la atmósfera por evapotranspiración o profundizarse hasta alcanzar las capas freáticas. El agua que precipita se reparte, a su vez, en tres grupos: una que es devuelta a la atmósfera por evapotranspiración y dos que producen escurrimiento superficial y subterráneo. El ciclo hidrológico es un agente modelador de la corteza terrestre debido a la erosión y al transporte y deposición de sedimentos por vía hidráulica. El calentamiento de las regiones tropicales debido a la radiación solar provoca la evaporación continua del agua de los océanos, la cual es transportada bajo forma de vapor de agua por la circulación general de la atmósfera, a otras regiones. Durante la transferencia, parte del vapor de agua se condensa debido al enfriamiento y forma nubes que originan la precipitación.