Especiación química del material particulado y modelos de asignación de fuentes

Fundamento

Se recolecta material particulado sobre filtros de distinto material según el analito: cuarzo para carbono, teflón para elementos e iones. En el laboratorio, el carbono orgánico y el elemental se determinan por análisis termo-óptico, que calienta el filtro en etapas en atmósfera inerte y luego oxidante mientras se sigue la transmitancia o la reflectancia del filtro para corregir el carbono orgánico que se piroliza; el carbono elemental es el marcador de combustión, en especial diésel, y el orgánico incluye emisiones primarias y aerosol secundario. Los iones solubles (sulfato, nitrato, amonio, cloruro, sodio, potasio, calcio, magnesio) se extraen con agua y se miden por cromatografía iónica: el sulfato y el nitrato son aerosol secundario formado en la atmósfera, el potasio soluble es marcador de quema de biomasa, el sodio y el cloruro de aerosol marino. Los elementos se determinan por fluorescencia de rayos X sin destruir el filtro o por espectrometría de plasma tras digestión, y trazan fuentes específicas: vanadio y níquel de fuel oil, zinc y cobre de desgaste de frenos y neumáticos, silicio, aluminio y titanio de polvo mineral, plomo de fuentes industriales. Los hidrocarburos aromáticos policíclicos, entre ellos el benzopireno, se extraen y se miden por cromatografía. Con la matriz de concentraciones de muchas muestras se aplican modelos receptores: el balance químico de masa, que usa perfiles de fuente conocidos, o la factorización de matrices positivas, que deduce los perfiles y sus contribuciones a partir de los propios datos, y devuelve el porcentaje de la masa que aporta cada fuente.

Analito (qué se mide)

Carbono orgánico y elemental, iones solubles, elementos traza e hidrocarburos aromáticos policíclicos en el material particulado

Matriz (en qué muestra)

Filtros de material particulado PM10 y PM2,5 de aire ambiente, de aire industrial y de emisiones

Equipamiento necesario¿Dónde lo compro?

Muestreadores de material particulado de alto y bajo volumen con cabezales PM10 y PM2,5; analizador termo-óptico de carbono orgánico y elemental; cromatógrafo iónico; espectrómetro de fluorescencia de rayos X o de plasma; cromatógrafo para hidrocarburos aromáticos; balanza de microgramos en sala con temperatura y humedad controladas; software de modelos receptores.

Reactivos¿Dónde lo compro?

Patrones de iones, de elementos y de hidrocarburos aromáticos; gases del analizador de carbono; agua ultrapura; ácidos de grado traza.

Material de laboratorio¿Dónde lo compro?

Filtros de cuarzo precalcinados y de teflón; portafiltros; pinzas; placas de Petri para el traslado.

Consumibles¿Dónde lo compro?

Filtros; patrones; gases; columnas.

Unidad

kg/m3 · µg/m3 de cada especie · ng/m3 de elementos traza y de hidrocarburos aromáticos · % de contribución por fuente

Rango de referencia

En ciudades argentinas, el carbono orgánico y elemental suele explicar del 20 al 40 % de la masa de PM2,5, los iones secundarios del 20 al 40 % y el polvo mineral del 10 al 30 % en PM10; el benzopireno tiene un valor guía de 1 ng/m3 anual en las normas europeas

Norma que lo exige

Los planes de gestión de calidad de aire de las jurisdicciones y los estudios de impacto ambiental que requieren identificar fuentes; Ley 20.284 y las normas locales de calidad de aire; los proyectos de investigación de la Agencia I+D+i y del CONICET; los compromisos de inventarios de emisiones y de contaminantes climáticos de vida cortanorma internacional

Norma que describe la técnica

Los métodos NIOSH 5040 e IMPROVE_A para carbono orgánico y elemental por análisis termo-óptico; EPA Compendium Method IO-3.3 para elementos por fluorescencia de rayos X e IO-4.2 para iones; EN 16909 para carbono elemental y orgánico y EN 16913 para iones; la guía de la EPA para el modelo de factorización de matrices positivas y el balance químico de masa; EPA TO-13A para hidrocarburos aromáticosnorma internacional

Edición y vigencia de la norma

NIOSH 5040, vigente; EN 16909:2017; guía EPA PMF 5.0

Volumen de muestra

Filtros de 24 horas con volúmenes de 24 m3 en bajo volumen o de 1.500 m3 en alto volumen; se necesitan decenas a cientos de muestras para los modelos de fuentes

Conservación y transporte

Los filtros de cuarzo se precalcinan a 550 grados para eliminar el carbono de fondo y se manipulan con pinzas y guantes; una huella digital agrega más carbono orgánico que un día de muestreo. Los filtros se acondicionan y se pesan en sala con temperatura y humedad controladas antes y después, y se conservan refrigerados o congelados hasta el análisis para no perder nitrato de amonio ni compuestos semivolátiles. Los blancos de campo, que viajan y se manipulan sin muestrear, son imprescindibles y se restan. Los modelos de fuentes exigen series largas y perfiles locales; aplicar perfiles de otro país lleva a conclusiones equivocadas.

Límite de detección típico

0,1 µg/m3 para carbono; 0,01 a 0,1 µg/m3 para iones; 0,1 a 10 ng/m3 para elementos traza

Incertidumbre típica

±10 a 20 % relativo en las especies mayoritarias; las contribuciones de fuentes tienen incertidumbres del 20 al 50 %

Área

Ambiental; Química analítica; Higiene y seguridad

Fecha de última actualización: 9/9/2026