Estudio del material particulado atmosférico pm10 y hollín: caracterización de la fracción orgánica soluble, identificación de las fuentes y evaluación del riesgo para la saludo

Abstract

El material particulado (PM) atmosférico es cualquier sustancia a excepción del agua pura, presente en la atmósfera en estado sólido o líquido. Presenta diferentes diámetros clasificados como "partículas finas" o PM2.5 (diámetro ? 2.5 µm) y "partículas gruesas" entre las que se encuentran las PM10 (diámetro ? 10µm). Es considerado uno de los principales contaminantes por los efectos que provoca sobre el cambio climático a escala global, el deterioro de la calidad del aire a escala local y el efecto pernicioso sobre la salud humana. Se encuentra presente en la atmósfera por emisiones directas, tanto naturales como antropogénicas, o formados en la atmósfera por procesos de conversión de gas a partícula. Las principales fuentes de emisión que elevan las cantidades de material particulado en la atmósfera son las procedentes de emisiones antropogénicas como los procesos de combustión del tráfico, sistemas de calefacción y quema de biomasa que se dan en zonas industrializadas y residenciales. La materia particulada que emerge de estos procesos es el denominado hollín. Este material particulado también se ha encontrado en ambientes interiores y a elevadas concentraciones, debido a las actividades desarrolladas en estos ambientes por los ocupantes. El efecto nocivo que presenta el material particulado atmosférico sobre la salud radica en que éste presenta una fracción orgánica soluble (SOF) adsorbida formada por multitud de compuestos (carbonilos, aldehídos, hidrocarburos alifáticos (AH) como alcanos, alquenos entre otros y los compuestos aromáticos policíclicos (PACs)). Estos últimos son de alto interés y preocupación ya que son clasificados como cancerígenos y mutagénicos. Sin embargo, los hidrocarburos alifáticos son también importantes por su implicación en la formación de aerosoles orgánicos secundarios (SOA) que a su vez están implicados en el cambio climático. Así, en esta tesis, con el fin de comprender los efectos de la contaminación por los compuestos asociados a las partículas y presentes en la SOF, tales como los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) y sus derivados, los hidrocarburos aromáticos policíclicos nitrados (NPAHs) y los hidrocarburos aromáticos policíclicos oxigenados (OPAHs), hidrocarburos alifáticos (alcanos, alcanos ramificados y cicloalcanos) y ácidos alcanoicos, se ha estudiado el material particulado PM10 de un área urbana (Ciudad Real), un área industrial (Puertollano) y el aire interior de viviendas y locales situados en Ciudad Real. También se ha caracterizado la SOF de diferentes tipos de hollines (diésel y biodiésel) generados a partir de la combustión en motores diésel. Para la determinación de los compuestos se ha desarrollado, optimizado y validado una metodología analítica que consiste en la extracción con microondas (MAE) y ultrasonidos de las especies del PM10 y posterior análisis mediante GC-MS/MS como técnica de separación y detección de compuestos. Además, se han empleado otras técnicas menos convencionales como son las de desorción láser (L2MS, HR-LMS, HR-L2MS) y de iones secundarios (SIMS) acoplados a un sistema de detección de iones por tiempo de vuelo (ToF) para confirmar o complementar la caracterización. Entre las ventajas de estas técnicas destaca la pequeña cantidad de muestra que se requiere y la baja manipulación de esta. Se han empleado herramientas estadísticas para identificar el comportamiento atmosférico y procedencias del PM10, así como de sus compuestos adsorbidos y para diferenciar entre la composición de los diferentes hollines evaluando la influencia de los parámetros de generación, recolección y diferentes combustibles. Este estudio demuestra que la calidad del aire en las zonas muestreadas es buena, siendo los riesgos para la salud bajos. La procedencia principal de los PACs son los procesos de combustión como los sistemas de calefacción y el tráfico rodado. El estudio de la composición de PACs en hollines confirma que la fuente origen de los PACs encontrados en el aire ambiente exterior es la combustión de combustibles fósiles. En las partículas de hollín, la composición de la SOF respecto a los PACs y su interacción con el material particulado tienen una fuerte dependencia con las condiciones de recolección, los parámetros de conducción y sistemas post-tratamiento que presenta el motor y el tipo de combustible utilizado. En el área industrial, el complejo petroquímico no ha influido en la concentración de PACs presente en el PM10 durante el tiempo de muestreo. Las fuentes de los AH en esta zona son antropogénicas; emisiones procedentes de la industria petroquímica, tráfico (combustible sin quemar o aceite lubricante) y calefacciones, pero también biogénicas procedentes de las plantas. Por otro lado, el estudio de los PACs y AH identificados y cuantificados en el aire interior demuestra que estos ambientes están influenciados por el aire exterior para los primeros y por fuentes endógenas para los segundos.