Publicación Cuatrimestral. Vol. 2, Año 2017, N
o
1 (1-14).
DETERMINACIÓN DE IONES SOLUBLES EN PARTÍCULAS
ATMOSFÉRICAS INHALABLES (PM
10
) POR CROMATOGRAFÍA
IÓNICA EN MARACAIBO, VENEZUELA
Dra. Yulixis Cano
1,2*
, Dr. José A. Morales
2
, MSc. Beatriz Sosa de Borrego
2
, Dra. Ligbel
Sánchez
2
, MSc. Harvi Velásquez
2
, Dr. Julio Torres
1
, Lic. Brinolfo Montilla
2
1
Laboratorio de Ciencias Ambientales, Departamento de Química, Instituto de Ciencias Básicas, Universidad
Técnica de Manabí, Portoviejo, Ecuador.
2
Laboratorio de Química Ambiental, Departamento de Química,
Facultad Experimental de Ciencias, Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela.
*Autor para la correspondencia. Email: ycano@utm.edu.ec
Recibido: 10-1-2017 / Aceptado: 21-3-2017
RESUMEN
En este trabajo se evaluaron las concentraciones de los iones solubles en agua en las partículas inhalables
(PM
10
) usando cromatografía iónica. Para el análisis de Cl
-
, NO
3
-
, SO
4
2-
, PO
4
3-
, Na
+
, K
+
, Ca
2+
y Mg
2+
en
partículas inhalables colectadas en la ciudad de Maracaibo (Venezuela) se utilizó la técnica de cromatografía
iónica (CI) con un sistema con un sistema DIONEX modelo 2000i/sp. El análisis por CI fue comparado con
los valores obtenidos por la técnica de ICP-OES. Los resultados por CI están muy cercanos a los obtenidos
por ICP-OES y es una excelente alternativa confiable y exacta para el análisis de cationes en partículas
atmosféricas. Los altos niveles de sulfato, nitrato y cloruro encontrados podrían estar relacionados con
importantes emisiones de la industria petrolera, petroquímica; y el tráfico automotor en la atmósfera de la
ciudad. Al comparar las concentraciones de los iones evaluados en este estudio con las zonas rurales de
Venezuela y el mundo revelo que estos son alrededor de 10 veces más altos. Las concentraciones de los
iones evaluados en Maracaibo fueron similares a los reportados en La Concepción (Venezuela) y Heredia
(Costa Rica). Sin embargo, los valores reportados para ciudades como Ahváz (Irán), Shanghai (China) y
Haungshi (China), son aproximadamente de 2 a 10 veces mayores que en este estudio.
Palabras clave: PM
10
, partículas atmosféricas, aniones y cationes.
DETERMINATION OF IONS IN INHALABLE AIRBORNE
PARTICLES (PM
10
) BY ION CHROMATOGRAPHY OF
MARACAIBO CITY, VENEZUELA
ABSTRACT
In this work concentrations of water soluble ions in inhalable particles (PM
10
) were evaluated using ion
chromatography. For the analysis of Cl
-
, NO
3
-
, SO
4
2-
, PO
4
3-
and Na
+
, K
+
, Ca
2+
, Mg
2+
in inhalable particles
collected in Maracaibo (Venezuela) the ion chromatography (IC) technique was used with a DIONEX model
2000i / sp system. The analysis by IC of metallic cations was compared with the values obtained by ICP-OES
techniques. The results by IC closely agreed with those obtained by ICP–OES and this excellent alternative
technique enabled accurate and reliable analysis of cations in atmospheric particles. The high levels of sulfate,
nitrate and chloride found could be related to important emissions from the petroleum, petrochemical industry;
and automotive traffic in the atmosphere of the city. Comparing the concentrations of ions evaluated in this
Ciencias
Químicas
Artículo de Investigación
Dra. Yulixis Cano y col.
2
study with rural areas of Venezuela and the world revealed that these are about 10 times higher. The
concentrations of ions evaluated in Maracaibo were similar to those reported in La Concepción (Venezuela)
and Heredia (Costa Rica). However, reported values for cities like Ahváz (Iran), Shanghai (China) and
Haungshi (China), are approximately 2 to 10 times higher than in this study.
Key words: PM
10
, atmospheric aerosols, anions and cations.
1. INTRODUCCIÓN
En años recientes se ha incrementado el interés en la realización de estudios sobre material
particulado atmosférico debido a su importante influencia en el clima y los efectos adversos
que causa en la salud humana. Las partículas atmosféricas consisten en dos clases
principales: las partículas con un tamaño relativamente grande que son rápidamente
sedimentables, y las partículas más pequeñas las cuales permanecen suspendidas por
largos períodos de tiempo y pueden ser transportadas a largas distancias bajo condiciones
meteorológicas favorables (van Zelm y col., 2008). Entre estas últimas se encuentran las
partículas atmosféricas con un diámetro aerodinámico menor de 10 µm, las cuales se
denominan partículas inhalables (PM
10
), estás constituyen un componente importante del
aerosol atmosférico y son consideradas contaminantes principales en las áreas urbanas.
Las emisiones antropogénicas de diversos elementos dentro de la atmósfera es un
problema que se ha incrementado en la sociedad moderna, como por ejemplo las
actividades industriales, producción de energía, tratamiento de aguas residuales, emisiones
vehiculares, como naturales (erosión de los suelos, polvos minerales, erupciones
volcánicas, aerosol marino, partículas biogénicas, entre otras) que introducen a la
atmósfera gran cantidad de contaminantes (Caumoa y col., 2016, Fukai y col., 2007,
Galindo y Yubero, 2017, Jacob y col., 2009). La composición de partículas atmosféricas
está influenciada por un equilibrio entre las fuentes emisoras, las transformaciones
químicas en la atmósfera, los efectos del transporte a largas distancias y los procesos de
remoción (EPA 2010). Se ha determinado que las áreas tropicales juegan un papel
importante en la química de la atmósfera de la tierra y se conoce muy poco sobre la
composición química de las partículas suspendidas en la atmósfera tropical de Venezuela,
por ende es importante realizar este tipo de evaluaciones (Jacob y col., 2009, Morales y
col., 1998, Pacheco y col., 2005, Tai-Yi 2010).
Una fracción importante de las partículas suspendidas en la atmósfera consiste de iones
inorgánicos solubles en agua, principalmente nitrato (NO
3
-
), sulfato (SO
4
2-
), sodio (Na
+
),
potasio (K
+
), calcio (Ca
2+
) y magnesio (Mg
2+
), todos relacionados con el ciclo de nutrientes
(Caumoa y col., 2016, Jacob y Winner, 2009, Pacheco y col., 2005, Sanhueza y Rondon,
Determinación de iones solubles en partículas atmosféricas inhalables (PM
10
) por Cromatografía iónica en
Maracaibo, Venezuela
Instituto de Ciencias Básicas. Universidad Técnica de Manabí. Portoviejo-Ecuador 3
1998, Saxena y col., 2017, Tai-Yi, 2010). La cromatografía iónica (CI) se ha establecido
como una técnica analítica importante para la determinación de iones inorgánicos en aguas
ambientales, tales como el agua potable, aguas residuales y extractos acuosos sólidos;
debido a sus múltiples ventajas, como por ejemplo, la velocidad en los análisis y la
posibilidad de realizar determinaciones sensibles y exactas de varios iones en una sola
corrida, altamente sensible, presenta muy pocas interferencias y usa volúmenes muy bajos
de muestras (L).
La CI consiste en la competencia de los iones (cationes o aniones) de las muestras a
analizar con los de la fase móvil utilizada por los sitios activos de la resina (columna
cromatográfica). El proceso de intercambio iónico puede ser ilustrado tomando como
ejemplo el intercambio aniónico y la columna se representa como M
+
E
-
, donde M+ denota
la resina y E
-
representa el contra-ión. Al entrar en contacto una solución que contenga un
anión diferente, denominado A
-
, con la resina, se establece el siguiente equilibrio:
M
+
E
-
+ A
-
⇆ M
+
A
-
+ E
-
Este intercambio es estequiométrico, es decir, un ion monovalente desplaza un contra-ion
monovalente. La selectividad en las separaciones cromatográficas depende de varios
factores, siendo los más importantes: la carga, el tamaño del ion y la afinidad del mismo
con la resina de intercambio iónico (Galindo y Yubero, 2017, Shahid y col., 2016, Zamora y
col., 2016).
El objetivo principal de este trabajo fue determinar las concentraciones de los iones solubles
en agua en las partículas atmosféricas PM
10
(<10 µm) usando cromatografía iónica y
comparar los niveles de concentración de los iones evaluados en las PM
10
en función de
los valores reportados en otros sitios de Venezuela y el mundo.
2. PARTE EXPERIMENTAL
2.1. Descripción de los sitios de muestreo
La ciudad de Maracaibo se encuentra situada geográficamente en la costa occidental del
Lago de Maracaibo frente a la bahía de El Tablazo en el Estado Zulia, entre las siguientes
coordenadas: 10º31’ - 10º46’ de latitud norte y 71º35’ - 71º97’ de longitud oeste. Tiene una
población aproximada de 1,8 millones de habitantes y una superficie de 1.543 km
2
. Se han
identificado posibles fuentes de emisiones antropogénicas importantes vientos arriba de
los sitios de muestreo tales como las refinerías de Amuay y Cardón y probablemente las
Dra. Yulixis Cano y col.
4
de Aruba y Curazao, el complejo petroquímico El Tablazo (plantas de amoníaco y de cloro-
soda) ubicado en la Costa Occidental del Lago de Maracaibo, y emisiones de industrias
medianas locales: una planta de cemento y una planta termoeléctrica. Como se puede
observar en la Figura 1 se presentan los sitios de recolección de muestras seleccionados,
los mismos se ubicaron en las zonas norte y sur de la ciudad de Maracaibo, con distancia
aproximada de 17 km entre ambos sitios.
Figura 1. Mapa de la ciudad de Maracaibo, Estado Zulia (Venezuela) con los sitios de
recolección de muestras: ZN (Zona Norte) y ZS (Zona Sur).
Las características climáticas de Maracaibo corresponden a las de la zona norte costera
de la cuenca del Lago de Maracaibo, la cual está rodeada en su mayor parte por cordilleras
con un solo lado abierto hacia el norte, presenta un clima seco y caliente con una
precipitación aproximada de 400 mm por año. El régimen anual de precipitaciones presenta
dos máximos en mayo-junio y octubre y dos mínimos en marzo y julio-agosto (Velásquez,
Ramón 2003). El promedio anual de temperatura es aproximadamente 29°C. El sistema de
vientos está constituido por dos tipos de vientos: los alisios provenientes del noreste y los
locales que resultan del calentamiento desigual de las masas de agua y de tierra
Determinación de iones solubles en partículas atmosféricas inhalables (PM
10
) por Cromatografía iónica en
Maracaibo, Venezuela
Instituto de Ciencias Básicas. Universidad Técnica de Manabí. Portoviejo-Ecuador 5
durante el día. La dirección predominante de los vientos es norte-noreste (NNE) (López y
col., 2010).
2.2. Recolección y extracción de muestras
Para la recolección de las partículas inhalables se emplearon equipos recolectores de alto
volumen para PM
10
, Graseby Andersen GMW10, ubicados en los dos sitios de recolección
de muestras (Ver Figura 1). Las muestras se colectaron sobre filtros de microfibra de
cuarzo, durante aproximadamente 24 horas con una velocidad de flujo de 40 pies
3
/min,
entre los meses de marzo y octubre del 2000, con una frecuencia de recolección de una
muestra por semana (Gaceta Oficial N
o
4.899, 1995), para un total de muestras de PM
10
igual a 39 en la zona norte y 35 en la zona sur. Los filtros se estabilizaron a las condiciones
ambientales del laboratorio durante 24 horas, antes y después de la recolección de las
muestras. Luego fueron pesados con una balanza analítica (marca Sartorius Analytic,
modelo: AC 210S-00v1A), de precisión y exactitud adecuada (0,00001 g). Los mismos se
guardaron en bolsas plásticas herméticas cerradas e identificadas. Para disminuir las
posibles interferencias debido a impurezas que se pudiesen presentar se prepararon
blancos, tomando 22 filtros no expuestos seleccionados al azar del lote de filtros utilizados
para la recolección de las muestras. Se realizó una extracción acuosa en caliente a un
cuarto de filtro, aplicando agitación mecánica por media hora. Una fracción fue preservada
con cloroformo (CHCl
3
) para el análisis de los aniones: cloruro (Cl
-
), nitrato (NO
3
-
), sulfato
(SO
4
2-
) y fosfato (H
2
PO
4
-
) y la otra fracción se preservó con ácido nítrico (HNO
3
) para el
análisis de los cationes: sodio (Na
+
), potasio (K
+
), calcio (Ca
2+
) y magnesio (Mg
2+
), se
usaron envases de polietileno y se refrigeraron a 4°C hasta el análisis (Sanhueza y col.,
2005; Morales y col., 1998).
2.3. Instrumentación y condiciones experimentales
Se analizaron un total de 74 muestras de PM
10
(39 en la zona norte y 35 en la zona sur) y
los 22 filtros no expuestos (blancos) usando un cromatógrafo iónico Dionex 2000i/sp,
equipado con una bomba isocrática, válvula inyección de alta presión con un volumen de
inyección de 10 µL y un detector de conductividad (CDM-2). Se usaron las columnas
analíticas Ionpac AS14 y CS12A con guarda columnas AG14 y CG12A para aniones y
cationes, respectivamente. Los eluyentes usados fueron Na
2
CO
3
3,5 mM, NaHCO
3
1,0 mM
para aniones y H
2
SO
4
22 mM para cationes (flujos 1 y 0,5 ml/min, respectivamente) y agua
desionizada como regenerante (flujo 2 ml/min). La escala de conductividad fue de 30 µS.
Para el análisis de los metales por la técnica analítica ICP-OES se usó un sistema Optima
Dra. Yulixis Cano y col.
6
3000XL, equipado con un generador de energía de radiofrecuencia (1,3 KW) y un
nebulizador de flujo cruzado. Se usó Argón para la formación del plasma (15,0 L/min), como
gas auxiliar (0,5 L/min) y de arrastre (0,8 L/min), metodología ampliamente reportada
(Sánchez y col., 2009; Morales y col., 1998).
2.4. Reactivos
Todos los reactivos usados fueron de alta-pureza. Las soluciones estándar para aniones
se prepararon usando sales de sodio de: cloruro (Riedel-de Haën, Seelze-Hannover,
Alemania), nitrato, fosfato y sulfato (Merck, Darmstadt, Alemania); se disolvieron en agua
desionizada (1000 mg/L) y se preservaron con CHCl
3
. Las soluciones estándar para los
cationes fueron preparadas diluyendo stock comerciales de 1000 mg/L de cada metal (Na
+
,
K
+
, Ca
2+
y Mg
2+
) en 2% HNO
3
(Merck, Darmstadt, Alemania). Todos los estándares y las
muestras se preservaron de igual forma (Sánchez y col., 2009, Morales y col., 1998). El
análisis estadístico realizado a los valores obtenidos de los iones en PM
10
consistió en
determinar: media aritmética (valor más probable), desviación estándar (DE, dispersión de
los valores obtenidos), el factor de correlación (r) entre datos, su nivel de significancia (p) y
la comparación entre las medias obtenidas para establecer diferencias significativas; las
diferencias se consideraron significativas a p < 0,05 (95% de confianza). Los cálculos se
realizaron usando el paquete estadístico Statgraphics X64 para Windows 7 y se trabajó en
hojas de cálculo del programa Microsoft Excel.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Identificación y cuantificación
En las Figuras 1 y 2 se presentan la resolución y el tiempo de análisis para: solución
estándar, un extracto de particulado atmosférico PM
10
, un blanco (filtro no expuesto) y un
material de referencia (SLRS-3), este último solo en la Figura 2.
El comportamiento típico para todas las muestras se puede observar en las Figuras 1 y 2,
obteniéndose adecuada separación entre cada pico lo que indica una buena resolución
(picos simétricos, no ensanchados) y muy buena reproducibilidad (el mismo tiempo de
retención), con resultados en menos de 20 min para los aniones y cationes. El cloruro,
sulfato y nitrato son los aniones principales en las partículas atmosféricas. Se observó que
el fosfato está presente en concentraciones muy bajas.
Determinación de iones solubles en partículas atmosféricas inhalables (PM
10
) por Cromatografía iónica en
Maracaibo, Venezuela
Instituto de Ciencias Básicas. Universidad Técnica de Manabí. Portoviejo-Ecuador 7
Figura 1. Separación de aniones: cloruro, nitrato, fosfato y sulfato en una columna Dionex
AS14: (a) solución estándar (µg/mL), (b) extracto de particulado atmosférico PM
10
, (c)
blanco.
Dra. Yulixis Cano y col.
8
Figura 2. Separación de cationes: sodio, potasio, magnesio y calcio en una columna Dionex
CS12A: (a) solución estándar (µg/mL), (b) extracto de particulado atmosférico PM
10
, (c)
material de referencia SLRS-3.
Se emplearon curvas de calibrado para soluciones estándar mixta de aniones y cationes a
diferentes rangos de concentración (0,2-20 mg/L), las cuales presentaron una buena
linealidad (R
2
= 0,9995-0,9999; n =12). El límite de detección (LD, mg/L) de cada ion se
calculó tomando en cuenta tres veces la desviación estándar (DE) del blanco (n = 22 filtros
no expuestos) inyectado siete (7) veces, las concentraciones mínimas detectadas para los
iones fueron 0,07 mg/L (Cl
-
), 0,03 mg/L (NO
3
-
), 0,003 mg/L (H
2
PO
4
-
), 0,03 mg/L (Na
+
), 0,17
mg/L (K
+
), 0,002 mg/L (Mg
2+
) y 0,02 mg/L (Ca
2+
). Las desviaciones estándar relativas
obtenidas (n = 7) para cuatro muestras reales y cuatro soluciones estándar mostraron una
buena reproducibilidad (DER<5%) para los iones analizados (Galindo y Yubero, 2017,
Morales y col., 1998, Shahid y col., 2016).
3.2. Precisión y exactitud del análisis de aniones
En la Tabla 1 se presentan las desviaciones estándar relativas y porcentajes de
recuperación obtenidos para un material de referencia SLRS-3. La precisión se determinó
inyectando siete veces la solución de la muestra certificada. La validación de los datos
según el esquema de análisis de los aniones, se confirmó por los resultados de
recuperación (99 ± 2%) y la buena reproducibilidad (DER ± 4%) obtenida.
Tabla 1. Precisión y exactitud de aniones por CI en un material de referencia*
Anión
Valor certificado*
(media ± DE) (mg/L)
Valor encontrado
(media ± DE) (mg/L)
(n=7)
DER
(%)
(n=7)
% de
Recuperación
LD
(mg/L)
Cl
-
49,8 ± 1,0
49,9 ± 0,5
1,0
100,2
0,070
NO
3
-
50,4 ± 0,9
50,2 ± 0,4
0,8
99,6
0,026
H
2
PO
4
-
3,36 ± 0,13
3,31 ± 0,11
3,3
98,5
0,023
SO
4
2-
57,3 ± 1,1
56,9 ± 1,83
3,2
99,3
0,069
*Material de referencia: CRM 616 (Aguas subterráneas); LD = 3xDE (blanco)
Determinación de iones solubles en partículas atmosféricas inhalables (PM
10
) por Cromatografía iónica en
Maracaibo, Venezuela
Instituto de Ciencias Básicas. Universidad Técnica de Manabí. Portoviejo-Ecuador 9
3.3. Comparación de los métodos CI e ICP-OES para el análisis de cationes
La espectroscopía de emisión óptica con plasma inductivamente acoplado (ICP-OES) ha
sido la técnica de mayor referencia para el análisis de metales traza. Para la evaluación del
método de CI con una columna IonPac CS12A, se determinaron la linealidad, los límites de
detección para cada catión, precisión, exactitud y se validó la técnica por comparación con
el método ICP-OES. Como se puede observar en la Tabla 2 la precisión fue calculada
inyectando siete réplicas del material de referencia (agua de río SLRS-3).
El análisis por CI de cationes metálicos en muestras de partículas PM
10
se comparó con los
valores obtenidos por la técnica de ICP-OES. En la Tabla 2 se muestra la comparación de
los resultados obtenidos, y se observó que para ambas técnicas los porcentajes de
recuperación para todos los cationes metálicos están dentro de 100 ± 2% y presentan una
buena reproducibilidad (DER ≈ 3%) y límites de detección similares (excepto Mg
2+
que es
más bajo por el método de CI). Lo que demostró que la CI es una excelente alternativa
puesto que permite obtener análisis exactos, precisos y confiables de cationes metálicos
en material particulado atmosférico (PM
10
), implicando esto una disminución de los costos
por análisis.
Tabla 2. Comparación de los resultados obtenidos por CI con los obtenidos por ICP-OES
usando un material de referencia *
Metal
Método
Valor
certificado
(media ± DE)
(mg/L)
Valor encontrado
(media ± DE)
(mg/L) (n=7)
DER (%)
(n=7)
% de
Recuperación
LD
(mg/L)
Na
CI
2,3 ± 0,2
2,29 ± 0,11
4,8
99,6
0,029
ICP - OES
2,26 ± 0,06
2,7
98,3
0,027
K
CI
0,7 ± 0,1
0,68 ± 0,02
2,9
97,1
0,030
ICP - OES
0,71 ± 0,02
2,8
101,0
0,075
Mg
CI
1,6 ± 0,2
1,61 ± 0,04
2,4
101,0
0,002
ICP - OES
1,60 ± 0,04
2,5
100,0
0,099
Ca
CI
6,0 ± 0,4
5,94 ± 0,12
2,0
99,0
0,021
ICP - OES
5,81 ± 0,17
2,9
97,0
0,045
*Material certificado: SLRS-3; LD = 3xDE (blanco)
Dra. Yulixis Cano y col.
10
Todo lo antes expuesto indicó que bajo estas condiciones la cuantificación de las muestras
ambientales recolectadas en ambos sitios de la ciudad de Maracaibo fue exacta y precisa.
3.4. Calidad del aire
En la Tabla 3 se muestran las concentraciones de los iones solubles de PM
10
en agua en
dos sitios (zona norte y zona sur) de la ciudad de Maracaibo, y su comparación con los
valores reportados en sitios rurales y urbanos de Venezuela y el mundo. Las
concentraciones de cloruro y sodio representan aproximadamente el 36 % (zona sur) y 60%
(zona norte) de la fracción de masa total de iones solubles; debido a la influencia del aerosol
marino sobre la ciudad de Maracaibo, por su proximidad a la costa. El análisis estadístico
de los datos se realizó por comparación entre las medias obtenidas para los dos sitios, así
de esa manera se pudo establecer las diferencias significativas entre las medias, y estas
se consideraron significativas a p < 0,05, con límites de confianza del 95%. Las
concentraciones de los iones NO
3
-
, Cl
-
, H
2
PO
4
-
, Na
+
y Mg
2+
no difieren significativamente (p
= 0,001) entre las zonas norte y sur de la ciudad, lo cual muestra la homogeneidad de la
atmósfera de Maracaibo respecto a las fuentes de origen marino. Las concentraciones de
SO
4
2-
, K
+
y Ca
2+
son significativamente más elevadas (p = 0,01) en la zona sur comparadas
con las de la zona norte, lo que sugiere que la zona sur podría estar influenciada por fuentes
locales de estos iones, y estas pueden ser: una planta de energía eléctrica (sulfato) y una
planta de cemento (calcio). Adicionalmente, se puede observar en la Tabla 3 que las
concentraciones de los iones siguen el siguiente orden para las PM
10
: SO
4
2-
> NO
3
-
> Cl
-
>
PO
4
3-
y Na
+
Ca
2+
> K
+
Mg
2+
.
Por otro lado, al comparar los niveles de concentración de los iones evaluados en este
estudio (Tabla 3) con las zonas rurales de Venezuela y el mundo se puede observar que
los valores encontrados son mayores, alrededor de 10 veces más altos, esto se puede
deber a que las zonas rurales por lo general no se encuentran influenciadas por fuentes
locales importantes de contaminación atmosférica, y se encuentran alejadas de las
emisiones industriales y urbanas.
Al comparar con las zonas urbanas de Venezuela y el mundo (Tabla 3) se puede observar
que para La Concepción (Venezuela) los valores reportados en este estudio son similares,
exceptuando los iones SO
4
2-
y Cl
-
, los autores reportan que debe existir una contribución
predominante de emisiones de partículas primarias y/o de su precursor gaseoso (SO
2
) para
el sulfato y HCl para el Cl
-
proveniente de la combustión de combustibles fósiles, emisiones
industriales, entre otras; por consiguiente las fuentes naturales de SO
4
2-
y Cl
-
(emisiones
Determinación de iones solubles en partículas atmosféricas inhalables (PM
10
) por Cromatografía iónica en
Maracaibo, Venezuela
Instituto de Ciencias Básicas. Universidad Técnica de Manabí. Portoviejo-Ecuador 11
biogénicas y aerosol marino) juegan un papel secundario (Buitriago, G 2014, Cano y col.,
2015).
Tabla 3. Comparación del contenido iónico (µg/m
3
) del material particulado PM
10
en
Maracaibo en sitios rurales y urbanos de Venezuela y el mundo.
Urbano
Sitio (País)
Período
Na
+
K
+
Ca
2+
Mg
2+
SO
4
2-
NO
3
-
Cl
-
PO
4
3-
Referencia
Zona Norte
(n = 39)
2000
2,16
0,17
0,70
0,32
1,3
0,54
2,13
0,02
Este
estudio
Zona sur
(n = 35)
2000
1,92
0,77
2,00
0,37
1,5
0,52
2,05
0,83
Este
estudio
La Concepción
(Venezuela)
2012 -
2013
2,25
0,17
0,28
0,06
6,71
1,29
3,21
*NR
Buitriago,
G 2014
Cano y
col., 2015
Heredia
(Costa Rica)
2010 -
2011
1,31
0,12
0,28
0,10
0,98
3,87
0,10
*NR
Murillo y
col., 2013
Ahvaz (Irán)
2010
8,50
2,50
27,6
18,0
22,6
22,3
15,0
*NR
Shahsavani
y col.,
2012
Shanghai,
(China)
2009
0,60
3,00
2,97
0,23
28,7
32,9
3,53
*NR
Du y col.,
2011
Huangshi
(China)
2012 -
2013
5,25
2,10
5,29
0,58
30,9
21,1
5,32
*NR
Liu y col.,
2017
Rural
Gran Sabana
(Venezuela)
2000 -
2003
0,59
0,02
0,04
0,006
0,17
0,37
0,54
0,16
Pacheco y
col., 2011
Mene Grande
(Venezuela)
20
0,93
0,36
0,40
0,07
*NR
*NR
*NR
*NR
Rosales,
2004
Auchencorth
Moss
(Escocia)
2012
0,12
0,02
0,016
0,015
0,35
0,105
0,086
*NR
Twigg y
col., 2015
*NR= No Reportado
Adicionalmente, puede observarse en la tabla, que los resultados obtenidos en este trabajo
son comparables con los mostrados en la ciudad de Heredia (Costa Rica), está ciudad
puede estar influenciada fuertemente por el tráfico automotor según lo reportado por los
autores (Murillo y col., 2013).
Dra. Yulixis Cano y col.
12
Los resultados para esta investigación se encontraron muy por debajo, entre 4 a 10 veces,
que los reportados en Ahváz (Irán), esto puede ser debido según los autores a que dicha
zona se caracteriza por ser árida con pocas cubiertas de vegetación, altas temperaturas y
humedad, fuertes vientos a nivel de superficie, rodeado de grandes desiertos que son la
causa principal de tormentas de polvo generadas en dicha localidad (Shahsavani y col.,
2012). Al igual que en el caso de las ciudades de China Shanghai (Du y col., 2011) y
Haungshi (Liu y col., 2017), los valores reportados para estas ciudades son alrededor de 2
a 10 veces mayores que en este estudio, esto puede deberse principalmente a que las
mismas son muy pobladas, con alto tráfico de vehículos (pesados y livianos) y son
altamente industrializadas.
4. CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos por la técnica de cromatografía iónica (CI) están muy cercanos a
los obtenidos por ICP-OES. Esto indica que la CI es una excelente alternativa puesto que
permite obtener análisis exactos, precisos y confiables de cationes metálicos en material
particulado atmosférico (PM
10
), implicando esto una disminución de los costos por análisis.
Los altos niveles de sulfato y cloruro encontrados podrían estar relacionados con
importantes emisiones de la industria petrolera y petroquímica; en el caso de las emisiones
de nitrato estás son un indicativo de la influencia del tráfico automotor en la atmosfera de la
ciudad.
La comparación de los niveles de concentración de los iones evaluados en este estudio con
las zonas rurales de Venezuela y el mundo revelo que estos son alrededor de 10 veces
más altos, esto pude deberse a que estas zonas no se encuentran influenciadas por fuentes
locales importantes de contaminación atmosférica y alejadas de las emisiones industriales
y urbanas
Las concentraciones de los iones evaluados en Maracaibo fueron similares a los reportados
en La Concepción (Venezuela) y la ciudad de Heredia (Costa Rica). Sin embargo, los
valores reportados para ciudades como Ahváz (Irán), zona que se caracteriza por ser árida,
Shanghai (China) y Haungshi (China) ciudades muy pobladas, con alto tráfico de vehículos
(pesados y livianos), altamente industrializadas, son aproximadamente de 2 a 10 veces
mayores que en este estudio.
Determinación de iones solubles en partículas atmosféricas inhalables (PM
10
) por Cromatografía iónica en
Maracaibo, Venezuela
Instituto de Ciencias Básicas. Universidad Técnica de Manabí. Portoviejo-Ecuador 13
5. AGRADECIMIENTO
Los autores desean agradecer al Consejo de Desarrollo Científico y Humanístico de la
Universidad del Zulia (CONDES-LUZ), Maracaibo, por el financiamiento para esta
investigación. Así como al Laboratorio Central del Complejo Petroquímico de El Tablazo
por la realización de los análisis por ICP-OES, en especial la Lic. Oscar Sánchez.
6. REFERENCIAS
Buitriago G. (2014). Evaluación de las concentraciones de partículas atmosféricas y su composición
química en zonas adyacentes al relleno sanitario La Ciénaga. Trabajo de Grado Maestría en
Ciencias Ambientales, Universidad del Zulia. Maracaibo. 1-84.
Cano Y., Buitrago G., Boves M., Morales J., Torres J., Cáceres A., Sánchez L. y Montilla B. (2015).
Contenido de Na, K, Ca, y Mg en partículas suspendidas totales (PST) e inhalables (PM10) en
dos sitios cercanos al Relleno Sanitario La Ciénaga, Venezuela. INVESTIGACIÓN CLÍNICA.
56 (1), 599 - 604.
Caumoa S., Claeys M., Maenhaut W., Vermeylen R., Behrouzi S., Shalamzari M., Vasconcellos P.
(2016). Physicochemical characterization of winter PM10 aerosol impacted by sugarcane
burning from São Paulo city, Brazil. Atmospheric Environment. 145, 272 - 279.
Du H., Kong L., Cheng T., Chen J., Du J., Li L., Xia X., Leng C., Huang G. (2011). Insights into
summertime haze pollution events over Shanghai based on online water-soluble ionic
composition of aerosols. Atmospheric Environment. 45: 5131 - 5137.
EPA-US. 2010. Integrated Science Assessment for Particulate Matter. United States Environmental
Protection Agency.
Fukai T., Kobayashi T., Sakaguchi M., Aoki M., Saito T., Fujimori E., Haraguchi H. (2007). Chemical
Characterization of Airborne Particulate Matter in Ambient Air of Nagoya, Japan, as Studied by
the Multielement Determination with ICP-AES and ICP-MS. Analytical Sciences. 23, 1359-366.
Gaceta Oficial No 4.899 Decreto Nº 638. 1995. Normas sobre calidad del aire y control de la
contaminación atmosférica.
Galindo N. and Yubero E. (2017). Day-night variability of water-soluble ions in PM10 samples
collected at a traffic site in southeastern Spain. Environmental Science and Pollution Research,
24 (1), 805 – 812.
Jacob D. J., Winner D. A. (2009). Effect of climate change on air quality. Atmospheric Environment.
43: 51–63.
López J., Andressen, R. y Lugo A. (2010). Patrones de vientos troposféricos en la cuenca del Lago
de Maracaibo, Venezuela. Terra. Vol. XXVI (39): 13-30.
Morales J. A., Pirela D., de Nava M., de Borrego B., Velásquez H., Durán. J. (1998). Inorganic water
soluble ions in atmospheric particles over Maracaibo Lake Basin in the western region of
Venezuela Atmospheric. Research. 46, 307 – 312.
Dra. Yulixis Cano y col.
14
Murillo, J., Rodriguez, S., Rojas, J., Campos, A., Blanco, S., Cardenas, B., Baumgardner, D. (2013).
Chemical characterization and source apportionment of PM10 and PM2.5 in the metropolitan
area of Costa Rica, Central America. Atmospheric Pollution Research.4, 181- 190.
Pacheco M., Sanhueza E., Donoso L. y Romero J. (2005). Química atmosférica en La Gran Sabana
II: Distribución de tamaño y composición de los aerosoles solubles en agua. INTERCIENCIA.
30 (10): 611-617.
Rosales, S. (2004). Estudio sobre los niveles de concentración de Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, y Zn
en aerosoles atmosféricos PM10 en un sitio de la zona rural de Mene Grande, Estado Zulia,
Venezuela. Trabajo Especial de Grado, Universidad del Zulia. Maracaibo. 1-70.
Sánchez L., Morales J., Velásquez H., Portillo D., Cano Y., Montilla B., Iriarte N. y Mesa J. (2009).
Composición iónica y niveles de acidez de las lluvias en Maracaibo, Venezuela, entre 1989 y
2001. Revista Internacional de Contaminación Ambiental 25(3): 169 - 179.
Sanhueza E., Rondon A. (1988). Particle-size distribution of inorganic water soluble ions in the
venezuelan savannah atmosphere during burning and nonburning periods. Journal of
Atmospheric Chemistry 7, 369 – 388.
Sanhueza E., Sanatana M., Donoso L., Pacheco M. (2005). Química atmosférica en la Gran Sabana
III: Composición iónica y características ácido-básicas de las lluvias. Interciencia. 30 (10): 618
- 622.
Shahsavani A., Naddafi K., Haghighifard N. J., Mesdaghinia A., Yunesian M., Nabizadeh R., Arhami
M., Yarahmadi M., Sowlat M., Ghani M., Jafari A., Alimohamadi M., Motevalian S., Soleimani Z.
(2012). Characterization of ionic composition of TSP and PM10 during the Middle Eastern Dust
(MED) storms in Ahvaz, Iran. Environmental Monitoring and Assessment. 184: 6683 - 6692.
Saxena M., Sharma A., Sen A., Saxena P., Saraswati, Mandal T., Sharma S., Sharma C. (2017).
Water soluble inorganic species of PM10 and PM2.5 at an urban site of Delhi, India: Seasonal
variability and sources. Atmospheric Research, 184, 112 – 125.
Shahid I., Kistler M., Mukhtar A., Ghauri B., Ramirez-Santa Cruz C., Bauer H., Puxbaum H. (2016).
Chemical characterization and mass closure of PM10 and PM2.5 at an urban site in Karachi -
Pakistan. Atmospheric Environment, 128, 114-12.
Tai-Yi Y. (2010). Characterization of ambient PM2.5 concentrations Atmospheric Environment 44,
2902 - 2912.
Twigg M., Di Marco C.F., Leeson S., van Dijk N., Jones M., Leith I., Morrison E., Coyle M., Proost
R., Peeters A. (2015). Water soluble aerosols and gases at a UK background site-Part 1,
Controls of PM2.5 and PM10 aerosol composition. Atmospheric Chemistry and Physics. 15.
8131 - 8145.
van Zelm R., Huijbregts M. A.J., den Hollander H. A., van Jaarsveld H. A., Sauter F. J., Struijs J.,
van Wijnen H. J., van de Meent D. (2008). European characterization factors for human health
damage of PM10 and ozone in life cycle impact assessment. Atmospheric Environment. 42, 441
- 453.
Velásquez, Ramón. (2003). Algunos mecanismos físicos de la distribución anual de las
precipitaciones en Venezuela Revista Aula y Ambiente. 34 - 45.
Zamora M., Montaño H., Galindo Z., Siebe G., Prado P. (2016). Determinación simultánea de
cationes mayoritarios en muestras de agua residual por medio de cromatografía de iones con
detección conductimétrica. Revista Internacional de Contaminación Ambiental. 32 (3), 293-301.
