Conteo del número de partículas y caracterización morfológica del material particulado medioambiental en Medellín, Colombia

Abstract

RESUMEN : Numerosas investigaciones han estudiado la composición de los contaminantes atmosféricos, en especial el material particulado (Particulate matter. ~ PM) por su relación con los efectos nocivos en la salud de las personas y el medio ambiente. En Colombia, actualmente, se regulan las fracciones de PM2.5 y PM10. Sin embargo, más del 90% de las partículas depositadas en las vías respiratorias son partículas ultrafinas (Ultrafine Particle ~ UFP) con diámetros aerodinámicos menores a 100 nm. Esta, a pesar de tener poca masa, se encuentra en elevada concentración numérica, llegando a ser incluso más peligrosas para la salud que el PM2.5. En la última guía para la calidad del aire, la Organización Mundial para la Salud (OMS) propuso complementar el monitoreo de los contaminantes del aire con las mediciones de las UFP en términos de concentración del número de partículas (Particle Number Concentration ~ PNC). En este trabajo se realizó el monitoreo en tiempo real de la PNC y la concentración de hidrocarburos aromáticos policíclicos (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons ~ PAH) adsorbidos en las partículas en el aire, y se compararon con los registros oficiales de monitoreo de PM2.5. Adicionalmente, se recolectó PM ambiental para su caracterización morfológica y elemental por medio de un sistema termoforético para su posterior análisis por microscopía electrónica de transmisión (Transmission electron microscopy ~ TEM) y espectroscopía de energía dispersiva de rayos X (Energy-dispersive X-ray spectroscopy ~ EDX). Los resultados obtenidos para el monitoreo ambiental de la PNC y los PAH generaron el primer registro de estos contaminantes en el aire de la ciudad de Medellín, en una estación de monitoreo urbana. Se observó que la variación diurna en la concentración del número de partículas y concentración de PAH estuvieron influenciados por las emisiones vehiculares en las horas de mayor tráfico. Se obtuvieron concentraciones promedio total de 4227 #/cm3 y 44.6 ng/m3 para el numero de partículas (Particle Number ~ PN) y PAH respectivamente en los 8 meses de medición. No se encontró relación entre las mediciones de PNC y los reportes de PM2.5. Con respecto al análisis de las micrografías obtenidas para el PM recolectado por termoforésis, se evidenció que la mayoría de las partículas estaban conformadas por agregados de partículas primarias circulares, similares a las emitidas desde fuentes vehiculares con diámetros medianos de 23 nm. También se encontró la presencia de elementos como el S, C, K, marcadores de la quema de combustibles y biomasa; Ni y Cu, marcadores de emisiones vehiculares e industriales; y elementos típicamente presentes en el polvo resuspendido como el Al, Ca y Si. Con este trabajo se espera aportar información de utilidad a las autoridades ambientales y contribuir en el registro de PNC y PAH que pudieran dar lugar a futuros estudios de salud pública que involucren las UFP.

ABSTRACT : Numerous studies have characterized the composition of atmospheric pollutants, especially PM due to its relationship with the harmful effects on people’s health and the environment. In Colombia, the PM2.5 and PM10 are regulated. However, more than 90% of the particles deposited in the respiratory tract are UFP with aerodynamic diameters of less than 100 nm. This, despite having little mass, is found in a high numerical concentration, becoming even more dangerous to health than PM2.5. In the latest air quality guide, the World Health Organization (WHO) proposed to complement the monitoring of air pollutants with UFP measurements in terms of PNC. This work has carried out real-time monitoring of PNC and the concentration of particle-absorbed PAHs in the air and compared them with official PM2.5. Additionally, ambient PM was collected for morphological and elemental characterization using a thermophoretic system combined with Transmission electron microscopy (TEM) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The results obtained for the environmental monitoring of the PNC and the concentration of PAHs generated the first record of these pollutants in the air of the city of Medellin in an urban monitoring station. It was observed that the diurnal variation of PN and PAH concentration are influenced by vehicular emissions at peak traffic hours. Total average concentrations of 4227 #/cm3 and 44.6 ng/m3 were obtained for PN and PAH, respectively. No relationship was found between PNC measurements and PM2.5. Regarding the analysis of the micrographs obtained from the PM collected by thermophoresis, it was shown that most of the particles are made up of aggregates of circular primary particles with average diameters of 23 nm, like those emitted from vehicular sources. Elements such as S, C, K were found in the PM, markers for fuels and biomass combustion, Ni and Cu, markers for vehicular and industrial emissions, and elements Al, Ca and Si, markers for resuspended dust. This work is expected to provide useful information to environmental authorities and contribute to the registration of the PNC and PAH, which could lead to future public health studies involving UFP.