Determinación de Hidrocarburos en Suelo

MARCO DAVID LOPEZ SOSA 3° “A”

TSU QUIMICA: AREA TECNOLOGIA AMBIENTA AMBIENTALL

DETERMINACIÓN DE HIDROCARBUROS HIDROCARBUROS EN SUELO INTRODUCCIÓN Una de las consecuencias que ha traído el manejo inadecuado de los materiales peligrosos en las distintas fases de su ciclo de vida, incluyendo cuando se convierten en residuos, ha sido la contaminación contaminaci ón de los suelos y cuerpos de agua. Esta situación puede ser el result ado de su liberación continua al ambiente o de eventos inesperados que se traducen en fugas, derrames, emisiones a la atmósfera o descargas no autorizadas y fuera de control. La pérdida de la fertilidad de los suelos y de la capacidad de biodegradación de los organismos que viven en ellos, como producto de su contaminación, es considerada hoy en día como una de las amenazas más serias para la supervivencia, no tan sólo de la flora y fauna que dependen directamente de tales procesos, sino incluso para los seres humanos, dadas las estrechas interrelaciones entre los diferentes elementos que constituyen los ecosistemas. El crudo de petróleo se caracteriza por ser un líquido negro, viscoso y con una composición química sumamente compleja, pudiendo contener miles de compuestos, básicamente de la familia de los hidrocarburos. Los hidrocarburos componen la familia predominante de compuestos (un 50-98% de la composición), por lo que constituyen uno de los grupos de contaminantes ambientales más importantes, tanto por su abundancia, como por su persistencia en distintos compartimentos ambientales. El crudo de petróleo contiene una mezcla muy compleja de hidrocarburos aromáticos. Esta fracción la componen moléculas que contienen uno o más anillos bencénicos en su estructura. Así encontramos hidrocarburos monoaromáticos (un anillo bencénico), diaromáticos (2 anillos bencénicos) y poliaromáticos (HAPs, con más de dos anillos bencénicos). Para poder medir la concentración de hidrocarburos debemos extraerle al suelo el hidrocarburo. La mayor parte de las técnicas analíticas actuales utilizan, previo a la medición de los hidrocarburos una etapa de extracción con solvente. La extracción aplicada a matric es sólidas, tiene por objeto separar uno o varios componentes de una mezcla sólida por tratamiento con un líquido capaz de disolver algunos de los componentes del sólido y trasladarlos al extracto. La extracción de contaminantes orgánicos en suelos y sedimentos se puede realizar siguiendo distintos métodos propuestos por la USEPA (Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos). Las técnicas que comúnmente se usan son: la extracción asistida por ultrasonidos, extracción Soxhlet, extracción por fluidos supercríticos entre otras. La extracción asistida por ultrasonidos se basa en el principio de cavitación sónica. Consiste en la aplicación de ondas sonoras de alta frecuencia, lo cual genera energía cinética de alta frecuencia por la creación y destrucción de microburbujas. Por otra parte en la extracción Soxhlet el disolvente ebulle en un matraz, sus vapores ascienden por un tubo lateral y condensan en el refrigerante; el condensado gotea sobre el sólido contenido en un cartucho de celulosa. Cuando el disolvente llena la cámara de extracción la solución resultante es sifonada al matraz de destilación, repitiéndose el proceso hasta la extracción total. Los extractos son analizados por cromatografía de gase acoplada a espectrometría de masas.

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HIDROCARBUROS QUE DEBERÁN ANALIZARSE EN FUNCIÓN DEL PRODUCTO CONTAMINANTE PRODUCTO CONTAMINANTE

HIDROCARBUROS FRACCIÓN PESADA

FRACCIÓN MEDIA

HAP

FRACCIÓN LIGERA

BTEX

Mezcla de productos desconocidos derivados del petróleo

X

X

X

X

X

Petróleo crudo

X

X

X

X

X

Combustóleo

X

X

Parafinas

X

X

Petrolatos

X

X

X

X

Gasavión

X

X

Gasolvente

X

X

Gasolinas

X

X

Gas nafta

X

X

Aceites derivados del petróleo Gasóleo

X

X

Diesel

X

X

Turbosina

X

X

Queroseno

X

X

Creosota

X

X

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LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES PARA FRACCIONES DE HIDROCARBUROS EN SUELO FRACCIÓN DE HIDROCARBUROS

USO DE SUELO PREDOMINANTE (mg/kg BASE SECA) Agrícola, forestal, pecuario y de conservación

Residencial y recreativo

MÉTODO ANALÍTICO

Industrial y comercial

Ligera

200

200

500

NMX-AA-105-SCFI-2008

Media

1 200

1 200

5 000


Pesada

3 000

3 000

6 000


LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES PARA HIDROCARBUROS ESPECÍFICOS EN SUELO USO DE SUELO PREDOMINANTE (mg/kg BASE SECA) HIDROCARBUROS ESPECÍFICOS

Agrícola, forestal, pecuario y de conservación

MÉTODO ANALÍTICO

Residencial y Industrial y recreativo comercial

Benceno

6

6

15


Tolueno

40

40

100


Etilbenceno

10

10

25


Xilenos (suma de isómeros)

40

40

100


Benzo[a]pireno

2

2

10


Dibenzo[a,h ]antraceno

2

2

10


Benzo[ a ]antraceno

2

2

10


Benzo[b]fluoranteno

2

2

10


Benzo[k]fluoranteno

8

8

80


Indeno (1 ,2,3-cd)pireno

2

2

10




Para usos de suelo mixto deberá aplicarse el límite máximo permisible más estricto, para los usos de suelo involucrados.

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NÚMERO MÍNIMO DE PUNTOS DE MUESTREO DE ACUERDO CON EL ÁREA CONTAMINADA REA CONTAMINADA (ha)

PUNTOS DE MUESTREO

Hasta 0.1

4

0.2

8

0.3

12

0.4

14

0.5

15

0.6

16

0.7

17

0.8

18

0.9

19

1.0

20

2.0

25

3.0

27

4.0

30

5.0

33

10.0

38

15.0

40

20.0

45

30.0

50

40.0

53

50.0

55

100.0

60

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RECIPIENTES PARA LAS MUESTRAS, TEMPERATURA DE PRESERVACIÓN Y TIEMPO MÁXIMO DE CONSERVACIÓN POR TIPO DE PARÁMETRO

PARÁMETRO

Hidrocarburos Fracción Ligera

TIPO DE RECIPIENTE

Cartucho con contratapa o sello de PTFE, que asegure la integridad de lasmuestras hasta su análisis

BTEX Hidrocarburos Frasco de vidrio boca ancha, concontratapa o sello de PTFE, o HidrocarburosFracción Cartuchocon sello que asegure la integridad delas muestras hasta su Pesada análisis Fracción Media

HAP

TEMPERATURA DE PRESERVACIÓN

TIEMPO MÁXIMO DE CONSERVACIÓN

(°C)

(DÍAS)

4

14

4

14

4

14

4

14

4

14

1. El tiempo máximo de conservación se refiere al lapso que no debe ser excedido desde que se toma la muestra hasta que se realiza la extracción del analito de interés (para el caso de HAP e HFM) o del análisis del mismo (para el caso de HFP, BTEX e HFL).

2. Para el caso de los HAP, las muestras deben protegerse de los efectos de la luz solar mediante algún tipo de envoltura opaca. 3. Cuando la consistencia de la muestra no permita el uso de cartucho, se permitirá el uso de frascos de vidrio de boca ancha, con contratapa o sello de PTFE.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

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Las muestras recibidas en el laboratorio son identificadas y registradas en la bitácora con un número de control, mismas que son almacenadas hasta pasar por el proceso de secado. Las muestras se secan al aire y a la sombra, en bandejas adecuadas, y en un área adecuada para garantizar la contaminación aeración y protección contra las inclemencias del tiempo La muestra es desprovista de toda materia extraña que pueda contener, desmenuzándola y distribuyéndola por toda la superficie de la bandeja, debiendo permanecer en este proceso como mínimo dos días hasta que el técnico determine que ya está seca. Una vez que ya este seca la muestra es molida, teniendo mucho cuidado de no destruir aquellos pequeños nódulos imposibles de eliminar con la mano. Se tamiza por una malla de 1 mm y el volumen total se homogeniza. Si la cantidad de nódulos es considerable, se empleara un rodillo en vez del molino. De las muestras preparadas y homogeneizadas se separan 100 g que se envasan junto con una etiqueta de identificación en el recipiente adecuado.

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PROCEDIMIENTO 1. Secar el crisol o contenedor a 105 ± 5 °C hasta que tenga peso constante. Enfriar en un desecador por lo menos 45 minutos. Determinar la masa del contenedor tapado (m0) con una exactitud de 1 mg. PROY-NMX-AA-146-SCFI-2008 19 2. Usar una espátula para transferir 10,0 g de muestra de suelo en el contenedor tapado. Determinar la masa (m1) con una exactitud de 1 mg. 3. Dejar secar esta muestra durante 16 horas a 105 ± 5 °C. 4. Permitir que la muestra se enfríe en un desecador por lo menos 45 minutos antes de volver a pesar 5. Determinar la masa del contenedor tapado (m2) que contiene la muestra seca con una exactitud de 1 mg. Precaución: La estufa de secado deberá encontrarse en un área con ventilación controlada o dentro de una campana de extracción. El proceso de secado de muestras con concentraciones altas de contaminantes puede producir contaminación en el laboratorio. 6. Extracción por sistema Soxhlet 7. Decantar y descartar cualquier capa de agua presente sobre la muestra. Mezclar la muestra vigorosamente, especialmente las muestras mixtas. Descartar cualquier objeto extraño, como piedras, hojas y varas. 8. Mezclar 10 g de muestra de suelo con 10 g, o con la cantidad necesaria, de sulfato de sodio anhidro, para que fluya como arena en el recipiente, y colocar la mezcla en un cartucho de extracción. El disolvente debe drenar libremente a través del cartucho de extracción. 9. Adicionar 1 mL de la disolución de surrogado a cada muestra blanco, muestra control de laboratorio, matriz adicionada y duplicado de matriz adicionada, justo antes de la extracción o del procesamiento de las muestras. 10. Preparar las muestras de matriz adicionada con la cantidad necesaria de una disolución de adición, para alcanzar una concentración en el extracto final dentro del intervalo de concentración de la curva de calibración. 11. Colocar aproximadamente 300 mL del disolvente de extracción en un matraz de fondo redondo o plano de 500 mL que contenga perlas de ebullición. 12. Conectar el matraz al sistema de extracción y extraer la muestra de 4 a 6 ciclos/hora (aproximadamente de 16 a 24 horas). 13. Permitir que el extracto se enfríe después de que la extracción se complete. 14. Concentrar cada extracto en el sistema disponible (rotavapor o K-D), a una temperatura entre 15 y 20°C arriba del punto de ebullición del disolvente, hasta un volumen final aproximado de 10 mL, retirar el matraz del baño o del bloque de calentamiento y permitir que se enfríe. 15. Concentrar el extracto a 0,5 mL con la ayuda de microcolumnas Snyder de 2 bolas o a 1 mL con corriente de nitrógeno. PROY-NMX-AA-146-SCFI-2008 23 16. Una vez que el extracto esté listo, transferir 1 mL a un vial par a el análisis CG/EM o HPLC. 17. Si el análisis de los extractos no se lleva a cabo inmediatamente, tape el tubo concentrador y refrigere. Si el extracto se almacenara por un periodo mayor a 2 días, éste debe transferirse a un vial con tapa y con cubierta interna de PTFE e identificarse adecuadamente. Tiempo máximo de retención del extracto es de 40 días a 4°C 7



CÁLCULOS Cálculo del porcentaje de masa seca:

Donde:   

mo = masa en gramos del contenedor tapado vacío a peso constante m1 = masa en gramos del contenedor tapado con muestra m2 = masa en gramos del contenedor tapado con la muestra después del proceso de secado

NOTA: La muestra utilizada para la determinación de masa seca debe descartarse una vez que se hizo la determinación y no utilizarse en el proceso de extracción. Cálculo de los factores de respuesta (FR) para cada analito de interés relativos a un estándar interno:

Donde:    

Am = Área del pico (o altura) del analito o del surrogado Aei = Área del pico (o altura) del estándar interno Cm = Concentración del analito o del surrogado en µg/kg Cei = Concentración del estándar interno en µg/k

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Calcular el promedio de los factores de respuesta y la desviación estándar relativa (DER o RSD por sus siglas en inglés) de los factores de respuesta de cada analito de interés, utilizando las siguientes ecuaciones:

Cálculo de la concentración de analitos en la muestra cuando se utiliza estándar interno y factores de respuesta. 

Existen fórmulas equivalentes para el cálculo de la concentración de los analitos y se puede usar cualquier versión encontrada en la literatura, siempre y cuando el laboratorio asegure la adecuada aplicación de la misma para el cálculo de la concentración.

MANEJO DE RESIDUOS

Es responsabilidad del laboratorio cumplir con todos los reglamentos federales, estatales y locales referentes al manejo de residuos, particularmente con las reglas de identificación, almacenamiento y disposición de residuos peligrosos.

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Cada laboratorio debe contemplar, dentro de su Programa de Control de Calidad, el destino final de los residuos generados durante la determinación.



Almacenamiento: El laboratorio debe contar con áreas especiales, que tengan señalamientos adecuados, para almacenar temporalmente las soluciones contaminadas .

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Determinación de Hidrocarburos en Suelo

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