Uso de geles como captadores pasivos para la determinación de NO2

Abstract

Este proyecto se basa en el estudio de las propiedades de formación de diferentes geles con el fin de desarrollar un novedoso modelo de determinación de la concentración de gases contaminantes. Es un trabajo con una gran carga de investigación y trabajo experimental, en el que se trabaja con diferentes técnicas de laboratorio.
Referido a la actualidad, este proyecto aborda el tema de la determinación de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera. Las altas concentraciones de este contaminante suponen un peligro tanto para la salud humana como para el desarrollo de otras actividades.
El NO2 se forma como subproducto en los procesos de combustión a altas temperaturas, es por esto que los vehículos tanto diésel como gasolina son los principales causantes de su formación. Cuando este óxido entra en contacto con algunas sustancias presentes en el aire y con la luz solar reacciona dando lugar a la formación de ácido nítrico, principal constituyente de la lluvia ácida, del ozono troposférico y del smog fotoquímico.
La formación de la lluvia ácida afecta tanto a los suelos como a la vegetación, ya que aumenta la concentración de nitrato en los suelos y las aguas superficiales. Cabe destacar que el NO2 es un contaminante transfronterizo, es decir, no solo afecta a las zonas en las que se produce sino que es capaz de desplazarse causando daños en zonas alejadas al foco emisor.
Es interesante el estudio de este contaminante pues su formación conlleva a diversos problemas para la salud. Una exposición breve al dióxido de nitrógeno puede provocar irritación en los ojos y en la piel, así como irritación del sistema respiratorio. Si la exposición es más prolongada los efectos adversos aumentan, pudiendo llegar a la aparición de enfermedades respiratorias crónicas o al lento desarrollo pulmonar en niños.
Es por tanto clara la necesidad de regular la producción del dióxido de nitrógeno. Como todo contaminante debe estar por debajo de cierto valor establecido por la Normativa Europea. Para el caso del NO2, se debe tener una concentración menor que 400 μg/m3, en un período de un día y, si en una hora, se supera el valor de 200 también deberá darse aviso a la población pues puede causar daños como los descritos previamente en la salud humana. Ante este hecho, los gobiernos están promoviendo diferentes medidas para disminuir las emisiones de este contaminante así como fomentando el uso del transporte público o la bicicleta.
Como se puede comprobar, se trata de un problema importante a escala mundial y, es por ello interesante, el encontrar un método pasivo que pueda alertar de las concentraciones de dióxido de nitrógeno en la atmósfera.
Este TFG se ha concebido como un proyecto de mejora, así el método analítico de medida de óxidos de nitrógeno está basado en el método clásico de Griess-Saltzman en el que el NO2 reacciona con el ácido sulfanílico y la 1-naftiletilendiamina para formar un compuesto de color rosa. La idea es construir un captador pasivo, basado en el principio de los tubos Palmes, en el que los reactivos se encuentren dispersos en un gel de manera que al difundir el NO2 del aire en el seno del gel, éste va coloreándose de rosa en función del tiempo de exposición y de la concentración de NO2 en la atmósfera.
El gel se dispone en unas placas tipo Petri de 3,5 cm de diámetro que proporcionan una gran superficie de exposición del gel.
Como se ha mencionado previamente, la carga de investigación ha sido alta pues se ha tratado de buscar diferentes sustancias y mezclas para la formación de los geles. Esto implica estudiar cada una de las sustancias y su interacción con diferentes compuestos, que en ocasiones conduce a la formación de gel pero en presencia de los reactivos de Griess-Saltzman solo conduce a la desnaturalización de éstos.
En el laboratorio se realizaron pruebas con cinco productos diferentes y se seleccionó uno de ellos para poner a punto un método de determinación de NO2 en la atmósfera y para validarlo comparando los resultados con los valores de concentración horaria de NO2 que facilita la página web del Ayuntamiento de Madrid obtenidos en la Estación de Vigilancia de la Calidad del Aire del Paseo de la Castellana.
El método desarrollado se basa en el empleo de la espectrofotometría UV-Vis para medir la intensidad de color de las gelatinas de las placas en función de la cantidad de NO2 adsorbida en ellas. Se realizó el espectro de todas las muestras consideradas en un rango de 400 a 650 nm, para posteriormente seleccionar el máximo de absorbancia de cada una de ellas y volver a tomar medidas tanto en ese punto como en el de 650 nm.
Se realizaron rectas de calibración empleando patrones de nitrito sódico, que permiten conocer la masa que hay en cada placa relacionándola con la absorbancia.
Se realizaron tres campañas ya en la Estación de Medida de la Calidad del Aire de Castellana y con la ayuda de las rectas de calibración, se calcula la masa de NO2 retenido en cada placa. Aplicando un modelo de difusión basado en la Ley de Fick se relaciona la masa de NO2 retenida en las placas con la concentración de NO2 en la atmósfera. Los resultados obtenidos se comparan con los de la estación para establecer la validez del método.
En la realización de las campañas, se advirtió que la luz solar es un factor que influye en gran medida en la coloración de las gelatinas así como en los valores de absorbancia. Es por esto por lo que también se aplican correcciones debidas a la luz para el cálculo de las concentraciones.
La comparación con los valores de la Estación resulta interesante en muchos aspectos pues, no se trata únicamente de dar validez al modelo planteado, sino que resulta ser también una comparación entre resultados obtenidos mediante métodos pasivos y automáticos.
Una vez realizada la comparación gráfica, se realizó también la comparación mediante el estudio del error para comprobar la validez del nuevo método y para saber si podría incluirse como método alternativo al de referencia, es decir, al de quimioluminiscencia empleado en la Estación de Vigilancia y Medida de la Calidad del Aire del Ayuntamiento de Madrid.
Hay que destacar que este TFG es un proyecto novedoso, en el que habría que considerar aún más parámetros que pueden afectar en la difusión del NO2 en las gelatinas. Se ha podido comprobar que los geles se mantienen estables y sin cambio en su consistencia al menos hasta
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los 36oC, y que la transparencia de los geles también se ha visto mejorada respecto a trabajos anteriores.
Además, el uso de un modelo matemático de difusión da una calidad mayor al trabajo, ya que no se basa únicamente en un estudio experimental de las reacciones de Griess-Saltzman, sino que se busca dar valores reales de concentración y tener aplicabilidad a mayor escala que a la de laboratorio, dando mayor uso a los métodos pasivos que resultan más baratos y fáciles de manejar.
Los resultados obtenidos en este trabajo de fin de grado, constituyen un avance frente a otro TFG anterior en el desarrollo de un método pasivo novedoso para la captura de dióxido de nitrógeno. Aunque se considera que se ha avanzado y los resultados son considerados como satisfactorios, tienen que seguir validándose para poder establecer un método de medida alternativo que sea más robusto y fiable.