Parámetros de Calidad del Aire

El término "contaminación atmosférica" hace referencia a fenómenos en la atmósfera que ocasionan daños, directa o indirectamente, a la salud humana, a los animales, a las plantas o a los materiales. Dado que el aire es el recurso natural que necesitamos de una manera más inmediata, los fenómenos de contaminación atmosférica tienen una enorme trascendencia. La peligrosidad de estos fenómenos explica la necesidad de un control estricto de las emisiones sustancias que puedan ser responsables de los mismos, de sus niveles en el medio ambiente atmosférico, y de la vigilancia de su evolución en el entorno.

Los parámetros de calidad del aire que se monitorizan en las unidades de REPICA y en los laboratorios analíticos de la misma, todos ellos indicativos de la calidad del aire en el entorno.

Todos estos parámetros se encuentran contemplados en la normativa europea y española sobre calidad del aire ambiente, que se encuentra en la sección "Legislación" de esta Web.

A continuación se presenta un breve comentario acerca de las características y efectos de los contaminantes atmosféricos que se vigilan desde REPICA.

Monóxido de carbono (CO)

¿Qué es?
El monóxido de carbono es un gas incoloro e inodoro, más ligero que el aire, formado por un átomo de carbono y uno de oxígeno, que se produce por la combustión incompleta del carbono en ambientes pobres en oxígeno, tales como un motor de explosión, una habitación cerrada o el centro de una gran ciudad. Su fórmula química es CO.

Fuentes de emisión
La principal fuente de emisión antropogénica de CO a la atmósfera la constituyen los motores de explosión. De hecho, la normativa de inspección técnica de vehículos contempla el control de la emisión de este gas por el escape. Son también habituales los envenenamientos de CO producidos por un mal funcionamiento de hornos y calentadores domésticos. El CO se produce en todo proceso que implique una combustión incompleta, por eso hay que tener un especial cuidado con el empleo de estufas poco eficientes en lugares mal ventilados.

Principales efectos
En la sangre existe una sustancia llamada hemoglobina encargada de transportar el oxígeno. El CO se une de forma irreversible a esta sustancia, desplazando al oxígeno, por lo que un aumento de la concentración de CO en el aire provoca asfixia. Los primeros síntomas son los dolores de cabeza y problemas repiratorios, hasta llegar a la pérdida de consciencia y la muerte por asfixia, dependiendo del nivel de concentración y del tiempo de exposición.

¿Cómo se mide?
La concentración de CO en el aire ambiente se mide mediante un analizador automático basado en la absorción de radiación infrarroja por parte de la molécula de CO.
Dióxido de azufre (SO₂)

¿Qué es?
El dióxido de azufre es un gas incoloro, de olor picante muy característico, más pesado que el aire, formado por un átomo de azufre y dos de oxígeno. Se produce por la combustión del azufre. Su fórmula química es SO₂.

Fuentes de emisión
Una de las principales fuentes de emisión humana de SO₂ en la atmósfera es la combustión del carbón y de otros combustibles fósiles como la gasolina o el fuel oil, ya que éstos (especialmente el carbón) llevan siempre un cierto contenido de azufre. Esta combustión se produce principalmente en centrales térmicas, en motores de explosión y en sistemas de calefacción. Se producen también cantidades notables de SO₂ en la metalurgia de metales cuya mena es el sulfuro, como el hierro, el cobre o el níquel. Existen también fuentes naturales de generación de SO₂, como las erupciones volcánicas.

Principales efectos
El SO₂ es un irritante pulmonar que resulta muy perjudicial para la salud humana, especialmente los colectivos más vulnerables como los niños o los ancianos, o las personas con problemas respiratorios. Por otra parte, el SO₂ emitido se oxida en la atmósfera hasta trióxido de azufre, SO₃, y éste se combina con agua para generar ácido sulfúrico, H₂SO₄, que es uno de los ingredientes principales de la lluvia ácida. Los aerosoles de ácido sulfúrico provocan un efecto tóxico directo sobre los seres vivos. La lluvia ácida, que consiste en la caída de lluvia con un pH significativamente inferior al pH natural, tiene efectos medioambientales devastadores, como la deforestación y los desequlibrios químicos en el suelo y en las aguas (ríos y lagos) a causa de la acidificación. Provoca también el deterioro de los materiales, como la destrucción de obras de arte de mármol que se encuentran al aire libre, ya que el ácido sulfúrico disuelve el carbonato cálcico del que están construidas.

¿Cómo se mide?
Lla concentración de SO₂ se mide mediante un analizador automático basado en la emisión de radiación fluorescente por parte de la molécula de SO₂.
Partículas en suspensión (PM₁₀, PM_2.5)

¿Qué es?
Se trata del material sólido suspendido en la atmósfera, en forma de polvo o de humos. Resulta ser la forma más llamativa de contaminación atmosférica, porque se observa a simple vista. Los componentes inorgánicos más comunes de los humos son sales como sulfatos, nitratos, silicatos etc. de elementos diversos como los alcalinos, alcalinotérreos, metales moderadamente tóxicos como el hierro, el aluminio, el cobre, el cinc, y metales pesados de carácter tóxico como el plomo, el mercurio, el cadmio, etc. Entre los componentes orgánicos, los más peligrosos son los hidrocarburos policíclicos aromáticos, y otros hidrocarburos como los alquitranes (humo del tabaco).

Fuentes de emisión
El material sólido suspendido en la atmósfera tiene origen natural y humano. La contribución relativa de ambas fuentes es muy variable en función de las condiciones del entorno. Como fuentes humanas más importantes pueden citarse los procesos de combustión en motores de explosión, incineradoras, centrales térmicas, fábricas que implican el empleo de hornos, y también muchos otros procesos industriales, como los relacionados con la minería, la metalurgia, la fabricación de cemento, etc. En la Naturaleza existen importantes fuentes de material en suspensión atmosférico, como los incendios forestales, las erupciones volcánicas, el aerosol marino, o los vientos que arrastran material desde el suelo, especialmente en zonas desérticas.

Principales efectos
El material en suspensión es un vehículo de entrada en los pulmones de numerosas sustancias tóxicas, provocando diversas enfermedades pulmonares que van desde el asma hasta el cáncer de pulmón. Por otra parte, las partículas sólidas en el aire actúan también adsorbiendo otros contaminantes sobre ellas, que de esta forma son inspirados y quedan atrapados en los pulmones provocando intoxicaciones crónicas. Las partículas sólidas con carga tóxica tienen también efectos negativos sobre las plantas. La peligrosidad de las partículas en suspensión es mayor cuanto menor es su tamaño, porque atraviesan más fácilmente las mucosas que actúan como filtros del sistema respiratorio.

¿Cómo se mide?
En la unidades de vigilancia de la red, se evalúa continuamente la concentración de partículas de menos de 10 micrometros (PM₁₀), de menos de 2,5 micrometros (PM_2,5), y de menos de 1 micrometro (PM₁) mediante analizadores basados en medidas de dispersión láser y atenuación beta. Además, se recogen diariamente muestras de partículas sobre filtros que se analizan gravimétricamente en los laboratorios del Departamento de Química Analítica de la UEx, según la norma UNE-EN 12341, para determinar de manera oficial el contenido de PM₁₀ y PM_2.5.
Óxidos de nitrógeno (NO, NO₂)

¿Qué son?
El nitrógeno puede reaccionar con el oxígeno para formar diversos óxidos, pero los más importantes a efectos ambientales son el monóxido, de fórmula NO, y el dióxido, de fórmula NO₂, que se forman por oxidación del nitrógeno molecular, N₂. El NO es un gas incoloro, fuertemente irritante por inhalación. Se oxida rápidamente en el aire para formar NO₂. El NO₂ es un gas rojo pardo, tóxico por inhalación.

Fuentes de emisión
Las principales fuentes humanas de generación de óxidos de nitrógeno se deben a la combustión de carbón, fuel oil, gasolinas y otros combustibles fósiles en motores y calderas, debido a la reacción del nitrógeno del aire que alimenta la combustión, y del nitrógeno orgánico presente en el combustible. Aunque el nitrógeno es un gas inerte, las elevadas temperaturas que se alcanzan hacen que una pequeña parte reaccione con el oxígeno para formar los óxidos, principalmente el monóxido, que se oxida rápidamente a dióxido. Las fuentes naturales de NO y NO₂ son los procesos biológicos en los suelos y las tormentas eléctricas.

Principales efectos
Los óxidos de nitrógeno provocan o agravan las enfermedades respiratorias, siendo el NO₂ unas cuatro veces más tóxico que el NO. Son precursores de la lluvia ácida (ver la sección "Dióxido de azufre"), porque se oxidan en la atmósfera hasta ácido nítrico, HNO₃. Por otra parte, participan junto con las partículas en suspensión y los compuestos orgánicos volátiles en la generación de episodios de contaminación urbana (smog).

¿Cómo se mide?
La concentración de NO y de NO₂ se mide mediante un analizador automático basado en la emisión qumioluminiscente.
Ozono troposférico (O₃)

¿Qué es?
El ozono es un gas de color azul y olor picante, formado por tres átomos de oxígeno, de fórmula química O₃. Químicamente es un gas muy reactivo, con fuerte carácter oxidante. Desde el punto de vista ambiental es importante distinguir entre el ozono estratosférico y el ozono troposférico. En la estratosfera (capa alta de la atmósfera, situada entre los 10 y los 50 km de altitud) forma la llamada capa de ozono, que protege a la superficie terrestre de la radiación ultravioleta del sol. En la troposfera (capa baja de la atmósfera, en contacto con la superficie de la Tierra) se forma como resultado de las reacciones químicas de sus precursores, catalizadas por la radiación solar y la temperatura, y constituye un factor potencial de contaminación en el medio urbano. Cabe así hablar del "ozono bueno" (estratosférico) y del "ozono malo" (troposférico). En lo siguiente nos referimos a este último, que es el que se evalúa como parámetro de calidad del aire ambiente en las unidades de REPICA.

Fuentes de emisión
El ozono es un contaminante secundario, que se forma en la atmósfera urbana durante los episodios de contaminación (smog) a partir de contaminantes primarios como las partículas en suspensión, los óxidos de nitrógeno o los compuestos orgánicos volátiles (ver las secciones correspondientes). Estos contaminantes, que actúan como precursores del ozono, se producen en áreas urbanas e industriales, aunque son las zonas suburbanas y rurales las que más sufren los efectos de la contaminación por ozono. Las principales fuentes naturales de ozono en la troposfera son las intrusiones de aire estratosférico y las tormentas con aparato eléctrico. También se estudia la formación natural de ozono en zonas rurales a partir de precursores naturales como los compuestos orgánicos volátiles emitidos por la vegetación.

Principales efectos
El ozono troposférico es como se ha indicado más arriba un agente químico muy reactivo, que causa en los seres humanos problemas respiratorios, irritación ocular, dolor de cabeza y sequedad en la garganta, síntomas típicos en situaciones de smog intenso. Por otra parte, interfiere en la fotosíntesis de las plantas, alterando la productividad agrícola y la vegetación natural. También tiene efectos destructivos sobre materiales como el caucho (neumáticos) y elementos de construcción y ornamento. Además, el ozono troposférico contribuye significativamente a la intensificación del efecto invernadero que favorece una elevación de la temperatura del planeta, debido a la absorción de radiación por parte de determinados gases presentes en la atmósfera.

¿Cómo se mide?
La concentración de O₃ se mide mediante un analizador automático basado en la absorción de radiación ultravioleta por parte de las moléculas de ozono.
Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs)

¿Qué son?
Son compuestos químicos de estructuras diversas, formados mayoritariamente por carbono e hidrógeno, y en menor medida por otros elementos como el oxígeno, el nitrógeno o el azufre. En su mayoría son derivados del petróleo y del carbón, pero también se generan en la combustión y degradación de la materia orgánica, como la madera. Como compuestos orgánicos volátiles representativos, REPICA vigila las concentraciones del benceno, tolueno, xileno, metano y otros hidrocarburos ligeros. El benceno es un hidrocarburo cíclico, derivado del petróleo, que está constituido por una estructura de seis átomos de carbono. A cada átomo de carbono se encuentra enlazado un átomo de hidrógeno. Su fórmula química es C₆H₆. El tolueno se obtiene al sustituir un átomo de hidrógeno del benceno por un grupo metilo, CH₃, por lo que su fórmula química es C₆H₅- CH₃. El xileno se obtiene al sustituir un segundo átomo de hidrógeno del benceno. Su fórmula química es por tanto C₆H₄ (CH₃)_2..El metano tiene fórmula CH₄.Es más ligero que el aire, incoloro, inodoro, no tóxico (asfixiante simple) e inflamable.

Fuentes de emisión
Los hidrocarburos se emplean como combustibles y como materias primas de síntesis de numerosísimos productos industriales, entre ellos los plásticos. El benceno y el tolueno presentes en la atmósfera proceden principalmente de emisiones provocadas por la actividad humana en las ciudades. La fuente más común es el uso del automóvil en las ciudades, la evaporación de gasolinas y gasóleos, la producción de diferentes compuestos químicos, las emisiones procedentes de la combustión incompleta del carbón y de productos derivados del petróleo, y la manufactura de pinturas o su utilización por cualquier tipo de industria. También se detectan emisiones de estos compuestos en vertederos de residuos sólidos de media y alta densidad. Los xilenos son disolventes químicos con un gran número de aplicaciones. La industria química produce xileno a partir del petróleo y en muy pequeñas cantidades a partir de destilados del carbón. Es un producto que está presente de forma natural en los crudos petrolíficos y en el alquitrán de carbón siendo emitido en los incendios forestales. El xileno tiene tres isómeros (orto, meta y para) que se encuentran mezclados en el xileno comercial y en pequeñas cantidades en otros disolventes como benceno, tolueno o etilbenceno. Normalmente se utiliza como disolvente de pinturas y barnices, siendo ésta una de las principales fuentes de emisión a la atmósfera. También forma parte de los combustibles de automoción y aviación, debido a su fácil evaporación y combustión, siendo la evaporación del combustible otra fuente importante de emisión.

Principales efectos
El benceno es un compuesto clasificado por la Agencia Internacional de Investigación sobre el Cáncer como carcinógeno del Grupo 1, lo que significa que existe suficiente evidencia científica para probar una relación positiva entre la exposición al tóxico y el desarrollo de cáncer. Más específicamente, se ha encontrado que los trabajadores expuestos al benceno tienen una mayor probabilidad de desarrollar leucemia aguda que la población en general. Asimismo, se sabe que el benceno tiene efectos hematológicos, inmunológicos y sobre el sistema nervioso central. Las exposiciones a tolueno, ya sean exposiciones agudas en un corto periodo de tiempo o algo más prolongadas, afectan directamente al sistema nervioso central. Algunos síntomas que pueden aparecer son fatiga, somnolencia, jaquecas y náuseas. Cuando la exposición al tolueno es prolongada, debido por ejemplo a motivos laborales por la utilización del tolueno como disolvente primario se puede producir una irritación crónica del tracto respiratorio superior, irritación ocular, nauseas, jaquecas y dificultad para conciliar el sueño. La exposición al xileno suele ocurrir normalmente sobre personas que están expuestas a él por motivos laborales ya que su presencia en la atmósfera no es elevada. La exposición de personas a concentraciones elevadas de xileno da lugar a la aparición de irritación ocular, enrojecimiento de la piel, y dificultad respiratoria. Además en el caso de mujeres embarazadas puede ocasionar efectos negativos sobre el feto. El metano es un asfixiante simple. Todos ellos son precursores del smog. El metano contribuyre significativamente al efecto invernadero.

¿Cómo se mide?
La concentración de benceno, tolueno, xileno, metano y otros hidrocarburos volátiles en el aire ambiente se evalúa en las unidades de REPICA mediante un analizador automático basado en la cromatografía de gases.
Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs)

¿Qué son?
Son compuestos químicos semivolatiles constituidos por anillos bencénicos fusionados. En su mayoría son derivados del petróleo y del carbón, pero también se generan en la combustión y degradación de la materia orgánica, como la madera. REPICA vigila las concentraciones de benzopireno y otros HAP relevantes.

Fuentes de emisión
Las fuentes de emisión de los hidrocarburos aromáticos policíclicos son similares a las descritas para los compuestos orgánicos volátiles.

Principales efectos
Según los resultados de numerosas investigaciones científicas, los hidrocaburos aromáticos policíclicos son agentes cancerígenos.

¿Cómo se mide?
La concentración de hidrocarburos aromáticos policíclicos se evalúa sobre la fracción de las partículas en suspensión. Las muestras se trasladan al laboratorio, se extraen los HAP mediante un disolvente, y se analiza el extracto por cromatografía de líquidos de alta resolución con detector de fluorescencia.
Metales Pesados

¿Qué es?
Bajo la denominación de metales pesados se engloban diversos elementos químicos potencialmente tóxicos. En las muestras atmosféricas se analizan el plomo, el cadmio, el arsénico, el mercurio y el níquel.

Fuentes de emisión
Los metales pesados se enuentran de forma natural en la corteza terrestre, desde la cual se pueden emitir al aire por causas naturales o antropogénicas (minería y procesamiento industrial para la fabricación de multitud de productos).

Principales efectos
La exposición a los metales pesados provoca un gamade efectos sobre la salud que van desde los trastronos leves hasta graves enfermedades. Por ejemplo, la exposición al plomo es especialmente peligrosa en niños y en fetos en desarrollo, provocando nacimientos prematuros, enanismo, deficiencias mentales, dificultad de aprendizaje y talla reducida en niños y adolescentes. Los metales pesados no se degradan en el medio ambiente, por lo que las emisiones continuadas se traducen en una elevación paulatina de sus niveles en las muestras ambientales.

¿Cómo se mide?
La concentración demetales pesados en el aire ambiente se evalúa en los laboratorios del Departamento de Química Analítica de la UEx, a partir de las muestras de partículas en suspensión recogidas en las unidades de la red. El procedimiento, consiste en la digestión ácida de las muestras, activada por microondas, seguida de la medida por espectroscopía de plasma acoplado por inducción con detección de masa (ICP-MS).