Análisis de la concentración y distribución de compuestos aromáticos policíclicos (PACs) en la ciudad de Santiago usando captadores pasivos

Abstract

Los Compuestos Aromáticos Policíclicos (PACs) son contaminantes orgánicos producidos por la combustión incompleta de la materia orgánica. En la atmósfera estos compuestos pueden ser estudiados a través del muestreo pasivo, el cual se basa en el principio de difusión de los analitos hacia el sustrato captador (PSM: Passive Sampling Medium) para la obtención de la muestra ambiental. La difusión de los PACs desde la atmósfera hacia el PSM es explicada por la teoría cinética de equilibrio entre ambas fases. Esta función matemática de captura (ley de velocidad de primer orden) ha sido continuamente perfeccionada, permitiendo la cuantificación certera de la concentración ambiental a partir de la masa captada en el PSM. Para el estudio de PACs en la cuenca de la ciudad de Santiago, se desplegaron campañas de muestreo pasivo personal y fijo. La primera enfocada en la captación de los analitos según el estilo de vida de doce participantes o usuarios distribuidos en pares, quienes residen en la misma casa, obteniendo 6 puntos de estudio en total. En cambio, la segunda orientada en la distribución espacial de PACs en la atmósfera de puntos específicos de la ciudad. También se realizó un análisis comparativo de la presencia de PACs en la atmósfera de Santiago, según la aplicación o no de medidas sanitarias por el COVID-19. Para el PSM de muestreo pasivo fijo se utilizó espuma de poliuretano (disco PUF), mientras que para el muestro pasivo personal fue siloxano (pulseras de siliconas). De igual manera, los PACs de interés de esta investigación fueron: Fluoreno, Fenantreno, Antraceno, Fluoranteno, Pireno, Reteno y Criseno. Los métodos de limpieza, extracción, fraccionamiento y análisis para ambos tipos de PSM fueron exitosos. Las recuperaciones en discos PUF (34% - 143%) y pulseras de silicona (49% - 83%), fueron para 5 de los 7 PACs estudiados en la fracción de mediana polaridad. La sumatoria de la masa captada de cada analito por muestra según tipo PSM, osciló entre 1,2 y 15,5 μg para los discos PUF, y entre 6,8 y 150 μg para las pulseras de silicona. La estimación de la concentración ambiental da cuenta de distintos niveles de concentración ambiental según punto de muestreo, confirmando la existencia de diferencias espaciales de PACs en la ciudad de Santiago. La distribución geográfica de la sumatoria de los analitos mostró mayores concentraciones en la zona noroeste y menores en la zona este, lo cual respondería a la dinámica de ventilación de la cuenca y la distribución de fuentes móviles. Importantes diferencias intradomiciliarias en la emisión de PACs se evidenciaron con el muestreo pasivo personal, obteniéndose resultados muy disímiles en la concentración ambiental para pulseras de individuos pertenecientes al mismo hogar, confirmando la importancia del estilo de vida en las rutas de exposición. También se constataron importantes diferencias en la concentración ambiental entre captadores fijo y personal según el punto de muestreo, destacando los puntos cercanos a la avenida Libertador Bernardo O'Higgins y la autopista central eje General Velásquez. Con respecto a la aplicación de medidas sanitarias COVID-19, éstas se vieron reflejadas en la concentración ambiental de PACs en la ciudad de Santiago. Se observaron mayores concentraciones en la época de post cuarentena (estación cálida) que en cuarentena (estación fría). Tal fenómeno puede vincularse con la disminución de fuentes móviles durante el confinamiento. Cambios metodológicos tales como una columna capilar con fase estacionaria de menor espesor, reducción de la masa de silica en el fraccionamiento de muestra, además de medidas de potencial oxidativo en muestras, son proyecciones a futuro que permitirán la obtención de señales cromatográficas más definidas, reducción del tiempo de análisis y comprensión sobre toxicidad en muestras.

Polycyclic Aromatic Compounds (PACs) are organic pollutants produced by the incomplete combustion of organic matter. In the atmosphere, these compounds can be studied through passive sampling, which is based on the principle of diffusion of the analytes towards the capturing substrate (PSM: Passive Sampling Medium) to obtain the environmental sample. The diffusion of PACs from the atmosphere to the PSM is explained by the kinetic theory of equilibrium between both phases. This mathematical capture function (first-order rate law) has been continuously refined, allowing accurate quantification of the ambient concentration from the captured mass of the analyte in the PSM. To capture PACs in the Santiago city basin, personal and fixed passive sampling campaigns were deployed. The first with a perspective on the capture of PACs according to the lifestyle of twelve participants or users residing in the same house, on the other hand, the second with a focus on the spatial distribution of PACs in the atmosphere of specific points in the city of Santiago de Chile.. In addition, a comparative analysis was addressed in the presence of PACs in the atmosphere of Santiago, according to the application or not of sanitary measures by COVID-19. The PSM of the fixed passive sampling corresponded to polyurethane foam (PUF disc), while for the personal passive sampling it was siloxane (silicone bracelets), on the other hand, the PACs of interest in this work are: Fluorene, Phenanthrene, Anthracene, Fluoranthene, Pyrene, Retene and Chrysene. The cleaning, extraction, fractionation and analysis methods for both types of PSM were successful. The recoveries in PUF discs (34% to 143%) and silicone bracelets (49% to 83%), were for 5 of the 7 PACs studied in the medium polarity fraction. The sum of the captured mass of each analyte according to PSM type, ranged between 1.2 and 15.5 μg for PUF discs, and between 6.8 and 150 μg for silicone bracelets. The estimation of the environmental concentration through the application of the catchment equation, accounts for different environmental concentrations depending on the sampling point, confirming the existence of spatial differences of PACs in the city of Santiago. The geographic distribution of the sum of the analytes in the city of Santiago showed higher concentrations in the northwestern area and lower ones in the eastern area. This would respond to the ventilation dynamics of the basin and the distribution of mobile sources. Significant intra-household differences in the emission of PACs were evidenced with personal passive sampling, where very dissimilar results were observed in the environmental concentration for bracelets in individuals belonging to the same household, confirming the importance of lifestyle in exposure routes. Important differences were also found in the environmental concentration between fixed and personal collectors according to the sampling point. Highlighting the points near Libertador Bernardo O'Higgins avenue and the central highway General Velásquez. Regarding the application of COVID-19 sanitary measures, these were reflected in the environmental concentration of PACs in the city of Santiago. Higher concentrations were observed in the post-quarantine period (warm season) than in quarantine (cold season). This phenomenon can be linked to the decrease in mobile sources during confinement. Methodological changes such as a thinner stationary phase capillary column, reduction of the silica mass in sample fractionation, as well as measurements of oxidative potential in samples. Are future projections that will allow obtaining more defined chromatographic signals, reduction analysis time and understanding of toxicity in samples.