TAREA 5

ESTABLECER Y DESCRIBIR LAS TÉCNICAS DE DETERMINACIÓN EMPLEADAS PARA NUESTROS ANALITOS

En esta tarea vamos a centrarnos en hablar del proceso de determinación de nuestros analitos en las muestras que los contienen.

ISOCIANATOS
Para la separación y determinación de isocianatos hemos usado la técnica de cromatografía líquida de alta resolución. Ya hemos hablado de esta técnica en anteriores tareas (en la tarea 2 y en la 4) y ahora nos centraremos en la descripción del proceso de determinación que llevamos a cabo con esta técnica y describiremos los instrumentos utilizados. Hay que destacar que para la separación y determinación de isocianatos nuestro equipo cromatográfico de alta resolución debe estar equipado con detectores ultravioleta (UV) y electroquímico (EQ).


CROMATOGRAFÍA LÍQUIDA DE ALTA RESOLUCIÓN (HPLC)
La fase móvil se mueve a través de columnas muy estrechas y la gravedad no es suficiente para impulsarla a través de estas columnas. Por eso es necesario utilizar una presión alta para forzar el paso de la fase móvil a través de la columna.
Esta es una técnica rápida, muy eficaz en la separación y es instrumental.
Las reglas básicas de la HPLC son cuatro:
-La fase móvil y la fase estacionaria deben ser de polaridad opuesta.
-Todos los solutos deben ser solubles en la fase móvil.
-Todos los solutos que entren en la columna deben salir de ella por propagación.
-Debe haber una migración diferencial de los distintitos compuestos en la columna.

-Columna cromatográfica:
La fase móvil se mueve a través de la columna por gravedad, aunque este proceso presenta una serie de inconvenientes:
- Es lento.
- Tiene poca eficacia en la separación.
- Necesita demasiada participación del analista en el proceso.
- Primero hace la separación y después la detección. (Detección off-line)
- No obtenemos cromatogramas.




ESTIRENO
La técnica de separación y determinación que hemos usado en este caso es la cromatografía de gases, que en ocasiones debe estar equipada con un detector de ionización en llama.


CROMATOGRAFÍA DE GASES
Este tipo de separación cromatográfica es la mejor elección para separar gases o componentes volátiles térmicamente estables a la temperatura de volatilización.

La fase móvil es un gas y la fase sólida un líquido no volátil que recubre un soporte sólido (si se trata de una cromatografía gas-líquido); o un sólido si se trata de la cromatografía gas-sólido.
Debemos introducir la muestra en estado gaseosa a la columna. Los componentes de la muestra interaccionan con la fase estacionaria al ser desplazados por la fase móvil gaseosa a través de la columna. A la salida de la columna cromatográfica se coloca un detector gracias al cual podremos saber en qué orden y cuánto tiempo tardan en salir los diferentes compuestos de la muestra y así poder determinar el analito que nos interesa.
A diferencia de la cromatografía liquida, en la cromatografía de gases la fase móvil es inerte, y sólo actúa como portador de los componentes de la muestra a través de la fase estacionaria.
La relación de distribución de un determinado soluto depende de la temperatura de la columna cromatográfica y de la naturaleza de la fase estacionaria.

Los componentes básicos son:
Fuente de gas portador: que debe ser He, Ag, N o H.

Sistema de inyección de muestra: proporciona el medio para volatilizar la muestra y mezclarla con el gas portador antes de que se inicie el proceso cromatográfico.
El sistema de inyección debe cumplir una serie de requisitos:
- Presentar una banda de inyección estrecha.
- Introducir una cantidad de muestra representativa.
- Inyectar cantidades reproducibles de muestra.
- No debe degradarse térmicamente y tampoco absorber los solutos.
- Debe ser de fácil automatización.
- No puede producir pérdidas de muestra ni contaminarla.
- Debe ser fácil de usar.

Columnas cromatográficas: es donde se encuentra la fase estacionaria.
Estas pueden ser empaquetadas o tubulares y las paredes hacen de soporte. Con estas columnas se obtiene mejor resolución.

Horno termostato: la temperatura es muy variable por lo que la muestra se encuentra dentro de un horno para que se mantenga a una temperatura adecuada mientras está siendo analizada.
La temperatura tiene que ser lo suficientemente alta como para asegurar que los componentes de la muestra atraviesen la columna con velocidad, pero hay que tener cuidado pues esta temperatura no puede ser mayor que el punto de ebullición de la muestra. La muestra debe estar a una temperatura en la que se mantenga la muestra en estado vapor, pero no en estado gas. Por eso estas técnicas usadas implican la utilización de sistemas isotermos o de temperatura programada donde la columna se somete a un incremento lineal de la temperatura con el tiempo.

Sistema de detección: se encuentra en la salida de la columna. La salida eléctrica del detector se amplifica y se envía a un registrador o se convierte en una señal digital y se envía a un ordenador.
El detector que utilicemos debe ser sensible a los compuestos que salen de la columna y ser capaz de suministrar un registro de la cromatografía en forma de cromatograma. La señal del detector debe ser proporcional a la cantidad de cada soluto, por lo que debe ser posible hacer un análisis cuantitativo.



Existen diferentes métodos analíticos para la determinación de estireno en aire, siendo los más utilizados los que usan la técnica de cromatografía de gases con detector de ionización de llama.
La evaluación ambiental se ha llevado a cabo utilizando para la captación de los vapores de estireno dos tipos de soporte:
- Muestreadores pasivos por difusión.
- Tubos de carbón activo.

En ambos métodos, el contaminante se desorbe con sulfuro de carbono y la disolución resultante se analiza en un cromatógrafo de gases equipado con un detector de ionización de llama. Las áreas de los picos obtenidos se comparan con las áreas obtenidas para distintos patrones y se determina la cantidad de estireno presente en la muestra. A partir de estos valores se calculan las concentraciones ambientales utilizando las constantes específicas del muestreador pasivo y/o el volumen de aire muestreado.

(http://www.scribd.com/doc/25268658)




DECIR EN CADA CASO CUAL ES EL LÍMITE DE DETECCIÓN, LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN, SENSIBILIDAD Y RECTA DE CALIBRADO DE LOS MÉTODOS ANALÍTICOS DESCRITOS

El límite de detección es la mínima concentración o peso del analito que proporciona una señal en el instrumento analítico que estamos utilizando diferente del blanco y de la señal de fondo. Podemos resumirlo diciendo que es la minima señal que se puede distinguir del ruido de fondo y del blanco.
El límite de cuantificación es la mínima concentración de analito que puede determinarse con seguridad.
La sensibilidad es la respuesta que da el instrumento analítico a una determinada concentración del analito. La sensibilidad viene dada por la pendiente de la curva de calibrado.

TAREA 4
ESTABLECER Y DESCRIBIR LAS TÉCNICAS DE SEPARACIÓN EMPLEADAS EN LA DETERMINACIÓN DE LOS ANALITOS

Las técnicas de separación se incluyen dentro de la primera etapa del proceso analítico, lo que conocemos como operaciones previas y estas tienen principalmente dos finalidades: sirven para mejorar la selectividad, eliminando las interferencias que puedan existir; y también sirven para mejorar la sensibilidad de manera indirecta, realizando una preconcentración de la muestra.
Para llevar a cabo este proceso necesitamos transferir nuestras muestras a una fase que nos facilite el análisis y con las técnicas de separación este trabajo es más sencillo.


ISOCIANATOS

En este caso para la separación usamos la cromatografía líquida de alta resolución, técnica de la que ya hablamos en la tarea 2. Para la separación y determinación de isocianatos analizamos la disolución obtenida en un cromatógrafo líquido de alta resolución equipado con detectores ultravioleta (UV) y electroquímico (EQ). Este procedimiento se debe realizar después de un proceso de preconcentración de la muestra, con lo que conseguimos una mayor sensibilidad del proceso analítico.


Cromatografía liquida de alta resolución (HPLC)

La cromatografía es un método físico de separación basado en la distribución de los componentes de una mezcla entre dos fases inmiscibles, una fija o estacionaria y otra móvil.

La cromatografía líquida de alta eficacia o High performance liquid chromatography (HPLC) es un tipo de cromatografía en columna utilizada frecuentemente en bioquímica y química analítica, en ella la fase móvil es un líquido que fluye a través de una columna que contiene la fase estacionaria.

El compuesto pasa por la columna cromatográfica a través de la fase estacionaria (normalmente, un cilindro con pequeñas partículas redondeadas con ciertas características químicas en su superficie) mediante el bombeo de líquido (fase móvil) a alta presión a través de la columna.

La muestra a analizar es introducida en pequeñas cantidades y sus componentes se retrasan diferencialmente dependiendo de las interacciones químicas o físicas con la fase estacionaria a medida que adelantan por la columna. El tiempo que tarda un compuesto en ser eluído de la columna se denomina tiempo de retención y se considera una propiedad identificativa característica de un compuesto en una determinada fase móvil y estacionaria, es decir, el grado de retención de los componentes de la muestra depende de la naturaleza del compuesto, de la composición de la fase estacionaria y de la fase móvil

Para el estudio de isocianatos se recomienda una columna cromatográfica de 15 cm x 0,46 cm de diámetro interno, de sílice funcionalizada con C18 y partícula regular de 5 μm.

Las condiciones cromatográficas con esta columna son las siguientes:

• ELUYENTE

Para TDI y HDI: 40% de acetonitrilo, 60% de tampón de acetato de sodio y ajuste a pH 6 con ácido acético glacial.

Para MDI: 60% de acetonitrilo, 40% de tampón de acetato de sodio y ajuste a pH 6 con ácido acético glacial.

(Se habla del TDI, HDI y MDI en la tarea 1)

• CAUDAL

1 ml/min

• DETECTORES

UV a una longitud de onda de 242 nm. EQ a un potencial de oxidación de + 0,8 eV (electrodo de plata-cloruro de plata).


Video esquemático sobre el funcionamiento del HPLC



También existen otras técnicas de separación como podemos ver en el siguiente ejemplo donde se relata el procedimiento a seguir para separar el isocianato de metilo de una mezcla que se encuentra en fase gaseosa, y que contiene isocianato de metilo y vapor de agua:
1. Separar una porción del vapor de agua enfriando la mezcla a una temperatura superior al punto de rocío del isocianato de metilo contenido en la mezcla, para que se condense el vapor de agua.
2. Separar esencialmente todo el vapor de agua remanente de la mezcla en fase gaseosa, adsorbiendo el vapor de agua de la mezcla.
3. Licuar el isocianato de metilo.



ESTIRENO

Para el análisis de estireno podíamos seguir dos métodos distintos de los que hablamos en la tarea 2, en este caso la técnica de separación usada es la cromatografía de gases, que en el segundo método debía estar equipada con un detector de ionización en llama.


Cromatografía de gases

Este método se usa para la separación de sustancias volátiles térmicamente estables. Esta técnica proporciona una resolución y sensibilidad muy elevadas. La única limitación es la temperatura de trabajo que se sitúa en torno a los 450º C, temperatura a la cual muchos solutos se volatilizan.
En cromatografía de gases las sustancias se separan por distribución entre una fase estacionaria, que suele ser un sólido o un líquido inmovilizado en otro sólido o en las paredes de la columna; y la fase móvil que es gaseosa.

En una separación se parte de la base, de que cada componente será disuelto o adsorbido por la fase estacionaria. Los distintos componentes serán retenidos por esta fase con mayor o menor fuerza y alcanzarán el final de la columna, donde se encuentra el detector, después de un tiempo más o menos largo.
La cromatografía de gases permite obtener resultados cualitativos y cuantitativos.

Actualmente existen muchos modelos distintos de equipos para cromatografía de gases. En las últimas décadas, los instrumentos que han aparecido presentan muchos cambios y mejoras.


Componentes básicos

- GAS PORTADOR: es el que transporta los componentes de la muestra y crea una matriz adecuada para el detector. Un gas portador debe: ser inerte para evitar interacciones (tanto con la muestra como con la fase estacionaria), ser capaz de minimizar la difusión gaseosa, ser fácilmente disponible y puro y ser económico y adecuado para el detector que utilizamos.

- COLUMNAS DE SEPARACIÓN Y FASES ESTACIONARIAS
Si la fase estacionaria es una sustancia sólida, esta modalidad de la GC se denomina cromatografía gas-sólido (GSC).
Si la fase estacionaria es un líquido no volátil (viscoso), se denomina cromatografía gas-líquido (GLC). La GLC es la más versátil y se usa mucho ya que permite trabajar con compuestos gaseosos (de peso molecular bajo).

- SISTEMA DE INYECCIÓN DE LA MUESTRA: La muestra debe introducirse rápidamente en la columna. Normalmente, los líquidos se introducen en la columna por medio de jeringuillas de inyección (jeringuillas de microlitros) a través de una membrana de goma del inyector termostatizado y los componentes se vaporizan.
La cantidad de la muestra a utilizar depende del tipo de columna, de la cantidad de fase estacionaria que contiene la columna, del espesor de la película (en el caso de capilares de película fina), de la solubilidad de los componentes importantes en la fase estacionaria y de la temperatura.
Controlando los cambios de temperatura de la columna se puede alcanzar el intervalo de temperatura óptimo para cada componente y así obtener para cada uno de ellos picos claros y completamente separados en el caso ideal.

- DETECTORES
El detector es un dispositivo capaz de convertir una propiedad física, no medible directamente, en una señal que nos ofrece información sobre la naturaleza y magnitud de la propiedad física.
En cromatografía el detector funciona comparando una propiedad física entre el gas portador puro y el mismo gas portador con cada uno de los componentes que previamente se han separado en la columna, esta acción se traduce en una señal eléctrica, que posteriormente se amplificará mediante un registrador o integrador gráfico que nos indica el momento en que salen de la columna los componentes.

Muchas veces se usa un detector que es el detector de ionización de llama (FID). En él se mide, registra y amplifica el flujo iónico que resulta de la ionización de las moléculas en una llama de hidrógeno. Este detector depende del flujo de masa, es decir, la señal es mayor, cuánta más sustancia se ioniza en la llama por unidad de tiempo.

EXPLICAR EL OBJETIVO DE INCORPORAR LAS TÉCNICAS DE SEPARACIÓN

Como ya se dijo las técnicas de separación tienen dos objetivos fundamentales que son mejorar la selectividad y al mismo tiempo mejorar la sensibilidad.
Gracias a las técnicas de separación podemos mejorar directamente la selectividad, ya que estas eliminan las interferencias, así nos deshacemos de otros elementos que puedan existir en nuestra muestra y que nos puedan modificar la señal que debemos recibir. De la misma manera podemos mejorar de manera indirecta la sensibilidad, al realizar una preconcentración de la muestra obtendremos mejores resultados en nuestro análisis.
Como se describe en el punto anterior la cromatografía, que es la técnica usada en ambos casos, aunque con variaciones; es una técnica que nos permite obtener una elevada selectividad y sensibilidad, ofreciéndonos así resultados precisos.

TAREA 3 .

PREPARACIÓN DE MUESTRAS

Una muestra es una porción de un objeto donde se investiga un analito.
El objeto del proceso de muestreo es encontrar una muestra que transmita la información real del objeto. La muestra que usamos debe ser representativa, debe poseer las mismas propiedades y características que tiene el objeto completo del cual se obtiene. Así mismo esta debe conservar sus propiedades durante el análisis y el transporte y presentar un tamaño razonable que nos permita trabajar bien con ella.
En nuestro caso debemos describir las etapas de preparación de dos muestras que son el estireno y los isocianatos que pueden estar presentes en el aire, por lo tanto las dos muestras con las que trabajamos se encuentran en estado gas.


ISOCIANATOS
Para obtener una muestra de isocianatos en el aire debemos usar ciertos materiales y aparatos como son las bombas de muestreo, frascos borboteadores de vidrio y tubos de vidrio de tapón enroscado y junta de politetrafluoroetileno (PTFE). La bomba y el borboteador se tienen que conectar con un tubo de longitud y diámetro adecuado para evitar pérdidas.

En el proceso de toma de la muestra debemos seguir varios pasos que describimos a continuación.
1. Calibrar la bomba de muestreo conectada a los borboteadores en condiciones representativas de la toma de muestra, utilizando un medidor de caudal externo. El caudal debe ajustarse en función del volumen de aire y el tiempo de muestreo escogido y debe comprobarse antes y después del muestreo.
El volumen de muestreo recomendado es de 30 litros para un período de muestreo de 8 horas. En períodos de muestreo más cortos se puede aumentar el caudal, pero este no debe exceder de 1 I/min. Si la diferencia de caudales es superior al 10% del caudal inicial debe rechazarse la muestra. Se anotan la temperatura y presión ambientales durante la calibración de la bomba de muestreo.
2. La muestra se toma a través de un tren de tres borboteadores en serie, dos con 10 ml de disolución absorbente (que es la disolución de 1-(2-metoxifenil) piperacina diluída 10 veces con tolueno) y el tercero, que está vacío para evitar que pase disolución a la bomba en caso de que se produzca un accidente.
3. Es aconsejable usar una trampa de carbón activo después de los borboteadores, para evitar que pase vapor de tolueno de la disolución absorbente a la bomba.
4. El aire a muestrear no debe pasar por ningún conducto antes del tren de borboteadores.
5. Si hay algo de evaporación de la disolución absorbente durante el muestreo, hay que añadir tolueno hasta obtener de nuevo los 10 ml.
6. Hay que anotar y registrar los tiempos, temperatura, caudal y presión barométrica antes y después de la toma de muestras.
7. Finalizado el muestreo, debemos desconectar la bomba, retirar los borboteadores y trasvasar el contenido de cada uno de ellos a un tubo de vidrio con tapón roscado. Lavamos el borboteador con un pequeño volumen de tolueno y lo añadimos al tubo correspondiente.
8. Con cada lote de muestras debe utilizarse un borboteador que se someterá a las mismas manipulaciones que los borboteadores de muestreo, aunque en este caso no se hará pasar aire a su través y este será considerado el blanco.
9. Los tubos se enviarán al laboratorio sin que se produzcan pérdidas de contenido y evaporación del tolueno.
10. Es aconsejable analizar las muestras en poco tiempo y almacenarlas refrigeradas mientras no son analizadas. Para períodos de demora superiores a 24 horas se recomienda almacenar las muestras evaporadas.

Preparación de muestras
Las muestras, una vez recogidas se acetilan con 2 gotas de anhídrido acético para mejorar la resolución cromatográfica de los derivados y del exceso de reactivo.
Las disoluciones de los tubos se evaporan mediante una corriente de nitrógeno para secarlas y el residuo obtenido se disuelve en 1 ml de la disolución diluyente (disolución al 0,5% (V/V) de anhídrido acético en acetonitrilo).
Los blancos se tratarán de la misma forma que las muestras.

Preparación de patrones
Los patrones se preparan a partir de los derivados de los isocianatos mediante las diluciones pertinentes con la disolución diluyente. Se prepararán, al menos, cinco disoluciones patrón que cubran el intervalo de concentraciones de las muestras a analizar. La concentración de los patrones se expresa en miligramos de isocianato por mililitros de disolución absorbente.
La determinación de patrones, de muestras y de blancos se efectúa por triplicado.



ESTIRENO
En el caso del estireno en primer lugar hablaremos de la toma de muestra siguiendo el método de captación con muestreos pasivos por difusión y desorción térmica. Después hablaremos de la determinación de estireno en el aire siguiendo otro método que es la captación en tubo adsorbente y desorción térmica.
El procedimiento a seguir se describe a continuación.

Método 1
1. Colocar el muestreador cerca de la zona de respiración siguiendo las instrucciones específicas del modelo utilizado.
2. Terminado el periodo de captación, desmontar el cabezal de difusión y colocar en su lugar el tapón de transporte, asegurando que sea buen hermético.
3. Anotar todos los datos de referencia y el momento de inicio y de final del muestreo. Hay que anotar también la temperatura, la humedad y otros datos de interés desde el punto de vista higiénico.
4. En el transporte, las muestras no deben someterse a temperaturas altas y tampoco contactar con productos que puedan contener componentes orgánicos volátiles.
5. En las condiciones adecuadas, el almacenamiento durante dos semanas a temperatura ambiente no produce pérdidas significativas. El almacenamiento durante periodos mayores deberá comprobarse previamente y en cualquier caso es recomendable realizarlo refrigerado.

Condiciones de desorción térmica
La desorción se realiza en dos etapas. En la primera, los vapores de estireno son conducidos desde el tubo situado en el horno de desorción hasta la trampa fría. Y en la segunda etapa se calienta la trampa fría para conducir los vapores directamente hasta el cromatógrafo de gases.

Preparación de muestras y blancos
Hay que sustituir los tapones de transporte o almacenamiento de los tubos por los cabezales estándar de desorción, teniendo cuidado al colocarlos. Siguiendo las instrucciones del sistema de desorción, debemos realizar este proceso en sentido contrario a como hemos realizado la adsorción.
La preparación de tubos patrón se realiza por triplicado. Los tubos patrón se analizan en las mismas condiciones que las muestras.


Método 2
En este caso debemos tener en cuenta que la determinación de estireno se realiza en una muestra de aire exhalado.
Para obtener la muestra seguimos estos pasos:
1. Insertar el tubo adsorbente en el sistema de captación, asegurando su cierre totalmente hermético.
2. Después que el individuo al que se tomará la muestra realice dos o tres respiraciones profundas y seguidas, deberá mantener el aire de la última inhalación unos 10 o 15 segundos antes de realizar una exhalación prolongada y total a través del tubo de aluminio del sistema de captación. El ritmo de esta exhalación debe ser lento y continuado.
3. Una vez finalizada la exhalación se hacen pasar por el tubo adsorbente y con una jeringa, 4 alícuotas de 50 ml cada una.
4. Se muestreará un volumen total de aire exhalado de 1 litro, que es el volumen de muestra recomendado en condiciones normales.
Si las concentraciones son muy bajas, se pueden muestrear volúmenes de aire exhalado mayores, repitiendo el procedimiento descrito las veces necesarias.
5. Para calcular el volumen total de aire exhalado que circula por cada tubo adsorbente, se toma nota del volumen de la jeringa, del número de alícuotas tomadas en cada exhalación y del número de veces que se repite el procedimiento completo sin cambiar el tubo adsorbente (en caso de que repitamos el procedimiento varias veces).
6. Terminado el muestreo se tapan ambos extremos del tubo adsorbente asegurando la hermeticidad del mismo.
7. En el transporte, las muestras no deben someterse a temperaturas elevadas ni contactar con productos que puedan contener componentes orgánicos volátiles.
8. En las condiciones adecuadas, el almacenamiento durante dos semanas a temperatura ambiente no produce pérdidas significativas.
El almacenamiento durante períodos mayores deberá comprobarse previamente y en cualquier caso es recomendable realizarlo en refrigerador.

Preparación de muestras y blancos
Debemos sustituir los tapones de transporte de los tubos por los cabezales de desorción estándar, teniendo cuidado de colocarlos de tal forma que, siguiendo las instrucciones específicas del sistema de desorción, ésta se realice en sentido contrario a como se realizó la adsorción.
La preparación de tubos patrón se realiza por triplicado.

TAREA 2

MÉTODOS OFICIALES DE ANÁLISIS SEGÚN EL INTITUTO NACIONAL DE SEGURIDAD E HIGIENE EN EL TRABAJO (INSHT)

Los métodos aceptados por el INSHIT han sido sometidos a un protocolo de validación por organizaciones oficiales competentes en el área de la normalización de métodos analíticos, o bien han sido adoptados como método recomendado por asociaciones profesionales dedicadas al estudio y evaluación de riesgos por agentes químicos, así como aquellos métodos recomendados por la UE o basados en métodos ampliamente conocidos y evaluados por especialistas en este tipo de análisis.


ISOCIANATOS
En el método aceptado para la medida del isocianato en aire la muestra se recoge haciendo pasar un volumen conocido de aire a través de un borboteador que contiene la disolución absorbente de 1- (2-Metoxifenil) piperacina (MFP). Así, el grupo amino (NH) del reactivo se une al grupo isocianato (NCO), dando lugar al derivado ureico.

La disolución resultante se concentra y se analiza con un cromatógrafo líquido de alta resolución, equipado con detectores ultravioleta (UV) y electroquímico (EQ).

Cromatógrafo líquido de alta resolución.

A partir de la relación de respuestas en los detectores (EQ/UV) se efectúa la identificación de los derivados ureicos de los isocianatos. La cuantificación se realiza utilizando una curva de calibración preparada a partir del derivado ureico del isocianato y efectuando las lecturas de las áreas de pico en el detector ultravioleta (UV) representando las concentraciones de isocianato en mg/ml, frente a las áreas de los picos obtenidos en el detector ultravioleta.

La determinación de los patrones, así como la de muestras y blancos se efectuará por triplicado.

ESTIRENO
En el caso del estireno aparecen diferentes métodos aceptados.

- Método 1.
La captación se realiza mediante muestreadores pasivos, para lo cual se expone durante un periodo de tiempo determinado a los vapores orgánicos presentes en el aire en el ambiente laboral.
El análisis se realiza por cromatografía de gases en los vapores recogidos y se realiza una curva de calibración representando en una gráfica las cantidades de estireno adicionadas a los tubos patrón frente a los correspondientes valores medios de las áreas de los picos cromatográficos.

Cromatógrafo de gases.

El resultado que se obtiene por este procedimiento es un valor medio integrado de la concentración a lo largo del tiempo de muestreo.

- Método 2.
La muestra no es el aire del ambiente, sino el aire exhalado final, fracción final del aire exhalado, que es recogida siguiendo un procedimiento predeterminado. Esta fracción es la que mejor se puede identificar con la fracción alveolar.

El aire exhalado final procedente de cinco exhalaciones sucesivas se recoge con un tubo de Haldane–Priestley modificado. Se hace pasar vía una válvula a través de un lecho adsorbente con objeto de retener los vapores orgánicos que contenga.
Los vapores retenidos se desorben térmicamente y se analizan directamente en un cromatógrafo de gases equipado con un detector de ionización de llama.

Cromatógrafo de gases con un detector de llama pulsada.

La calibración se realiza mediante la preparación de tubos patrón por triplicado, utilizando y representando en una gráfica las cantidades de estireno adicionadas a los tubos patrón frente a los correspondientes valores medios de las áreas de los picos cromatográficos.

Ilduara Cuadrado Cartelle

Materiales de referencia para el estireno:

Analito certificado y concentración certificada ug/g
Ciclohexano= 158,4±19,3
Acetona= 327,5±14,5
2-Butanona= 319,2±19,3
Benceno= 424,0±53,8
Tolueno= 584,1±53,6
Etilbenceno= 828,6±78,4
m-xileno= 828,4±101,0
Cumeno= 530,4±46,3
ά-metil-estireno= 1692,8±186,9
Benzaldehído= 833,1±66,4
Óxido de estireno= 602,1±53,4


Carlos Ferreiro Barros

PRECISIÓN

Podemos definir precisión como el grado de concordancia que existe entre un grupo de resultados obtenidos al aplicar repetida e independientemente la misma metodología analítica a alícuotas de la misma muestra. Un resultado es preciso si no presenta errores de tipo aleatorio, o al menos si estos errores son aceptables.

Para evaluar la precisión debemos realizar una comparación de varianzas.
Debemos realizar repeticiones del análisis con cada uno de los procedimientos de los que queremos comparar la precisión. Esto permite calcular las S de cada uno de ellos y establecer así su grado de precisión (el más preciso es el que tiene una S menor).

Para determinar la precisión debemos medir el grado de dispersión de los resultados obtenidos y para eso debemos calcular el coeficiente de variación o desviación estándar relativa (%RSD), que tiene la siguiente fórmula:

CV = ( S / X ) • 100

Siendo S la desviación estándar o desviación típica y X la media de los resultados.

Para hacer estos cálculos normalmente se realizan once réplicas, que son resultados obtenidos del análisis del mismo analito en la misma muestra y en condiciones similares. Podemos determinar la precisión de un método analítico realizando 11 réplicas del analito en una disolución patrón, de la cual conocemos la concentración; u once réplicas de una muestra.
Con los once resultados experimentales que obtenemos calculamos la desviación estándar (S). Si S es distinto de cero quiere decir que existen errores de tipo aleatorio. Pero para determinar la precisión necesitamos otro parámetro más, que es el coeficiente de variación (CV) o desviación estándar relativa (RSD), cuyos resultados se expresan en tanto por ciento. Para considerar que nuestros resultados son precisos el coeficiente de variación debe ser menor de 5%.

En nuestro caso trabajaremos con los resultados de 11 réplicas que son fruto del análisis de la misma muestra, en las mismas condiciones, mismo método, mismo laboratorio y realizadas por el mismo analista.

ISOCIANATOS
El valor límite de concentración de isocianatos en el aire es de 0.02 ppm. Se analizó el aire del ambiente laboral de una empresa y los resultados obtenidos fueron:
0.02; 0.03; 0.03; 0.02; 0.01; 0.02; 0.01; 0.02; 0.01; 0.04; 0.02.

Media = 0.02

Desviación estándar = 0.009

Coeficiente de variación = 45%

ESTIRENO
En este caso vamos a utilizar un método analítico para determinar la concentración de estireno en agua embotellada (que no puede exceder nunca de 0.1 ppm) para saber si podemos comercializarla o no.
Los resultados obtenidos tras el análisis fueron los siguientes:
0.12; 0.10; 0.08; 0.10; 0.11, 0.09; 0.09; 0.11; 0.10; 0.11; 0.10.

Media = 0.1

Desviación estándar = 0.01

Coeficiente de variación = 10%


Con estos resultados vemos que en los dos casos la desviación típica es distinta de cero, lo cual nos indica que existen errores de tipo aleatorio. En ambos casos el coeficiente de variación es mayor del 5% por lo que los resultados que hemos obtenido con estas metodologías no son precisos, están demasiado dispersos.

Hadriana Buceta Villaverde

Determinación de isocianatos y estireno en el aire

1. Importancia y motivo de la determinación: El estireno es un producto manufacturado. Es un líquido incoloro que se evapora muy fácilmente y no se disuelve fácilmente en agua.
   Su alta toxicidad viene dada por la irritabilidad que produce en las vías respiratorias superiores, también produce irritación de la mucosa ocular e incluso dermatitis. En ocasiones, altas exposiciones a estireno ejercen acción sobre el hígado y la sangre.
   
   El isocianato es un líquido incoloro, muy inflamable y que se evapora muy rápidamente cuando se expone al aire. Tiene un olor fuerte y muy penetrante.
   Es utilizado en la producción de plaguicidas, espuma de poliuretano y plástico.
   
   La determinación tanto del isocianato como del estireno en el aire es importante porque los dos afectan al sistema respiratorio causando graves daños en los pulmones, si estamos expuestos a altas concentraciones (los pulmones se ensanchan dificultando a respiración en el caso del isocianato).
   
   También afectan a la piel, sufriéndose graves quemaduras; y a los ojos, causando un daño permanente en este caso.
   
   Es improbable que el contacto sea líquido, en contacto con la piel, o por ingestión, pero de ocurrir se sufrirían daños severos en la boca, la garganta, el esófago y el estómago.
   
   En el caso del isocianato se conocen casos en los que por fugas de este elemento, mujeres que estaban embarazadas, al estar en contacto con el, tuvieron abortos repetidamente.
   
   (Patricia Lareo Vales)
   
   
2. Propiedades del analito:
   En este caso, contamos con dos analitos, los isocianatos y el estireno, por lo que comentaremos las propiedades de ambos compuestos:
   
   *ISOCIANATOS:
   
   Los isocianatos son compuestos cuya fórmula general es R- N = C = O en la que R es un radical orgánico; la característica común de los isocianatos es su elevada reactividad química frente a compuestos que disponen de hidrógenos activos. En este caso se encuentran, entre otros, los siguientes grupos: hicroxilo –OH ; sulfhídrico –SH ; amino –NH2 ; imino =NH ; carboxilo –CO2H ; Carbonamida –CONH2 ; etc…
   
   La reacción química entre los grupos hidroxilo de los polialcoholes y los isocianatos da lugar a los poliuretanos, fundamento de una gran parte de las aplicaciones industriales de los isocianatos. En la obtención industrial de poliuretanos suelen formularse tres componentes: Isocianatos, Poliol y catalizadores de la reacción, y Poliol y Freón. Se emplean compuestos con más de un grupo isocianato por molécula, el primer paso de la reacción es la formación de prepolímeros, que poseen grupos isocianatos libres para continuar la reacción hasta la polimerización final:
   
   
   
   La presencia en el ambiente de trabajo de monómeros y prepolímeros que no han reaccionado durante el proceso de polimerización, da lugar a una serie de riesgos higiénicos.
   
   Los isocianatos más utilizados en la industria son los diisocianatos (2 grupos isocianato por molécula). De esta manera, se adjunta una tabla con los diisocianatos más comunes y sus propiedades físicas o químicas:
   
   Diisocianatos más comunes Imagen de http://www.insht.es/
   
   
   Los vapores de isocianatos producen irritación de ojos, nariz y garganta. A concentraciones altas se produce sensación de opresión en el pecho y puede darse bronquitis. Puede llegar a producir un edema pulmonar. En determinados individuos se han dado sensibilizaciones de tipo asmático no existiendo para ellos un nivel de concentración seguro. En la piel producen inflamaciones y pueden dar lugar a sensibilización cutánea y dermatitis.
   
   Fuente: http://www.insht.es/
   
   
   *ESTIRENO:
   
   El estireno es un producto manufacturado. Se conoce también como vinilbenceno, etenilbenceno, cinameno o feniletileno. Es un líquido incoloro de aroma dulce que se evapora fácilmente. A menudo contiene otros productos químicos que le dan un aroma penetrante y desagradable.Se disuelve en algunos líquidos, pero no se disuelve muy fácilmente en agua. Miles de millones de euros se producen al año para fabricar productos tales como caucho, plásticos, material aislante, cañerías, partes de automóviles, envases de alimentos y revestimiento de alfombras. La mayoría de estos productos contienen estireno en forma de una cadena larga (poliestireno) como también estireno sin formar cadenas. Bajos niveles de estireno también ocurren naturalmente en una variedad de alimentos tales como frutas, hortalizas, nueces, bebidas y carnes.
   
   El estireno presenta la siguiente fórmula: C6H5 CH=CH2 y tiene una masa molecular de 104.1.
   Al polimerizarse, varios monómeros de estireno, dan lugar a poliestireno:
   
   
   
   El estireno puede causar intoxicación aguda. El estireno se comporta como:
   
   a) Irritante para las vías respiratorias superiores y la mucosa ocular.
   b) Puede producir dermatitis.
   c) Depresor del sistema nervioso central a altas concentraciones.
   
   Una exposición crónica puede ejercer su acción sobre el sistema nervioso central y periférico, hígado y sangre. Esta sustancia es posiblemente carcinógena para los seres humanos.
   PROPIEDADES FÍSICAS
   Punto de ebullición: 145 ºC Punto de fusión: -30.6 ºC Densidad relativa (agua = 1): 0.9 Solubilidad en agua, g/100 ml a 25 ºC: 0.03 Presión de vapor, kPa a 20 ºC: 0.7 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 3.6
   Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20 ºC (aire = 1): 1.02 Punto de inflamación: 31 ºC (c.c.) Temperatura de autoignición: 490 ºC Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 0.9-6.8 Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 3.2
   
   
   http://www.estrucplan.com.ar/; http://actrav.itcilo.org
   
   (Carlos Ferreiro Barros)
   
   
3. Comentar las propiedades de la muestra:
   La muestra en la que analizaremos los niveles de los analitos es el aire, por lo tanto, la muestra se encuentra en estado gas.
   
   El aire es una mezcla homogénea de varios gases que constituye la atmósfera terrestre que nos rodea.
   El aire está compuesto de nitrógeno (78%), oxígeno (21%) y el 1% restante lo forman sustancias como dióxido de carbono, vapor de agua, ozono, hidrógeno y algunos gases nobles como el argón o el criptón. Hay que tener en cuenta que la composición del aire varía según la latitud y la altitud.
   
   
   Propiedades físicas del aire
   - El aire tiene volumen, ocupa un espacio; pero este volumen no es definido ya que los gases tienden a ocupar todo el espacio que pueden y se adapta al espacio que lo contiene.
   - El aire se expande y se contrae, está en movimiento. Dado que está formado por partículas móviles que chocan y se alejan unas de otras. La expansión o contracción del aire depende de la temperatura. Cuanto mayor es la temperatura más movimiento de partículas habrá y mayor espacio o volumen ocupará. A menor temperatura hay menos movimiento y las partículas estarán más juntas, por lo que el aire ocupará menos espacio.
   - Baja densidad, el aire seco y frío tiene una densidad de 0.0001293 g/ml, mientras que la densidad del agua es 1 g/ml. La densidad del aire disminuye con la altitud.
   - Presión, es el peso que los gases ejercen sobre los cuerpos; el aire ejerce la presión atmosférica.
   - Fluidez, el aire fluye sin gasto de energía desde donde se encuentra en mayor concentración a donde hay menos.
   
   Propiedades químicas del aire
   - Oxígeno (O2): es un elemento gaseoso, incoloro, insípido e inodoro. A elevadas temperaturas forma óxidos al combinarse con otros elementos. A temperatura ambiente es inactivo. El oxígeno es comburente (activa las combustiones). Este gas es indispensable para la vida de todos los seres vivos y es un producto de la fotosíntesis.
   - Nitrógeno (N2): gas inerte y no inflamable, incoloro, inodoro e insípido. Podemos encontrarlo en las proteínas y ácidos nucleicos. Las plantas pueden absorber el nitrógeno a través de sus raíces, sin embargo los animales deben alimentarse de estas plantas para poder obtenerlo. También existen bacterias nitrificantes capaces de convertir el nitrógeno en nitratos (NO3-) y amonio (NH4+). Este elemento se elimina como urea en mamíferos.
   - Dióxido de carbono (CO2): compuesto gaseoso, incoloro, inodoro e insípido. Está formado por carbono y oxígeno. Es poco reactivo y algo tóxico. Se puede disolver en agua y reacciona con ella formando ácido carbónico (H2CO3). Es un producto de las combustiones. Participa en la fotosíntesis y en la respiración celular.
   - Hidrógeno (H2): es un gas, incoloro, inodoro e insípido. Es inerte a temperatura ambiente pero a elevadas temperaturas forma vapor de agua.
   - Ozono (O3): gas incoloro con un olor penetrante. Se produce de forma natural en la estratosfera, pero se descompone fácilmente en oxígeno ya que es inestable. Si se forma en la troposfera es un contaminante peligroso.
   
   Componente Concentración aproximada
   - Nitrógeno(N) 78.03% en volumen
   - Oxígeno(O) 20.99% en volumen
   - Dióxido de Carbono(CO2) 0.03% en volumen
   - Argón (Ar) 0.94% en volumen
   - Neón (Ne) 0.00123% en volumen
   - Helio (He) 0.0004% en volumen
   - Criptón (Kr) 0.00005% en volumen
   - Xenón (Xe) 0.000006% en volumen
   - Hidrógeno(H) 0.01% en volumen
   - Metano (CH4) 0.0002% en volumen
   - Oxido nitroso (N2O) 0.00005% en volumen
   - Vapor de Agua(H2O) Variable
   - Ozono (O3) Variable
   - Partículas Variable
   
   
   (Hadriana Buceta Villaverde)
   
   
4. Legislación española, europea, americana… sobre niveles recomendados, niveles máximos admitidos…, del analito/s en esa muestra/s:
   
   Los isocianatos más utilizados en la industria son los diisocianatos, principalmente el Toluen diisocianato (TDI), el 4,4’-Difenilmetano diisocianato (MDI) y el Hexametilen diisocianato (HDI).
   
   Los límites de exposición profesional españoles recogidos en el documento editado por el INSHT (1999) establecen valores para el TDI, el MDI y el HDI diferenciando valor límite ambiental exposición diaria (VLA-ED) y un valor límite ambiental exposición de corta duración (VLA-EC).
   
   VLA-ED: concentración media del agente químico en la zona de respiración del trabajador medida o calculada de forma ponderada con respecto al tiempo, para la jornada laboral real o referida a una jornada estándar de 8 horas diarias.
   
   VLA-EC: concentración media del agente químico en la zona de respiración del trabajador, medida o calculada para cualquier periodo de 15 minutos a lo largo de la jornada laboral, excepto para aquellos agentes químicos para los que se especifique un periodo de referencia inferior, en la lista de Valores Límite.
   
   - TDI:
   VLA-ED = 0,005 ppm (0,036 mg/m3)
   VLA-EC = 0,02 ppm (0,14 mg/m3)
   
   - MDI:
   VLA-ED = 0,005 ppm (0,052 mg/m3)
   
   - HDI:
   VLA-ED = 0,005 ppm (0,035 mg/m3)
   
   La American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH, USA, 1999) tiene fijado para el TDI un valor promedio máximo permisible en aire para 8 h/ día y 40 h/semana (TLV-TWA) de 0,005 ppm y un valor para exposiciones de corta duración (TLV-STEL) de 0,02 ppm. El MDI tiene un valor TLV-TWA de 0,005 ppm y el HDI de 0,005 ppm.
   
   Los niveles de exposición laboral al estireno más elevados se alcanzan en la fabricación de artículos de plástico reforzado con fibra de vidrio. Actualmente
   VLA-ED = 20 ppm (86 mg/m³)
   VLA-EC = 40 ppm (172 mg/m³)
   
   Hasta 1997 la ACGIH tenía fijado un TLV-TWA (que se refiere a la concentración promedio en tiempo de exposición, para un día laborable de 8 horas y una semana 40 horas, a las que casi cualquier trabajador puede ser expuesto día tras día, sin efectos adversos) de 213 mg/m3.
   
   (Ilduara Cuadrado Cartelle)
   
5. Concentración normal o usual del analito/s en esa muestra/s:
   Hay un número alto de trabajadores potencialmente expuestos al estireno. La probabilidad más alta de exposición ocurre en la industria de plásticos reforzados, donde los trabajadores pueden estar expuestos a concentraciones altas de estireno en el aire y a estireno líquido o a resinas. También pueden estar involucrados trabajadores de la manufactura de caucho y trabajadores en plantas de resinas de estireno-poliéster y en centros de fotocopias.
   
   La FDA (Administración de Drogas y Alimentos) ha determinado que la concentración de estireno en agua embotellada no debe exceder 0.1 ppm.
   
   La OSHA (Administración de Salud y Seguridad Ocupacional) ha establecido un límite legal de 100 ppm de estireno en el aire como promedio durante una jornada diaria de 8 horas.
   
   El aire rural o suburbano generalmente contiene concentraciones de estireno más bajas que el aire urbano. El aire puertas adentro a menudo contiene niveles de estireno más altos que el aire libre.
   0.06-4.6 partes por billón (ppb) al aire libre.
   0.023-11.5 ppb en aire puertas adentro.
   
   La exposición límite permisible del lugar de trabajo (PEL) es el límite máximo y debe ser suficientemente bajo para prevenir sensibilización de los individuos están expuestos a los isocianatos. Sin embargo, las reacciones alérgicas pueden ocurrir en individuos sensibilizados a concentraciones más bajas de estos valores.
   
   Los límites permisibles de estireno para considerar que el aire es de calidad son de una concentración de 800 µg/m3, como valor medio en un periodo de 24 horas.
   Valores guía para contaminantes no cancerígenos recomendados por la OMS
   Contaminante:Estireno
   
   Efectos sobre la salud: Efectos neurológicos en trabajadores
   o también pueden producir molestias por olores
   
   Nivel de efecto observable (mg/m3): 107
   0.07
   
   Factor de incertidumbre: 40
   n.a.
   
   Valor guía o concentración tolerable (mg/m3): 260
   7
   
   Tiempo promedio de exposición:1 semana
   30 minutos
   
   
   
   
   Los niveles permisibles del isocianato vienen dados en el siguiente cuadro del INSHT
   
   T.L.V. =Threshold Limit Values (Valor límite Umbral)
   STEL =Valores límites de exposición para cortos períodos de tiempo
   TDI = Toluen diisocianato
   
   MDI = 4,4’-Difenilmetano diisocianato
   
   
   (Hadriana Buceta Villaverde)
   
   
6. Plantear y describir una problemática real o supuesta:
   
   PROBLEMÁTICA ANALÍTICA REAL:
   
   El control ambiental de la exposición a isocianatos es complejo y controvertido. Por un lado, estos compuestos se presentan en el medio ambiente laboral en diversidad de formas y características fisicoquímicas. Por otro lado, al plantear su evaluación basándose en los criterios de valoración disponibles, la expresión de los valores límite en ppm lleva a la conclusión de que se refieren exclusivamente a la cantidad de isocianato presente en el aire en fase de vapor, cuando cada vez está más extendida la utilización de dímeros y prepolímeros, teniendo lugar la exposición por inhalación de aerosoles. Asimismo, la toxicología asocia los efectos adversos sobre la salud principalmente al grupo isocianato libre contenido en todas las especies, y esto representa un problema, ya que lo que interesa, desde el punto de vista preventivo, es el control de la exposición a todos los grupos isocianato, tanto si proviene de monómeros como de prepolímeros.
   
   Otro problema que se puede plantear es la elección del método de muestreo adecuado para el isocianato presente en el aire, y para ello hay que tener en cuenta las propiedades fisicoquímicas de este:
   
   - Si el isocianato está presente sólo en forma de vapor, son adecuados tanto la captación con impingar* como con filtro impregnado con una solución absorbente.
   - Si el isocianato está presente como partícula, con diámetro inferior a 2 mm (por ejemplo, un aerosol de combustión o condensación) se recomiendan los filtros impregnados.
   - Si el isocianato está presente como partícula, con diámetro superior a 2 mm (por ejemplo, pintado aerográfico) se recomienda el filtro o el impinger en función de la relación entre el tiempo de muestreo y la vida media del isocianato en la partícula según el criterio siguiente: si la vida media del isocianato es igual o superior a 3 veces el tiempo de muestreo requerido, se pueden utilizar filtros o impingers; si, por el contrario, la vida media del isocianato es inferior a 3 veces el tiempo de muestreo requerido, se recomienda el impinger para mejorar la eficacia de la derivatización.
   - Si hay partículas inferiores y superiores a 2 mm, pero de vida media inferior a 3 veces el tiempo de muestreo requerido, se recomienda el impinger seguido de un filtro impregnado con una solución absorbente.
   *Impinger: Instrumento que se usa para muestrear gas en condiciones estáticas.
   http://www.jmcprl.net/ ( NTP 535: Isocianatos: control ambiental de la exposición - Concepción Santolaya Martínez )
   
   
   (Carlos Ferreiro Barros)