Departamento de Química Analítica y Tecnología de Alimentos

Presentación del tema: "Departamento de Química Analítica y Tecnología de Alimentos"— Transcripción de la presentación:

1 Departamento de Química Analítica y Tecnología de Alimentos
QUIMICA ANALITICA APLICADA TEMA 6.- Contaminación atmosférica Contaminantes del aire. Análisis de compuestos inorgánicos. Análisis de compuestos orgánicos. Determinación de material particulado en aire.

2 CONTAMINACION ATMOSFERICA
El aire limpio y puro forma una capa de aproximadamente millones de toneladas que rodea la Tierra y su composición es la de la Tabla 1 En la Tabla 2 se resumen los principales contaminantes gaseosos del aire Tabla 1.- COMPOSICION DEL AIRE PURO Componente % en volumen Nitrógeno 78.03 Oxígeno 20.99 Dióxido de Carbono 0.03 Argón 0.94 Neón Helio 0.0004 Criptón Xenón Hidrógeno 0.01 Metano 0.0002 Óxido nitroso Vapor de Agua Variable Ozono Partículas Tabla 2.- PRINCIPALES CONTAMINANTES GASEOSOS Clase Primarios Secundarios Compuestos con azufre SO2, H2S SO3, H2SO4, MSO4 Compuestos orgánicos C1–C5 Cetonas, aldehídos, ácidos Compuestos con nitrógeno NO, NH3 NO2, MNO3 Óxidos de carbono CO (CO2) --- Halógeno HCl, HF

3 TIPOS DE CONTAMINANTES DEL AIRE
CONTAMINANTES INORGÁNICOS (1) CO La fuente fundamental es la combustión incompleta de cualquier tipo de combustible. En menor proporción de fuentes naturales (volcanes o disociación atmosférica de los intermediarios del CO2 en la formación del smog) o ciertas industrias. CO2 Solo se considera contaminante si su concentración esta por encima de 350 ppm. Óxidos de S (SO2 y SO3) El mas abundante es el SO2 que se emite a la atmósfera al quemar combustibles fósiles. Se transforma en SO3 y otros óxidos . H2S Se localiza en plantas industriales de procesado de papel, de tratamiento de aguas residuales , altos hornos, ect. Óxidos de Nitrógeno (NOx ) N 2O, NO y NO2. Se obtienen al quemar combustibles fósiles. Compuestos halogenados Se incluyen todos los derivados de F Cl y Br Los mas abundantes son : Cl2 , F-, HCl, freones y los pesticidas y herbicidas halogenados.

4 TIPOS DE CONTAMINANTES DEL AIRE
CONTAMINANTES INORGÁNICOS (2) Metales e iones metálicos Se consideran tóxicos, y se pueden encontrar en la atmósfera 27 metales , los mas peligrosos son : Hg, Be, Pb, Cd, Ni y Sb. Hg : Es un líquido con alta presión de vapor. Llega a la atmósfera procedente de la volatilización en fusiones metálicas y en combustiones. Pb : Procede fundamentalmente de la gasolina que contiene tetraetilplomo Be : Se evapora y forma suspensiones , donde se utilizan herramientas de corte y molienda Cd : Aparece asociado en la corteza terrestre al Pb y al Zn, por lo que aparece como contaminante en refino y fabricación de dichos metales CONTAMINANTES ORGÁNICOS Los hidrocarburos que contribuyen a la contaminación del aire contienen entre 1 y 5 átomos de C : alifáticos, olefinicos, aromáticos y aromáticos policíclicos. Al combinarse con O3 , O2 , o compuestos intermediarios se transforman en aldehídos o cetonas (formaldehído y benzaldhido). La degradación química de estos compuestos en presencia de óxidos de nitrógeno y radicales NO , da lugar a perxiacilos (PAN y PBN). Otros compuestos orgánicos (volátiles) se obtienen de otras fuentes como: Refinerias, Centrales térmicas, Industrias Farmacéuticas, Industrias Químicas, ect.. MACROPARTICULAS Dependen de la industria y del tipo de combustión Al quemar cualquier combustible fósil se producen todo tipo de cenizas Industria del cemento : carbonatos y silicatos Industrias metalúrgicas: depende del proceso de refinado y procesado de metales. En los altos hornos: C y carburo de hierro

5 ANÁLISIS DE LOS CONTAMINANTES INORGÁNICOS DEL AIRE
Método de absorción Método del pentoxido de yodo Método fotométrico Método de IR (continuo) Método de la Hopcalita Desplazamiento de vapor de Hg CO2 Método del BaCl2 O3 Método del KI Método del yodo Método de la fenolftaleina Culombimetría (continuo) Quimioluminiscencia (continuo) Método del trans-2-buteno SO2 Método de West y Gaeke Método del peroxido de plomo Culombimetria (continuo) Fotometría de llama (continuo) NO2 Método de Griess-Saltman Método del arsenito Quimioluminiscencia (continuo) Método fotométrico H2S Método del azul de metileno

6 ANÁLISIS DE LOS CONTAMINANTES INORGANICOS DEL AIRE
METODOS DE DETERMINACION DE CO (1) MÉTODO DE ABSORCIÓN La muestra de aire se pasa por una disolución de Cu2Cl2 formándose el complejo Cu2Cl2(CO)2.4H2O. El CO se determina midiendo la variación de volumen de la disolución FOTOMETRÍA IR El espectro de absorción IR del CO presenta dos máximos (4,67 μm y 4,72 μm ). MÉTODO DEL I2O5 Se basa en la reacción : I2O5 + 5 CO ↔ I2 + 5 CO2 El aire pasa por un tubo calentado a º, por un filtro de C que retiene hidrocarburos y por otro de bolas de vidrio impregnadas con ácido crómico que retiene ozono y óxidos de N. El CO2 generado pasa por una columna de Ascarita previamente pesada y la diferencia de peso , permite calcular los mg de CO. Para menos de 10 mg, se determina a partir del I2 desprendido fotométricamente o por valoración con tiosulfato.

7 METODOS DE DETERMINACION DE CO (2)
MÉTODO DE LA HOPCALITA Se basa en la oxidación catalítica de CO. La Hopcalita, una mezcla de óxidos (MnO2 y CuO). La determinación se basa en la medida del volumen o peso del CO2 producido o en el aumento de temperatura que se produce al pasar la corriente de aire por dos lechos de Hopcalita, uno activo y otro inactivo. MEDICIÓN CONTINUA POR DESPLAZAMIENTO DE VAPOR DE Hg Se basa en que el CO puede generar vapor de Hg. La muestra de aire con CO pasa a través de óxido de mercurio a 210 ºC, donde se reduce , el Hg llega a la célula de absorción , y midiendo absorbancia a 254 nm, se calcula la cantidad de CO. MÉTODO FOTOMÉTRICO Se basa en la formación de un compuesto coloreado, al reaccionar el CO con la sal de Ag del acido p-sulfaminobenzoico en medio básico, con un máximo a 425 nm .

8 ANÁLISIS DE LOS CONTAMINANTES INORGANICOS DEL AIRE
METODOS DE DETERMINACIÓN DE SO2 MÉTODO ESPECTROFOTOMETRICO El aire que contiene el SO2 es burbujeado a través de una disolución de tetracloromercuriato de potasio, formándose el complejo estable dicloro-sulfitomercurato (II) : (HgCl2SO3)2- El complejo se hace reaccionar con formaldehído y pararosanilina en solución ácida para formar el ácido coloreado pararosanilinmetilsulfónico, cuya absorbancia se mide a 548 nm. MÉTODO CLÁSICO El SO2 es absorbido en una solución acuosa diluida de peróxido de hidrógeno, después de su paso a través de un filtro para eliminar las partículas de polvo, y se transforma en ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico obtenido se valora con NaOH. MÉTODO CROMATOGRAFICO Por un procedimiento similar al anterior el ácido sulfúrico obtenido se neutraliza con NaOH y los iones sulfato se determinan por cromatografía iónica

9 ANÁLISIS DE LOS CONTAMINANTES INORGANICOS DEL AIRE
METODOS DE DETERMINACION DE NO2 MÉTODO DE GRIESS-SALTZMAN Se basa en la reacción del NO2 con ácido sulfanílico para formar un compuesto de diazonio, que reacciona con α-Naftilamina formando un compuesto azoico que absorbe a 550 nm MÉTODO DEL ARSENITO El NO2 se transforma en nitrito con arsenito sódico y forma un colorante azoico, por acoplamiento de sulfanilamida diazotizada con diclorhidrato de N-(1-naftil)-etilendiamina

10 ANÁLISIS DE LOS CONTAMINANTES INORGANICOS DEL AIRE
METODOS DE DETERMINACION DE O3 COLORIMETRIA DE YODO Se absorben todos los oxidantes sobre una disolución neutra con KI al 1 %. El SO2 se retiene con un filtro de oxido de cromo, donde se transforma en sulfato. La reacción es la siguiente: O3 + 3KI + H2O → KI3 +2 KOH + O2 . Por cada mol de oxidante absorbido se libera un equivalente de yodo. METODO DE LA FENOLFTALEINA Se basa en la oxidación de la fenolftaleina en presencia de sulfato de cobre. Se calibra con disoluciones H2O2. Interfieren en la reacción SO2 y H2S y no interfiere NO2. VALORACIÓN EN FASE GASEOSA CON TRANS-2-BUTENO El trans-2-buteno reacciona selectivamente con O3. El método consiste en eliminar todo el O3, determinar los oxidantes totales y calcular el O3 por diferencia FIA CON DETECCIÓN ESPECTRO FOTOMÉTRICA La determinación está basada en la difusión de gases, a través de una membrana permeable a gases, hacia una disolución que contiene un reactivo que interacciona con el gas difundido para asegurar su rápida retención.

11 ANÁLISIS DE LOS CONTAMINANTES INORGANICOS DEL AIRE
MÉTODOS QUIMIOLUMINISCENTES La quimioluminiscencia se produce cuando una reacción química genera una especie electrónicamente excitada, que emite luz cuando vuelve al estado fundamental o que transfiere su energía a otra especie que, posteriormente, da lugar a una emisión DETERMINACIÓN QUIMIOLUMINISCENTE DE NO El ozono procedente de un electrogenerador y las muestras de la atmósfera son arrastradas de forma continua al recipiente de reacción, donde se sigue el curso de la reacción luminiscente mediante un tubo fotomultiplicador. También se determinan óxidos de nitrógeno de estados de oxidación superiores. El contenido de dióxido de nitrógeno, NO2, en los gases de escape de los automóviles se determina por descomposición térmica del gas a 700 oC en un tubo de acero. DETERMINACIÓN DE O3 Una determinación se basa en la luminiscencia producida cuando el analito (O3) reacciona con el colorante rodamina B, adsorbido sobre una superficie de gel de sílice activada. Respuesta lineal para [O3] = < 1 ppb – 400 ppb. Otra determinación de O3 en fase gaseosa se basa en la quimioluminiscencia que produce cuando el O3 reacciona con etileno. DETERMINACIÓN DE H2S Y SO2 La muestra se quema en una llama de hidrógeno para dar un dímero de azufre, que posteriormente se descompone emitiendo luz.

12 ANÁLISIS DE LOS CONTAMINANTES INORGANICOS DEL AIRE
DETERMINACIÓN DE HALÓGENOS La muestras se toman generalmente utilizando un borboteador con agua o NaOH en el caso de HCl o HF. Para de macroparticulas que contengan haluros insolubles se usan filtros. ANÁLISIS DE CLORUROS Se determinan directamente en la disolución valorándolos con AgNO3 por los métodos de Mohr o Volhard. Para concentraciones bajas, se utiliza la cromatografía iónica,electrodo selectivo o el método fotométrico de la orto-toluidina. ANÁLISIS DE FLUORUROS Los métodos mas usados para su determinación son fotométricos, basados casi todos ellos en la decoloración (disminución de la absorbancia) de colorantes como alizarina de circonio o hematoxilina-aluminio.

13 ANÁLISIS DE LOS CONTAMINANTES INORGANICOS DEL AIRE
DETERMINACIÓN DE METALES Se encuentran en forma de macroparti culas, y se recogen usando filtros. Casi todos los metales se determinan mediante técnicas de Absorción Atómica. DETERMINACIÓN DE Sb Las macroparticulas que contien Sb son retenidas en el filtro se disuelven con ácidos. La disolución de Sb(V), se determina fotometricamente mediante la reacción con Rodamina B en la que se forma un complejo coloreado que tiene un máximo a 565 nm que se extrae en tolueno Metal λ (nm) Disolución (mg/100 ml) Aire (μg/m3) Zn 213,8 5,50 1,0300 Fe 296,7 24,90 4,6600 Ni 232,0 0,13 0,0240 Pb 283,3 1,0500 Cd 228,8 0,04 0,0073 Be 234,8 0,01 0,0020

14 ANÁLISIS DE LOS CONTAMINANTES ORGANICOS DEL AIRE
Separación de Compuestos orgánicos en el aire METODOS DE ANÁLISIS Los contaminantes orgánicos del aire son muy diversos ,y se encuentran en estado gaseoso, o en forma de macropartículas, general- mente de tamaño inferior a 10 μm. La toma de muestra debe estar diseñada de manera que atrape partículas de este tamaño. Una vez tomada la muestra, a porción de materia orgánica se separa por extracción selectiva. Un esquema general de esta separación puede ser el siguiente: Filtro con particulado Añadir éter +H2SO4 Fase acuosa con ácido Fase orgánica con éter Añadir NaOH 5 N y extraer con éter NaOH 2 N Compuestos básicos Fase con NaOH Fase con éter Añadir H2SO4 y extraer con éter Evaporar Compuestos ácidos Residuo neutro

15 ANÁLISIS DE LOS CONTAMINANTES ORGANICOS DEL AIRE
METODOS GENERALES DE ANÁLISIS Los compuestos orgánicos procedentes de las tres fracciones de la separación anterior pueden ser : A) Residuo neutro : Compuestos saturados, insaturados, aromáticos, oxigena-dos, halogenados, aromáticos policíclicos y compuestos no polares. B) Residuo acido : ácidos carboxílicos no volátiles C) Residuo básico : Aminas, hidrocarburos aromáticos N-heterocíclicos Las técnicas utilizadas para la determinación de los distintos contaminantes pueden ser muy diversas dependiendo de los compuestos que se quieran determinar y de la fracción a analizar. Los hidrocarburos aromáticos se pueden determinar por refractometría , o estos y los olefinicos por absorción en el UV. Los compuestos con átomos de O o los halogenados se pueden determinar por absorción IR. Los hidrocarburos policíclicos arómáticos (PAH) suelen ser fluorescentes, y se pueden determinar por espectrofluorimetria . La técnica mas usada es la cromatografía de gases, tanto para los compuestos gaseosos, como para los compuestos separados en las distintas fracciones.

16 ANÁLISIS DE LOS CONTAMINANTES DEL AIRE
OTROS METODOS DE ANÁLISIS DE CONTAMINANTES ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO La región del IR medio, usando fotómetros con filtros de interferencias, es muy útil para medir la composición de los gases y de los contaminantes atmosféricos. En la Tabla se muestran algunos ejemplos FLUORESCENCIA DE RAYOS X Por esta técnica se determinan : Cloro Sulfuros Dióxido de azufre La muestra de aire se pasa por un filtro microporoso para partículas con discos de papel de filtro impregnados con reactivos que retienen a los tres gases: Ortotoluidina retiene Cloro Nitrato de plata retiene sulfuros Hidróxido sódico retiene SO2 La determinación por fluorescencia de rayos X se lleva a cabo sobre los discos