UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMNFACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGACENTRO DE AGUAS Y SANEAMIENTO AMBIENTAL

CONTAMINACIN POR PLOMO, CADMIO Y ACIDEZ DEL AIRE DEL LABORATORIO DE TRAZAS INORGNICAS DEL CENTRO DE AGUAS Y SANEMIENTO AMBIENTAL

Tutor: Lic. Jeaneth VerduguezEstudiante: Leniz Maldonado Orestes Juan

Cochabamba Bolivia 20151. IntroduccinLas normas de calidad del aire fijan valores mximos permisibles de concentracin de contaminantes, con el propsito de proteger la salud de las personas y de los grupos de mayor susceptibilidad en particular, para lo cual se incluye un margen adecuado de seguridad. En el laboratorio se manejan gran cantidad de productos y se efectan diversas operaciones que conllevan la generacin de residuos, en la mayora de los casos peligrosos para la salud y el medio ambiente.

Aunque el volumen de residuos que se generan en los laboratorios es generalmente pequeo en relacin al proveniente del sector industrial, no por ello debe minusvalorarse el problema.

Unas adecuadas condiciones de trabajo en el laboratorio implican inevitablemente el control, tratamiento y eliminacin de los residuos generados en el mismo, por lo que su gestin es un aspecto imprescindible en la organizacin de todo laboratorio.

Otra cuestin a considerar es la de los derrames, que si bien tienen algunos aspectos coincidentes con los mtodos de tratamiento para la eliminacin de residuos, la actuacin frente a ellos exige la consideracin de otros factores como la rapidez de accin, aplicacin de mtodos de descontaminacin adecuados, etc.

Muchas reacciones qumicas derivadas de los experimentos emiten sustancias que suelen quedar suspendidas en el aire del laboratorio. Incluso, algunas partculas que se adhieren tanto a la ropa como a la piel de los cientficos, puede aparecer como suspendida dentro del laboratorio.No todos los metales de densidad alta son especialmente txicos en concentraciones normales (algunos de ellos son necesarios para el ser humano). No obstante hay una serie de metales pesados ms conocidos por su tendencia a representar serios problemas el plomo (Pb), el cadmio (Cd).La peligrosidad de los metales pesados reside en que no pueden ser degradados (ni qumica, ni biolgicamente) y, adems, tienden a bioacumularse y a biomagnificarse (que significa que se acumulan en los organismos vivos alcanzando concentraciones mayores que la que alcanzan en los alimentos o medioambiente, y que estas concentraciones aumentan a medida que ascendemos en la cadena trfica), provocando efectos txicos de muy diverso carcter. En el ser humano se han detectado infinidad de efectos fsicos (dolores crnicos, problemas sanguneos, etc) y efectos psquicos (ansiedad, pasividad, etc).

2. Objetivos

2.1 Objetivo General

Determinar la concentracin de los metales pesados Plomo, Cadmio y pH en el aire del laboratorio de trazas inorgnicas del Centro de Aguas y Saneamiento Ambiental, durante un periodo de 3 meses, uno cada mes.

2.2 Objetivos Especficos

Realizar muestreos pasivos con filtros de fibra de vidrio en el laboratorio por un periodo de tres meses, uno cada mes. Cuantificar la concentracin de plomo y cadmio en el laboratorio. Determinar el pH atmosfrico en el laboratorio. Determinar el grado de contaminacin del laboratorio.

3. Marco Terico

Plomo

El plomo es un metal txico presente de forma natural en la corteza terrestre. Su uso generalizado ha dado lugar en muchas partes del mundo a una importante contaminacin del medio ambiente, un nivel considerable de exposicin humana y graves problemas de salud pblica.

Entre las principales fuentes de contaminacin ambiental destacan la explotacin minera, la metalurgia, las actividades de fabricacin y reciclaje y, en algunos pases, el uso persistente de pinturas y gasolinas con plomo.

Las personas pueden verse expuestas al plomo en su puesto de trabajo o en su entorno, principalmente a travs de: la inhalacin de partculas de plomo generadas por la combustin de materiales que contienen este metal (por ejemplo, durante actividades de fundicin, reciclaje en condiciones no seguras o decapado de pintura con plomo, o al utilizar gasolina con plomo); la ingestin de polvo, agua o alimentos contaminados (por ejemplo, agua canalizada a travs de tuberas de plomo o alimentos envasados en recipientes con esmalte de plomo o soldados con este metal).

Las principales vas de absorcin de compuestos de plomo son la inhalacin y la ingestin. Casi el 40% de los vapores de xido de plomo inhalados se absorben a travs del aparato respiratorio. La absorcin del polvo de plomo depende del tamao (menores a 5 micras) y solubilidad de las partculas y del volumen/minuto respiratorio.

Efectos sobre la salud

El plomo puede daarlos nervios, el estmago, los intestinos, los riones, las funciones reproductivas y los glbulos rojos. Las personas expuestas a altos niveles de plomo tienen el riesgo de contraer problemas de salud a largo plazo, y deben ser observadas cuidadosamente. Los sntomas de envenenamiento usualmente se acumulan lentamente, a travs de mltiples exposiciones al plomo en pequeas dosis. Uno podra estar expuesto al plomo por meses o aos y no tener ningn sntoma, pero cuanto ms expuesto est, mayor es el riesgo de que desarrolle problemas de salud.

Sntomas de envenenamiento por plomo:

Mareo, fatiga e incremento en el ritmo del coraznIrritabilidad, agitacin y dificultades para dormirDolores de cabeza, mala memoria, depresinFatiga, somnolenciaDolores abdominales, estreimiento, diarreaNausea, vmitoImpotencia, problemas menstruales

Norma Internacional

La organizacin mundial de la salud (OMS) establece una concentracin mxima del ambiente de 1,5 g/m3

Cadmio

El cadmio es una sustancia natural en la corteza terrestre. Generalmente se encuentra como mineral combinado con otras sustancias tales como oxgeno (xido de cadmio), cloro (cloruro de cadmio), o azufre (sulfato de cadmio, sulfuro de cadmio).

Efectos sobre la salud

Respirar altos niveles de cadmio produce graves lesiones en los pulmones y puede producir la muerte. Ingerir alimentos o tomar agua con niveles de cadmio muy elevados produce seria irritacin al estmago e induce vmitos y diarrea.El cadmio puede acumularse en los riones a raz de exposicin por largo tiempo a bajos niveles de cadmio en el aire, los alimentos o el agua; esta acumulacin puede producir enfermedades renales. Lesiones en los pulmones y fragilidad de los huesos son otros efectos posibles causados por exposicin de larga duracin.

Normas Internacionales

Por va digestiva, consumos de hasta 100 mg producen sntomas gastrointestinales, mientras que a partir de los 350 mg se considera que es potencialmente mortal. Por va inhalatoria, las concentraciones ambientales superiores a 200 g/m3 inducen la fiebre de los metales; a partir de 500 g/m3 aparece neumonitis qumica y ms all de los 5,000 g/m3 es mortal. El Comit Mixto de la Organizacin de Agricultura y Comida de Estados Unidos (FAO), la Organizacin Mundial de la Salud (OMS) y el Comit de Expertos en Aditivos (JECFA) determinaron un insumo mensual tolerable de 25 g por kg de peso corporal. Mientras tanto, la OMS fij una ingestin semanal tolerable provisional de 7 g/kg de peso corporal. Fumar aumenta considerablemente la concentracin de cadmio en el ambiente, sobre todo en espacios cerrados.

Medicin de la calidad del aire

Medir es contar, comparar una unidad con otra, dar una valoracin numrica, asignar un valor, asignar nmeros a los objetos. Todo lo que existe est en una cierta cantidad y se puede medir. Estos nmeros no se asignan de forma arbitraria sino que se rigen por ciertas reglas, se establece un sistema emprico y ste da lugar a un sistema formal. La necesidad de medir es evidente en la mayor parte de las actividades tcnicas o cientficas. Sin embargo, es importante no slo contar con medidas sino tambin saber si dichas medidas son vlidas.

La medicin de contaminantes atmosfricos se puede lograr a travs de diversos mtodos que se agrupan de acuerdo a sus principios de medicin en:

Muestreo pasivo; Muestreo con Bioindicadores; Muestreo activo; Mtodo automtico; Mtodo ptico de percepcin remota.

Muestreo Pasivo

Este mtodo de muestreo colecta un contaminante especfico por medio de su adsorcin y/o absorcin en un sustrato qumico seleccionado. Despus de su exposicin por un periodo adecuado de muestreo, que puede variar desde una hora hasta meses o inclusive un ao, la muestra se regresa al laboratorio donde se realiza la desorcin del contaminante para ser analizado cuantitativamente. Los equipos utilizados se conocen como muestreadores pasivos que se presentan en diversas formas y tamaos, principalmente en forma de tubos o discos.

Ventajas: Simplicidad en la operacin y bajo costo (no requiere energa elctrica). Desventajas: No desarrollados para todos los contaminantes, slo proporcionan valores promedios con resoluciones tpicas semanales o mensuales; no tienen gran exactitud (sirven solo como valor referencial), en general requieren de anlisis de laboratorio.

Muestreo con Bioindicadores

Este mtodo implica el uso de especies vivas generalmente vegetales, como rboles y plantas, donde su superficie funge como receptora de contaminantes. Sin embargo, a pesar de que se han desarrollado guas sobre estas metodologas, todava quedan problemas no resueltos en cuanto a la estandarizacin y armonizacin de estas tcnicas.

Muestreo activo

Requiere de energa elctrica para succionar el aire a muestrear a travs de un medio de coleccin fsico o qumico. El volumen adicional de aire muestreado incrementa la sensibilidad, por lo que pueden obtenerse mediciones diarias promedio. Los muestreadores activos se clasifican en burbujeadores (gases) e impactadores (partculas); dentro de estos ltimos, el ms utilizado actualmente es el muestreador de alto volumen High- Vol (para PST, PM10 y PM2.5) (Ver Manual 3 Redes, Estaciones y Equipos de Medicin de la Calidad del Aire).

Ventajas: Fcil de operar, muy confiables y costo relativamente bajo (requieren energa elctrica). Desventajas: No se aprecian los valores mnimos y mximos durante el da, slo promedios generalmente de 24 horas; requieren de anlisis de laboratorio.

Mtodo automtico.

Estos mtodos son los mejores en trminos de la alta resolucin de sus mediciones, permitiendo llevar a cabo mediciones de forma continua para concentraciones horarias y menores. El espectro de contaminantes que se pueden determinar van desde los contaminantes (PM10-PM2.5, CO, SO2, NO2, O3) hasta txicos en el aire como mercurio y algunos compuestos orgnicos voltiles.

Las muestras colectadas se analizan utilizando una variedad de mtodos los cuales incluyen la espectroscopia y cromatografa de gases. Adems, estos mtodos tienen la ventaja de que una vez que se carga la muestra al sistema nos da las lecturas de las concentraciones de manera automtica y en tiempo real.

Mtodo ptico de percepcin remota.

Los mtodos pticos de percepcin remota: se basan en tcnicas espectroscpicas. Transmiten un haz de luz de una cierta longitud de onda a la atmsfera y miden la energa absorbida. Con ellos es posible hacer mediciones, en tiempo real, de la concentracin de diversos contaminantes. A diferencia de los monitores automticos, que proporcionan mediciones de un contaminante en un punto determinado en el espacio, pueden proporcionar mediciones integradas de multicomponentes a lo largo de una trayectoria especfica en la atmsfera (normalmente mayor a 100 m). Los equipos utilizados se conocen como sensores remotos.

Anlisis de muestras

Absorcin atmica

El tomo consiste de un ncleo y de un nmero determinado de electrones que llenan ciertos niveles cunticos. La configuracin electrnica ms estable de un tomo corresponde a la de menor contenido energtico conocido como estado fundamental.Si un tomo que se encuentra en un estado fundamental absorbe una determinada energa, ste experimenta una transicin hacia un estado particular de mayor energa. Como este estado es inestable, el tomo regresa a su configuracin inicial, emitiendo una radiacin de una determinada frecuencia.La frecuencia de la energa radiante emitida corresponde a la diferencia de energa entre el estado excitado (E1) y el estado fundamental (Eo) como se encuentra descrito en la ecuacin de Planck:

h=constante de Planck

=frecuencia

c=velocidad de luz

=longitud de onda

Segn la teora atmica, el tomo puede alcanzar diferentes estados (E1, E2, E3, ) y de cada uno de ellos emitir una radiacin (1, 2, 3, ) caracterstica, obtenindose as un espectro atmico, caracterizado por presentar un gran nmero de lneas discretas. En absorcin atmica es relevante solamente aquella longitud de onda correspondiente a una transicin entre el estado fundamental de un tomo y el primer estado excitado y se conoce como longitud de onda de resonancia.De la ecuacin de Planck, se tiene que un tomo podr absorber solamente radiacin de una longitud de onda (frecuencia) especfica. En absorcin atmica interesa medir la absorcin de esta radiacin de resonancia al hacerla pasar a travs de una poblacin de tomos libres en estado fundamental. Estos absorbern parte de la radiacin en forma proporcional a su concentracin atmica.La relacin entre absorcin y concentracin se encuentra definida en la Ley de Lambert-Beer.Como la trayectoria de la radiacin permanece constante y el coeficiente de absorcin es caracterstico para cada elemento, la absorbancia es directamente proporcional a la concentracin de las especies absorbentes.Otras tcnicas de anlisis de trazas de metales Espectroscopia de emisin atmica Generacin de hidruros1333 Ley del medio ambienteLa presente Ley tiene por objeto la proteccin y conservacin del medio ambiente y los recursos naturales, regulando las acciones del hombre con relacin a la naturaleza y promoviendo el desarrollo sostenible con la finalidad de mejorar la calidad de vida de la poblacin.Reglamento en materia de contaminacin atmosfrica

La ley 1333 del medio ambiente del estado plurinacional de Bolivia en la seccin de contaminacin atmosfrica indica los lmites permisibles, valores superiores tienen efecto sobre la salud humana, para la calidad del aire y son los siguientes:

Lmites de exposicin a Cadmio

Muchas agencias de salud han establecido normas de exposicin diseadas para proteger al pblico en general a partir de la exposicin al cadmio en exceso de diversas fuentes.

ATSDR

Contacto oral diario de riesgo mnimo (LMR) de 0,1 mg / kg / da de cadmio en funcin de sus efectos renales.

EPA

Alimentos - Dosis de referencia es 1 x 10-3 mg / kg / da (ATSDR 1999).Agua - Dosis de referencia para la exposicin humana es de 5 x 10-4 mg / kg / da.

Lmites de exposicin al Plomo

La US Environmental Proteccin Agency (EPA) ha establecido los lmites de exposicin a los siguientes contaminantes

pH ambiental

La acidez del ambiente es un parmetro difcil de evaluar, puesto que los procedimientos convencionales para medir el pH no son aplicables con precisin en entornos gaseosos, por ejemplo en el aire. Los electrodos convencionales de pH determinan el pH de disoluciones acuosas, de disolventes de distinto grado de polaridad o, en general, de cualquier lquido, as como de slidos relativamente blandos y hmedos o humectados, como suelos, alimentos, etc. Sin embargo, la determinacin de la acidez ambiental (pH ambiental) es de sumo inters, por ejemplo, cuando existe el riesgo de contaminacin del aire por especies gaseosas de caractersticas cido-base (S02, C02, NOx, HCOOH, CH3COOH, NH4, etc.). Cuando se produce dicha contaminacin y en presencia de una humedad relativa suficientemente elevada puede producirse el fenmeno conocido como lluvia cida. La lluvia cida consiste en la combinacin qumica de uno o ms gases de caractersticas cidas con la lluvia y/o con la humedad ambiental, y su posterior condensacin en forma de pequeas gotas que al depositarse desencadenan un ataque qumico tanto en los seres vivos como en la mayora de los materiales y sustancias inertes. El ataque qumico se produce por la elevada reactividad de las pequeas gotas formadas de cidos relativamente concentrados sobre la superficie de los seres vivos y de los materiales.Se ha desarrollado un instrumento de medicin de pH ambiental mediante sensores qumicos de respuesta ptica. El sistema se compone de uno o varios sensores, y una o varias unidades lectoras con posibilidad de conexin a un ordenador personal. Los sensores poseen una respuesta ptica, frente a la acidez, basicidad o pH de entornos gaseosos, o lquidos, o mixtos slidos/lquidos, es decir, cambian de color en funcin de la acidez ambiental. Se fabrican depositando una capa activa por el procedimiento sol-gel sobre una lmina de vidrio comn. Por tanto son sensores de bajo coste, mecnicamente sencillos, que no necesitan de una fuente de energa para su funcionamiento, y cuyo coste y requisititos de instalacin son mnimos. La unidad lectora permite obtener el valor de la acidez ambiental a partir del sensor y de su curva de calibrado. Para ello transforma la respuesta ptica de los sensores, que se produce en el intervalo de longitudes de onda del espectro visible, en una respuesta elctrica en unidades de potencial elctrico (voltios), la digitaliza y la almacena para su posterior envo a un ordenador personal en el que se puede realizar el anlisis y seguimiento de las medidas realizadas.4. Procedimiento experimental4.1 Materiales y reactivos Cajas Petri Filtro de fibra de vidrio Pipetas de 1mL, 5mL Matraz aforado de 50 mL Pizeta Espectrofotmetro de absorcin atmica cido sulfrico Agua destilada4.2 Metodologa4.2.1 Muestreo de plomo y cadmio Pesar el filtro de fibra de vidrio. Humedecer el filtro de fibra de vidrio con una solucin acida diluida de cido sulfrico. Colocar sobre una las placas de la caja Petri que servirn de soporte. Colocar en sitios de muestreo por periodos de 1 semana 1 mes y 3 meses en contacto con el ambiente.4.2.2 Preparacin de la muestra Plomo y cadmio El proceso de digestin de las muestra debe efectuarse en el interior de una vitrina que disponga de sistema de extraccin por aspiracin. Los filtros muestra y blanco se transfieren cuidadosamente a erlenmeyers de 125 ml de capacidad y se adicionan Aproximadamente 5 ml de cido ntrico concentrado y 1 ml de perxido de hidrgeno al 30%. Si no hay xido de plomo (PbO2) presente en la muestra, no es necesaria la adicin de perxido de hidrgeno al 30%. Cada erlenmeyer se cubre con un vidrio de reloj y se calienta en una placa calefactora a 140C. Si hay elevadas cantidades de materia orgnica, son necesarias nuevas adiciones de cido ntrico concentrado hasta su total destruccin. En esta etapa la temperatura de digestin no es crtica, sin embargo deber permitir la ligera ebullicin de las muestras. Las muestras no deben llegar a sequedad. Una vez completada la digestin, lo que se aprecia por el aspecto claro de la disolucin, se retira el vidrio de reloj y se lava con cido ntrico al 10% (v/v) (2 3 ml) que se recoge en el erlenmeyer. La disolucin resultante se evapora a sequedad en placa a 100C. Enfriar cada erlenmeyer y disolver los residuos en 1 ml de HNO3 concentrado. Las disoluciones se transfieren a matraces aforados de 10 ml donde se enrasan con cido ntrico al 10% (v/v).

4.2.3 Preparacin de patrones y curva de calibracin.

Prepararlas disoluciones de trabajo de 5, 10, 15 y 20 ug Pb/ml. Prepararlas disoluciones de trabajo de 0.001, 0.002, 0.005, 0.01, 0.02 ppm Cd. Se analizan los patrones en las mismas condiciones de las muestras. Construir una curva de calibrado representando absorbancias frente a las concentraciones de las soluciones patrones en ug/ml.

4.2.4 Determinacin espectrofomtrica

Las disoluciones de las muestras y patrones se aspiran directamente a la llama del Espectrofotmetro de Absorcin Atmica, y se leen las absorbancias a 283,3 nmmpara el plomo y 228.8 nm para el cadmio.

4.2.5 Muestreo de pH ambiental Burbujear aire, con ayuda de una bomba en un volumen de agua destilada Medir caudal de la bomba y controlar tiempo trasvasar a un matraz aforado y aforar con agua destilada. Realizar una valoracin acido base o utilizar un mtodo electroltico para la determincion del pH.

4.2.6 Anlisis por sensores pticos de pH ambiental Colocar el dispositivo ptico de medida de pH ambiental a 1,5 metros de altura. Medir la seal en el ordenador. Realizar clculos para determinar el pH con la curva de calibracin predefinida del equipo.

5. Bibliografa

NTP 587: Evaluacin de la exposicin a agentes qumicos: condicionantes analticos. Universidad del Pas Vasco, Determinacin de partculas en suspensin y metales pesados en aire, Junio 2006. Cosude, Monitoreo del Aire Manual de laboratorio, Agosto 2001 NTP 276: Eliminacin de residuos en el laboratorio: procedimientos generales. Prez Garca, Perla Esmeralda, Los efectos del cadmio en la salud, Revista de Especialidades Mdico-Quirrgicas, vol. 17, nm. 3, julio-septiembre, 2012, pp. 199-205 Revista Cubana de Salud y Trabajo, Monitoreo ambiental en un laboratorio qumico y su sistema de extraccin. Reglamento de la ley del medio ambiente N 1333 Carlos Crdoba, Sensor ptico para mediciones de PH obtenido por el mtodo sol-gel con molculas orgnicas dopadas en matriz vtrea. Rev. Soc. Qum. Mx. 2004, 48, 203-20. Carrillo Torres Edson Ramiro, estudio fisicoqumico del instituto nacional de seguridad e higiene en el trabajo, depsito atmosfrico en una zona industrial impactada por material particulado. Determinacin de plomo en aire - Mtodo filtro de membrana/Espectrofotometra de Absorcin AtmicaMTA/MA-011/A87