Determinación de los hidrocarburos del petróleo en los sedimentos

Comisión
Oceanográfica
Intergubernamental
Manuales y Guias
DETERMINACION DE LOS
HIDROCARBUROS DEL PETRÓLEO
EN LOS SEDIMENTOS
1982 Unesco
11
PREFACIO
El presente informe ha sido preparado por la Comisión Oceanográfica Intergubernamental (COI) de la Unesco con la colaboración de un consultor, el Dr. Karsten H.
Palmork, del Instituto de InvestigacionesMarinas, de Bergen (Noruega), a petición
del Progra.ma de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), por conducto del
programa de su Centro de Actividades para el Programa de los Mares Regionales, el
Programa Coordinado para la Investigación y Vigilancia de la Contaminación en el Mediterráneo (MEDPOL). Se agradece el apoyo prestado por el PNUMA.
Los métodos analíticos presentados -y sus limitaciones- han sido examinados y
aprobados por el Grupo de Expertos de la COI sobre Métodos, Patrones e Intercalibración (GEMSI), a reserva de que, a medida de que se disponga de más información en
cuanto a la elección de los disolventes, el rendimiento de la extracción, la elección de los patrones, etc., los métodos propuestos se modifiquen en consecuencia.
Los métodos presentados en este informe se han elaborado con el fin de servir
de métodos de referencia para determinar el petróleo en los sedimentos para el Programa MEDPOL. Sin embargo, como pueden tener una aplicación mucho más amplia que
una mera zona regional, se publican para uso de los cientfficos marinos interesados
de todo el mundo.
- 3 -
INDICE
1.
INTRODUCCION ........................................................
5
2.
ALCANCE Y CAMPO DE APLICACION .......................................
6
3.
REFERENCIAS Y MATERIAL DE CONSULTA ..................................
6
4.
PRINCIPIO ...........................................................
7
5.
REACTIVOS ...........................................................
7
5.1
Productos químicos ...........................................
8
5.2
Patrones internos ............................................
8
6.
APARATOS Y EQUIPO
...................................................
9
7.
PROCEDIMIENTO DE OBTENCION DE'MUESTRAS ...............................
10
7.1
Planificación.................................................
10
7.2
Selección de los puntos de muestre0 ..........................
10
7.3
Recolección y almacenamiento de muestras .....................
12
7.4
Tipos de muestras ............................................
13
PROCEDTMIENTO DE ANALISIS ...........................................
14
8.1
Preparacion de las muestras ..................................
14
8.2
Determinación del peso en seco
...............................
14
8.3
MineralizaciÓn de la matriz de sedimento .....................
15
8.4
Extracción de los hidrocarburos del petróleo ................. 15
8.5
Separación de alcanos .y compuestos aromáticos utilizando
c o l m a s de alúmina (utilizar antes del anális.is por
fluorescencia de rayos ultravioleta y del análisis
cromatográfico en fase gaseosa capilar)........................
8.
............
15
8.6
Lavado de extractos utilizando columnas de sílice
8.7
El método de separación por fluorescencia de
rayos ultravioleta ............................................
18
..................................................
20
.............................................
23
8.7.1
Calibración
8.7.2
Ensayos en blanco
16
- 4 -
8.7.3
Cálculo de la concentración de la muestra original ............ 23
8.7.4
Prueba del amortiguamiento de la fluorescencia ................ 23
8.8
Cromatografía en fase gaseosa utilizando columnas
de relleno .....................................................
24
Cromatografía en fase gaseosa utilizando columnas
capilares de sílice fundida ...................................
24
Cromatografía en fase gaseosa/espectrometría de masas
computadorizadas (GC/MS/Comp) .................................
25
...........................
30
8.9
8.10
9.
BASE PARA LA OBTENCION DE DATOS DE CALIDAD
.................................................
9.1
planificación
9.2
Garantía de la calidad
9.3
Definiciones de algunos términos estadísticos
9.3.1
La especificidad
..............................................
31
9.3.2
La sensibilidad
...............................................
31
9.3.3
La precisión
...................................................
31
9.3.4
La exactitud
...................................................
31
.lo. OBSERVACIONES FINALES ................................................
31
11 . APENDICE 1 ...........................................................
34
........................................
'
30
30
................. 31
- 5 -
DETERMINACION DE LOS HIDROCARBUROS DEL PETROLEO
EN LOS SEDIMENTOS
1.
INTRODUCCION
La necesidad de analizar los hidrocarburos del petróleo en los sedrmentos puede
obedecer a diferentes razones. Por ejemplo, para citar algunas, i) al deseo de establecer los valores aniiientales antes de iniciar perforaciones frente a la costa o
actividades de producción de petróleo; ii) a que en la zona ae que se trate, un banco pesquero haya sido expuesto a un derramamiento de petróleo, o iii) a que la zona
de que se trate esté expuesta a contaminación permanente proveniente de un tráfico
intenso o de una refineria. Todo este tipo de situaciones puede tener repercusiones
sobre la vida marina y la pesca. En consecuencia, es de suma importancia conocer la
extensión de la contaminación por el petróleo, el grado en que ha afectado a la vida
marina y la duración de sus efectos.
El análisis de muestras de agua de mar de una zona revelerán si la contaminación sigue afectando o no dicha agua. El análisis de muestras de peces grasos o del
hígado de peces magros proporcionará información acerca del grado en que la contaminación por el petróleo ha afectado a los peces. El análisis de muestras de sedimentos puede revelar los resultados de las precipitaciones atmosféricas a lo largo del
tiempo, los valores básicos anteriores a la iniciación de actividades que dan origen
al vertimiento de contaminantes, los resultados de un derramamiento de petróleo, una
infiltración crónica, la contaminación crónica originada por una refineria o simplemente el resultado de los hidrocarburos asociados con las partículas que se depositan, como gránulos fecales, organismos miiertos o vivos, minerales arcillosos y silicatos. A estas particulas se debe, por lo general, la remoción de los hidrocarburos
de la columna de agua. Además, los hidrocarburos del petróleo disueltos pueden ser
absorbidos directamente por los sedimentos según su contenido de materia endógena,
como, por ejemplo, ácidos húmicos.
?Qué tipo de metodologia debe utilizarse para obtener una estimación de los hidrocarburos del petróleo? Se han descrito numerosos métodos analíticos acerca de
cómo estimar estos hidrocarburos. Los métodos van desde los gravimétricos (extractables no volátiles), la absorción de rayos ultravioleta (poliolefinas conjugadas, compuestos aromáticos), la fluorescencia de rayos ultravioleta (compuestos no saturados,
compuestos aromáticos, etc., según la excitación, la emisión, la extracción y la volatilidad), los métodos por rayos infrarrojos (IR) frecuencia de estiramiento de los
grupos CHz-, 2930 cm-', la cromatografia en fase gaseosa utilizando columnas de relleno (hidrocarburos totales, alcanos normales especificos, relaciones parafina normal/isoprenoides) , la cromatografia en fase gaseosa utilizando columnas de capilares
de silice (fundida alcanos normales especificos e hidrocarburos aromáticos policiclicos después de su separación previa sobre silice o sílice cubierta con alúmina o alúmina solamente), a la cromatografia en fase gaseosa/espectrometria de masas sumadas
a un sistema de datos (componentes especificos, componentes preseleccionados) utilizando el sistema en el modo de vigilancia de iones determinados "selected ion monitoring mode" (SIM).
El presente trabajo de referencia sobre métodos tratará de los métodos utilizados hasta la fecha (es decir, la fluorescencia de rayos u.ltravioleta, la cromatografía en fase gaseosa utilizando columnas de relleno o columnas capilares de silice
fundida y la cromatografia en fase gaseosa/espectrometria de masas), todos los cuales
han sido recomendados por diversos grupos,y más recientemente por el Grupo de Expertos sobre Métodos, Patrones e Intercalibración (GEMSI) de la GIPME, en su cuarta reunión, celebrada en Curacao, Antillas Neerlandesas, del 25 al 31 de marzo de 1982.
- 6 -
Los tres métodos requieren el mismo procedimiento cuidadoso para el tratamiento,
el muestreo, la extracción y la realización (véanse las secciones 7.3, 7.4 y 8.1, 8.2,
8.3, 8.4 y 8.5). Se producen diferencias en la etapa analítica, la utilización de
instrumentaciónylaexpresiónde 10s resultados. En el método de la fluorescencia por
rayos ultravioleta (que se describe en la sección 8.7) el resultado se presenta en
forma de un número de unidades de criseno, una expresión del "petróleo" presente en
la muestra. En el método de la cromatografia en fase gaseosa utilizando una columna
de relleno, el resultado se expresa como hidrocarburos totales "total hydrocarbons"
(THC). En el método de la cromatografía en. fase gaseosa utilizando columnas capilares y en el de la cromatografía en fase gaseosa/espectrometria de masas, los resultados pueden expresarse en forma de componentes específicos de alcanos normales, hidrocarburos aromáticos policiclicos y a otros componentes determinados de antemano,
o de los tres, utilizando la cromatoqrafia en fase gaseosa/espectrometria de masas
en la modalidad de vigilancia de iones determinados (SIM).
Los tipos de petróleo que pueden aparecer en el medio ambiente marino pueden diferir considerablemente e ir desde el petróleo crudo hasta diferentes destilados como el petróleo combustible para buques, el petróleo o las precipitaciones atmosféricas. Todos estos "tipos" de petróleo tienen algo en común: contienen componentes
que se disuelven en el agua de mar y componentes que son degradados por las bacterias
y por la luz ultravioleta. En consecuencia, no es el caso de tratar de efectuar análisis para determinar el contenido de "petróleo" como tal, ya que, una vez que ha
llegado al mar, ya no existe en su forma original. Por lo tanto, el método de la
fluorescencia por rayos ultravioleta puede utilizarse en este caso como un método de
separación para descubrir ''puntos calientes'' (es decir, zonas localizadas donde existen concentraciones sumamente elevadas de un contaminante) .
El fundamento teórico del análisis de los hidrocarburos del petróleo debe consistir en plantear las siguientes preguntas: ¿qué tipo de componentes son los más
nocivos? ¿qué componentes derivados del petróleo terminan en los sedimentos? Una
vez contestadas estas preguntas, ha llegado el momento de analizar los componentes
específicos.
2.
ALCANCE Y CAMPO DE APLICACION
Los métodos de referencia descritos son el método de selección por fluorescencia
de rayos ultravioleta, un método de cromatografia en fase gaseosa (FID) y un método
de cromatoqrafia en fase gaseosa/espectrometría de masas para determinar los hidrocarburos del petróleo totales y especificos en las muestras de sedimentos. Para el
análisis quimico de las muestras, se extraen los hidrocarburos con pentano después
de haber saponificado el sedimento bajo reflujo durante 1,5 horas con KOH netanolada.
El extracto se separa en una fracción de alcanos y una fracción de compuestos aromáticos en una columna de alúmina (véase la sección 8.5 para los análisis por fluorescencia de rayos ultravioleta, y mediante cromatografia en fase gaseosa capilar) y se
purifica en una columna de gel de silice (véase la sección 8.6 para los análisis por
cromatografia en fase gaseosa con columna de relleno y la cromatografia en fase gaseosa/espectrografia de masas). El limite de detección para los hidrocarburos del
petróleo ''totales" es aproximadamente 1 mg/kq de sedimento ; para los hidrocarburos
específicos es de 100 ng/kg.
3.
REFERENCIAS Y MATERIAL DE CONSULTA
Anon, 1980. Guidelines for Data Acquisition and Data Quality Evaluation in Environmental Chemistry. Analyt. Chem. 52 (1980) 2242-2249.
-
l -
Farrington, J.W., 1980. An Overview of the Biogeochemistry of Fossile Fue1 Hydrocarbons in the Marine Environment, en Petroleum in the Marine Environment,
Advances in Chemistry Series 185, Leonid Petrakis y Fred T. Weiss eds., American Chemical Society, Washington D.C. 1980.
Friedrich, H., 1973. Marine Biology.
Sidgwick & Jackson, Londres.
An introduction to its problems and results.
Futoma, D.J., Ruven Smith, S., Smith, T.E. y J. Tana.ka. 1981. Polycyclic Aromatic
Hydrocarbons in Water Systems. CRS Press, Inc., Boca Raton, Florida, 1981.
Hites, R.A., R.E. Laflamme y J.G. Windsor jr., 1980. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Marine/Aquatic Sediments: Their Ubiquity, en Petroleum in the Marine
Environment, Advances in Chemistry Series 185, Leonid Petrakis y Fred T. Weiss
eds., American Chemical Society, Wa.shington D.C. 1980.
McAuliffe, C.D., 1980. The Multiple Gas-Phase Equilibration Method and Its Application to Environmental Studies en Petroleum in the Marine Environment, Advances
in Chemistry Series 185, Leonid Petrakis y Fred T. Weiss eds., American Chemical Society, Washington D.C., 1980.
Moore, H.B. y Neil, R.G., 1930. An instrument for sampling marine muds. J. Mar.
Biol. Ass. U.K. XVI: 589-594.
Overton, E.B. y J.L. Laseter, 1980. Distribution of Aromatic Hydrocarbons in Sediments from Selected Atlantic, Gulf of Mexico, and Pacific Outer Continental
Shelf Areas, en Petroleum in the Marine Environment, Advances in Chemistry Series 185, Leonid Petrakis y Fred T. Weiss eds., American Chemical Society,
Washington D.C. 1980.
4.
PRINCIPIO
Después de tomar una muestra del sedimento con una cuchara de van Veen o un sacatestigos de gravedad, los hidrocarburos del petróleo se aislan de las muestras de
sedimentos mediante saponificación con KOH metanolada durante 1,5 horas, seguida de
extracción con pentano. Se utiliza una submuestra para determinar el peso en seco.
En las muestras con un elevado grado de contaminación, la cantidad Yotal'' de hidrocarburos del petróleo puede estimarse utilizando un método de examen mediante fluorescencia por rayos ultravioleta (sección 8.7) y también por cromatografia en fase
gaseosa con columnas de relleno y detector de ionización de llama, integrando ambos
la mezcla compleja resuelta y no resuelta (sección 8.8). Como patrón externo se utiliza un petróleo, tan parecido al petróleo contaminante como sea posible. Determinados hidrocarburos aromáticos no biogénicos '(por ejemplo, naftalenos, fenantrenos
y dibenzotiofenos) , que son los compuestos aromáticos predominantes en las muestras
contaminadas por los hidrocarburos del petróleo, se analizan cuantitativamente utilizando una columna capilar de silice fundida, tres patrones internos (es decir, difenilo-dlO, antraceno-d10 y pireno-dl0 y un espectrómetro de masas como detector.
En el caso de una muestra de sedimento anóxico, el azufre elemental puede alterar el patrón de la cromatografia en fase gaseosa. Este problema puede mitigarse
agregando una o dos gotas de mercurio metálico durante el periodo de reflujo o utilizando una columna de cobre. Sin embargo, si la mezcla se saponifica con KOH metanolada, el azufre se elimina por completo.
5.
REACTIVOS
Todos los reactivos utilizados deben ser de la mejor calidad que pueda obtenerse;
grado p.a. o de cromatografia. Si los disolventes utilizados presentan blancos muy
elevados, deben redestilarse para garantizar la mejor calidad.
- 8 -
5.1
Productos quzmicos
5.1.1
Agua destilada
5.1.2
Metano1 p.a. Merck 6009
5.1.3
Hidróxido Potásico (KOH) p.a. Merck 5033
5.1.4
Cuerpos sólidos de ebullición, Alundum (R) Aproximadamente 8 a 4 mallas.
Cat. no 1590-D 18, Arthur H. Thomas Company, Filadelfia Pa. 19105, U.S.A.
5.1.5
Pentano, -UvasolMerck 7179
5.1.6
Hexano, Uvasol Merck 4369
5.1.7
Nitrógeno, Grado 3
5.1.8
Acido crómico que contenga 4 g 6e dicromato potásico (K2Cr207) en un litro
de ácido sulfúrico concentrado
5.1.9
Gel de sílice (Kieselgel 60) tamaño de las particulas 0,63-0,125 mm (malla
ASTM 120-230) Merck 9386
5.1.10
Oxido de aluminio, ácido de Woelm (anionotrópico) grado de actividad 1 para
cromatografia. M. Woelm ESCHWEGE, Alemania
5.2
Patrones internos:
5.2.1
Difenilo-dl0 MD-208 (99 átomos % D) Lot.nE B-1011.
Merck & Co. Inc. Rahway,N.J.
o Merck Sharp & Dohme Canada Limited, Montreal, Canadá .(NSD-ISOToPES)
5.2.2
Antraceno-di0 MD-46 (98 átomos % D) Lot. no C-570.
Merck & Co.,Inc. Rahway,N.J.
o Merck Sharp & Dohme Canada Limited, Montreal, Canadá (MSD-ISOTOPES)
5.2.3
Pireno-di0 MD-363 (98 átomos % D) Lot. no C-569.
Merck & Co., Inc.Rahway, N.J.
o Merck Sharp & Dohme Canada Limited, Montreal, Canadá (MSD-ISQTOPES)
5.2.4
Una mezcla que contenga aproximadamente 0,5 ng de 5.2.1, 5.2.2 y 5.2.3 por
ml disueltos en hexano. La mezcla puede prepararse de la siguiente manera:
pasar 100 mg de 5.2.1, 5.2.2 y 5.2.3 a un matraz aforado y diluir hasta 100
ml con hexano; solución A.
Tomar 1 mldela soluciónAy dilúira100 ml con hexano. Un ml de esta solución
(solución B) contiene aproximadamente 10 rlg de cada uno de los patrones por
ml.
Tomar 5 ml de solución B y diluir a 100 nl con hexano. La solución resultante (solución C)' contiene aproximadamente 0,5 ng/ml de cada uno de los patrones deuterados. La pesada debe efectuarse con una exactitud de 0,0001 g y
registrarse, de forma que pueda calentarse exactamente la concentración de la
solución.
- 9 -
6.
APARATOS Y EQUIPO
6.1
Cajas termoaisladas de plástico; durante los periodos de,calor utilizar un
refrigerador (+l a +40C) o hielo para enfriar.
6.2
Congelador (-18 a-200C-),si los viajes para la extracción de muestras duran
más de 48 horas.
6.3
Hoja de aluminio limpia para envolver las muestras de sedimentos.
6.4
Frascos de vidrio limpios para las muestras de sedimentos.
6.5
Etiquetas o marbetes para identificar las muestras de sedimentos (véase la
Fig. 5)
6..
6
Seis matraces de vidrio de 250 ml;
6.7
Una balanza, E Mettler tipo B5, n9 14788 (-0,001xg) y una del tipo de las
que se cargan por la parte superior K71 no 88298 (100-200 g) (20,l 9).
6.8
Isomantel, tipo FSEu/lL/6, 220/240 voltios 6x280 'watios, fase S/PH, circuitos 1, número de serie WB 4649, Isopad i.td., Bosehamwood, Herts.
6.9
Isopad F.E.R. Control tipo no 7422 Bx.
6.10
Seis embudos de separación de vidrio de 250 ml con válvulas de cierre de
teflón; vidrio borosilicatado BS 2021.
6.11
Un Rotavapor; Rotavapor Büchi, EL,
baño de temperatura y controlador.
6.12
Matraces de vidrio de fondo redondo de 100 ml para el Rotavapor.
6.13
Paquetes de viales (2 ml) 5080-8712, viale-4330-0525 P, Hewlett Packard.
6.14
Paquetes de juntas herméticas, 9080-8713 Capsule-1540-0132. P Hewlett Packard.
6.15
Un par de pinzas para cerrar los viales;
6.16
Jeringa (100 ni) para transvasar disolventes (Hamilton).
6.17
Jeringas (10 y ni) para la injección de la muestra en GC y GC/MS, jeringa
Hamilton 7001, Supelco, 1 mc. Bellefonte, Pennsylvanie 16823.
6.18
Cromatógrafo de fase gaseosa para columnas de relleno y columnas capilares
de sílice fundida.
6.19
Cromatógrafo de fase gaseosa/espectrómetro de masas/sistema de datos adaptado
para columnas capilares de vidrio ode-sílice.fundida.
6.20
Columnas capilares de vidrio o de sílice fundida de aproximadamente
25 m x 0,21 mm d.i. revestidas de SE-52, SE-54'0 SP-2100.
6.21
Estufa de desecación u horno (1000 a 3000C)
6.22
Espectrofotómetro de fluorescencia por rayos ultravioleta.
-
Quickfit o Jena.
+
Glasapparatefabrik, Flawil (Súiza), con
Wheaton 224301, Millville, N.J.
-
NOTA:
10
-
Los objetos de vidrio que se utilicen por primera vez en el procedimiento
(sección 8) deben lavarse a fondo, utilizando el procedimiento siguiente:
- lavar con agua y jabón;
-
enjuagar con agua limpia, preferiblemente agua corriente, y finalmente
enjuagar con agua destilada y dejar secar;
- dejar el material de vidrio con ácido crómico (5.1.8), preferiblemente
toda la noche;
- enjuagar con agua, por Último, varias veces con agua destilada y dejar
secar.
7.
PROCEDIMIENTO DE OBTENCION DE MUESTRAS
El Plan de obtención de muestras constituye la base de las operaciones relativas a los estudios de contaminación por los hidrocarburos del petróleo y es,.en
consecuencia, muy importante. Los diferentes métodos de obtención de muestras de sedimentos para el análisis químico pueden subdividirse en cuatro categorías: 1) planificación, 2) selección de lugares de muestreo y del número de muestras necesarias
para abarcar la zona de que se trate, 3) la recolección de las muestras (cuchara de
van Veen o sacatestigos de gravedad) y técnicas de almacenamiento, y 4) tipo de muestras
-
7.1
Planificación
Debe elaborarse un plan de obtención de muestras según el
que haya de investigarse.
tipo de situación
Es poco probable que los sedimentos contengan una cantidad apreciable de hidrocarburos disueltos, ya que el petróleo habria pasado a través de la columna'de agua
antes de llegar a los sedimentos. Lo más probable es que los hicrocarburos solubles
hayan desaparecido antes de que las gotas hayan alcanzado los sedimentos (McAuliffe,
1980).
Antes de iniciar un estudio o vigilancia, debe trazarse una línea de referencia: el ritmo de sedimentación es normalmente lento y la obtención de muestras una
vez por año o cada dos años debería bastar para controlar las tendencias.
7'.2
Selección de los puntos de muestreo
Los puntos de muestreo se determinan, por lo común, sobre una amplia cuadrícula que abarque la zona geográfica afectada por un derramamiento de petróleo, que se
elige como zona de referencia, o donde vayan a tener lugar en el futuro las actividades de perforación (Fig.1)
-
Como el análisis de las muestras de hidrocarburos del petróleo es costoso, han
de seleccionarse cuidadosamente tanto el número de muestras recogidas como los puntos de muestreo. Las muestras deben seleccionarse de manera que permitan el logro
de los objetivos fijados; por lo común, esto significa recoger muestras en exceso
cuando sólo se seleccionara un número determinado de muestras para su análisis, en
una etapa posterior.
-
11
-
Siempre que sea posible han de recogerse muestras por duplicado en cada punto de
la cuadrícula. El análisis de los duplicados permitirá determinar la varianza en
los parámetrcs medidos. Esta varianza puede utilizarse luego para indicar el número
de muestras duplicadas necesario para detectar un cambio estadístico en los valores
medidos dentro de unos límites de confianza especificados. El número de muestras
duplicadas calculado para fines estadísticos da por supuesto que losvalores presentan
una "distribución normal" (es decir, que son Gaussianos, Fig. 2 ) .
3 n.m.
70!!
---- -I
I
I
I
1
l
I
2 n.m.
I
I
I
Fig. 1
-
Sistema de cuadrícula para la obtención de las muestras de sedimentos.
= estaciones de muestreo; A = posiciones de perforación; la flecha
señala en la dirección de la corriente residual.
O
Y
T
Fig. 2
-
X
a
Distribución normal, curva de Gauss.
X
- 12 Esta distribución se encuentra por lo común cuando los hidrocarburos de petróleo presentes en el sedimento reflejan la precipitación atmosférica a través del
tiempo. Si los componentes presentes se han originado en un derramaniento reciente,
con una distribución desigual de petróleo en los sedimentos, las concentraciones de
los hidrocarburos en un grupo de muestras duplicadas pueden no estar distribuidas
normalmente y, en consecuencia, no son de aplicación las pruebas de Student "t-tests".
En tales casos, estas muestras deben clasificarse según el lugar causante de la contaminación.
7.3
Recolección y almacenamiento de muestras
Las muestras de sedimentos pueden tomarse con una cuchara de van Veen.
Fig. 3-Cuchara de van Veen para recoger muestras de sedimentos (según H. Friedrich).
Una vez recuperado el tomamuestras, debe dejarse escurrir el agua, evitando
alterar la capa superficial de las muestras. De la capa superior de 5 cm deben tomarse cuidadosamente submuestras por duplicado de aproximadamente 500 ml, a través
de la abertura de la parte superior del tomamuestras (Fig. 3). Tan pronto como se
han obtenido las submuestras, deben envolverse en hoja de aluminio o colocarse en frascos de vidrio y congelarse inmediatamente a -2OOC para proceder posteriormente a su
análisis.
Las muestras de sedimentos pueden recogerse también utilizando un sacatestigos
para sedimentos provisto de un revestimiento interno de vidrio (Moore y Neil, 1930,
Fig. 4).
El revestimiento de vidrio que contiene la muestra de sedimentos puede congelarDespués de deshelarlo con una toalla caliente, el sedimento puede sacarse a presión del revestimiento de vidrio y cortarse con un cuchillo en las longitudes deseadas.
se.
- 13 -
agua
b.
a.
sedimento
i
Fig. 4 - a. Revestimiento de vidrio de un sacatestigos de gravedad. El sedimento
de la parte superior puede utilizarse para el análisis de tendencias.
b. Esquema del sacatestigos completo.
Una vez obtenida la muestra de sedimento, es muy importante almacenarla en un
lugar seguro un marbete en que estén consignadas su identidad y toda la información
necesaria (Fig. 5).
En todo momento.la muestra debe protegerse de la luz del sol y mantenerse ya
sea en un refrigerador ( + 1 a +40C) o en una caja termoaislada enfriada con hielo
hasta que pueda congelarse, preferiblemente entre -18 y -2O.OC.
7.4
Tipos de muestras
En algunos casos, al tomar muestras de sedimentos (por ejemplo, en el caso de
derramamientos de petróleo), es aconsejable recoger, además, otros tipos de muestras
para su análisis químico. Debe tomarse una muestra del petróleo contaminante (1-5g)
para determinar su origen e identidad. En algunos casos, deben recogerse muestras
de agua (3-5 1) pa.ra determinar si sigue presente la Contaminación por el petróleo
e las masas de agua y deben recogerse también organismos marinos para analizar en
R1l.o~los hidrocarburos del petróleo , estableciéndose asi el grado de contaminación.
-
14
-
CHAIN OF CUSTODY RECORD
E N W RO N MENTAL PROTECTION AGENCY
OlSPOSlTlOH O C S C M ? L E
SIGNATURE
-
TIME T A X E H InOURSI O A T E T A U E H
S A M C L E HO.
S O U R C E OF S A M C L E
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a
OlfPOSlTlOH O F S A H P L L
SIGHATURC
SIGHATURE
O
L
1
Fig. 5.
Marbete para la identificación de las muestras recogidas (utilizado por la
U.S. Environmental Protection Agency).
8.
PROCEDIMIENTO DE ANALISIS
8.1
Preparación de las muestras
Se pesa un matraz limpio y seco, de fondo redondo, habiéndole quitado el tapón
esmerilado y se anota el peso. Se pesan aproximadamente 150 g con una exactitud
de 0,1 4. del sedimento parcialmente deshelado y se anota el peso exacto y se calcula el peso en húmedo.
8.2
Determinación del peso en seco
Se coloca en la estufa de desecación o en el horno secador (a 1000 durante dos
horas), utilizando un par de pinzas limpias, un frasco de pesada limpio, al cual se
le habrá quitado el tapón esmerilado. Es importante utilizar las pinzas cada vez
que se toque el vidrio, para evitar que queden huellas de los dedos y partículas de
polvo en el frasco de pesadas. El tapón y el frasco se ponen en un desecador a
enfriar .
Luego se pesan cuidadosamente el frasco vacío y el tapón en una balanza analítica. El peso obtenido es el peso del frasco de pesadas seco y vacío y del tapón.
Se anota el peso. S e quita el tapón y se colocan 25 a 50 g de material de sedimento
en el frasco de pesadas y se vuelve a poner el tapón.
Se determinan cuidadosamente el peso del frasco de pesadas deL tapón y del sedimento. El peso obtenido es el peso en húmedo del sedimento más el peso del frasco
y del tapón.
Se coloca el frasco en la estufa de desecación o en el horno (lOOO), quitando
el tapón y colocándolo también en el horno.
co
Se
la
el
Al cabo de 24 horas, se vuelve a colocar el tapón en el frasco, se saca el frascon el tapón del horno secador, y se colocan ambos en un desecador a.enfriar.
pesa el frasco tapado y se anota el peso. Se repite el ciclo desecado hasta que
diferencia entre pesadas sucesivas sea inferior al 5% del peso total. Se anota
peso en húmedo (PH) y el peso en seco (PS)y se calcula la razón entre ambos (PH/PS).
Nota: Al analizar hidrocarburos del petróleo en sedimentos, se produce menos alteración si la muestra de sedimento se pesa en húmedo en lugar de secarla a 1000. Sin
embargo, si se registran tanto el peso en húmedo como el peso en seco, los valores
pueden compararse con los valores registrados anteriormente.
- 15
b.3
-
Mineralización de la matriz de sedimento
El equipo necesario para esta fase se muestra en la Fig. 6. A 80-100 g. de
muestra de sedimento húmedo en un matraz de fondo redondo se agregan 100 ml de
metanol bidestilado, 3 0 de KOH y cuerpos sólidos de ebullición. Se añade 1 ml
de una mezcla de patrón interno que contenga 0,5mg./ml de bifenilo antraceno y
pireno denterados respectivamente disueltos en hexano. Se hace refluir la mezcla
durante 1 hora 30 minutos (Fig. 7).
8.4 Extracción de los hidrocarburos del petróleo
Se enfría el extracto de metanol a la temperatura ambiente, se pasa a un embudo
de separación (Fig. 8) y se extrae dos veces con 25ml de pentano (Uvasol)' Se separa la fase de metanol de la fase de pentano y se pasa esta Última a un matraz de
evaporación y se reduce el volumen a 0,5ml utilizando un Rotavapor (Fig. 9). Se
trasvasa cuantitativamente el volumen reducido a un vial de vidrio utilizando pentano (Fig. 10). Se. concentra cuidadosamente este extracto hasta obtener aproximadamente 0,2 ml utilizando N gaseoso seco antes del lavado en una columna de alúmina
2
(5.1.10).
Fig. 6.
8.5
Vista de conjunto del equipo necesario para tratar las muestras de sedimentos, A = N (5.1.7), B = vial (6.13), C = KOH (5.1.31, D = metanol (5.1.2)
2
E = cuerpos sólidos de ebullición (5.1.4), F = patrones internos (5.21,
G = -pentano (5.1.5), H = muestra de sedimento-1 = embudo de separación (6.10)
y J = montaje para el reflujo de muestras (6.8).
Separación de alcanos y compuestos aromáticos utilizando columnas de alúmina
(utilizar antes del análisis por fluorescencia de rayos ultravioleta y del
análisis cromatográfico en fase gaseosa capilar)
Se llena hasta unos 5 cm (1,15 9.) con Óxido de aluminio (5.1.10) una pipeta
de Pasteur provista de un tapón de lana de vidrio. La columna se lava tres veces
con 2 ml de pentano (5.1.5) y se agrega el extracto de la muestra a la parte superior de la columna. La elución se efectúa como se indica en el Cuadro 1. Los diferentes eluatos se evaporan a sequedad utilizando un chorro de N 2 gaseoso. Para el
método de fluorescencia por rayos ultravioleta, se disuelven los residuos que
- 16
-
contienen los compuestos aromáticos (es decir, las fracciones 3 y 4) en hexano libre
de compuestos aromáticos y se trasvasan cuantitativamente a un matraz graduado de
1 ó 5 ml y se añade hexano hasta la marca. Para el análisis cromatográfico en fase
gaseosa, se disuelven los residuos en una cantidad conocida de hexano (entre 40 ml
y 1 ml, según la concentración de los hidrocarburos).
Fig. 7.
El matraz que contiene el sedimento, el metanol, el KOH y los cuerpos sólidos de ebulliciónestánlistos para el reflujo.
8.6 Lavado de extractos utilizando columnas de sílice
Se llena con 0,5 g de sílice (5.1.9) una pipeta de Pasteur provista de un tapón
de lana de vidrio. Se lava la columna 3 veces con pentano (5.1.51, luego se coloca
la muestra en la parte superior de la columna y se lava el vial 3 veces con 1,O ml
de pentano. Se eluyen los componentes del petróleo totalmente con 12 ml. de pentano
en total. Se reduce el extracto de pentano a sequedad utilizando un chorro de N
2
gaseoso.
-
17
-
EluciÓn de las diferentes fracciones en la separación de alcanos y compuestos aromáticos (de un extracto de sedimento).
Fuadro 1.
Eluclto
NO
ml. de
eluata
1
2
4
4
pentano
pentano
3
4
pentano: diclorometano
4
4
diclorometano
~~~
~
~~~
disol vente
de elución
~
relación de
disolvente
7: 3
fracciones
resultantes
alcanos
disolveñte solamente
compuestos aromáticosa)
compuestos aromáticos superioresb)
~
(para la ilustración de las separaciones, véase la Fig. 13, pág. 21).
b)
b)
Para el equivalente del eluato
Para el equivalente del eluato
3, véase la Fig. 14 a.
4, véase la Fig. 14 b.
Para los análisis cromatográficos en fase gaseosa que utilizan una columna de
relleno y también para la cromatografía en fase gaseosa/espectrometría de masas en
la modalidad SIM, se disuelve el residuo en una cantidad conocida de hexano (entre
40 ml y 1 ml según la concentración de los hidrocarburos).
Fig. 8.
Trasvase del extracto de metano1 a un embudo de separación (6.10).
-
18 -
Fig. 9. Reducción del extracto de pentano bajo presión reducida utilizando el Rotavapor (6.11).
8.7
El método de separación por fluorescencia de rayos ultravioleta
Se presenta a continuación la metodología relativa al análisis de los hidrocarburos del petróleo utilizando la fluorescencia de rayos ultravioleta. Al efectuar
estos análisis, deben tenerse constantemente en cuenta los puntos mencionados en el
Apéndice 1.
Se introduce una muestra del extracto disuelto en n-hexano, en una célula de sílice de 1 cm tapada. Se mide la intensidad de la fluorescencia a 360 nm (excitaA ser posible, se investigarán los espectros de excitación y de emición a 310 nm).
sión de cada muestra. La mezcla de sustancias fluorescentes (esto es, los bencenos
sustituidos, los naftalenos y los compuestos aromáticos policíclicos) contenidos en los
aceites combustibles brutos y residuales se excita más intensamente a 310 nm y emiten una fluorescencia más intensa en la proximidad de 360 nm.
- 19
-
Fig. 10.
Trasvase del volumen reducido del extracto de pentano a un vial (6.13) utilizando una pipeta de Pasteur.
Fig. 11.
Se utilizan unos alicates (6.15) parE sellar el vial que contiene el extracto que ha de inyectarse en el cromatógrafo de fase gaseosa.
- 20
Fig. 12.
-
Inyección de la muestra en el cromatógrafo de fase gaseosa, HP 5880 (6.18),
equipado zon una columna capilar de sílice fundida (6.20).
8.7.1 Calibración
La intensidad de la fluorescencia de la solución de hexano se compara con la
fluorescencia de una solución de referencia. Debe utilizarse criseno como sustancia
de referencia patrón, a menos que se disponga de una sustancia de referencia más
adecuada. La solución de criseno ha de tener aproximadamente la misma intensidad de
emisión que el extracto desconocido. Las calibraciones se harán al menos una vez al
día en condiciones operatorias idénticas.
- 21
-
...
fenantreno
fenantrenos - C 1
fenantrenos - C,
Fig. 13.
Separación del extracto de una muestra de sedimento de Spitsbergen (derramamiento de petróleo en la mina de carbón de Svea (1979)).
a) antes de la separación sobre alhina ácida
b) 1. eluato
4 ml de pentano; fraccrón de alcanos
eluato
4 ml
de pentano
d) 3. eluato
aromáticos
4 ml
de pentano;
c) 2.
CH2C12 (7:3):
(véase la pág. 17, Cuadro 1, sección 8.5).
fracción de compuestos
-
22
-
O
d
a,
w
O
4J
u
(d
iH
a,
ci
k
(d
..
n
o
1
II>
I
w
ÚO
’
Fig. 14a.
AOQC
Una mezcla de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) cromatografiados
sobre alúmina ácida (8.51, 3. eluato (4 ml de pentano.:
1
Flg. 14b.
Una mezcla de hidrocarburos aromáticos policTclicos (PAH) cromatografiados sobre alúmina ácida (8.5), 4. eluato (4 ml de CH2Cls).
8.7.2
23
-
Ensayos en blanco
A lo largo de todo el procedimiento, hay que tener mucho cuidado de cerciorarse
de que no se contaminen las muestras; por ejemplo, hay que evitar la exposición innecesaria de la muestra de sedimento, el n-hexano o el extracto final a la atmósfera
o a otras fuentes potenciales de contaminación. Se debe verificar frecuentemente,
mediante ensayos en blanco, que los disolventes y el equipo no estén contaminados.
Lo mejor es recorrer todo el procedimiento omitiendo la muestra de sedimento. Si en
los ensayos en blanco se manifiesta una fluorescencia lo bastante elevada como para
indicar la existencia de contaminación (es decir, si la fluorescencia es mayor que
la correspondiente a 1 microgramo por litro de criseno), deben eliminarse las fuentes
de contaminación en lugar de corregir los valores obtenidos en función del valor en
blanco.
8.7.3
Cálculo de la concentración de la muestra original
La concentración de hidrocarburos en el extracto de la muestra, en equivalentes
de criseno, se lee a partir de la curva de calibración del criseno y se corrige cualquier fluorescencia del blanco. La concentración de la muestra original en equiva'lentesde criseno se calcula entonces de la siguiente manera:
A=--.-B x C
D
A = concentración de hidrocarburos en las muestras originales en pg/g
B = Concentración en el extracto de la muestra enl_lCT/ml
C
=
Volumen del extracto en ml.
D
=
Peso de la muestra original en gramos
El resultado obtenido es la concentración equivalente. de criseno enpg/gramos.
8.7.4 Prueba del amortiguamiento de la fluorescencia
Puede darse que existan en la muestra en concentraciones elevadas, otros compuestos distintos de los hidrocarburos; que podrían amortiguar o inhibir la fluorescencia
de los hidrocarburos de la muestra. A fin de comprobar si es así, puede realizarse
el siguiente ensayo:
i)
se mide la fluorescencia del extracto de la muestra;
ii)
se mide la fluorescencia del patrón criseno;
iii) se mezclan volúmenes iguales del extracto de la muestra y del patrón criseno y se mide la fluorescencia de la mezcla;
La fluorescencia de la mezcla debe ser igual a:
fluorescencia
fluorescencia
del
de1
patrón de criseno
+
extracto de la muestra
2
2
Si la fluorescencia es menor en un 20%
o más que el valor previsto, existe
un amortiguamiento importante y debería intentarse un lavado de la muestra (8.6)
Fluorescencia
de la
mezcla
-
- 24 8.8
Cromatografía en fase gaseosa utilizando columnas de relleno
Para estimar el "petróleo total" en los sedimentos, puede recurrirse a la cromatografía en fase gaseosa con columnas de relleno, si bien con este procedimiento
se pierde mucha información. Se inyectan 2 p1.del extracto de la muestra, sometido
al procedimiento de lavado (8.6), en el cromatógrafo de fase gaseosa (véase el Cuadro 2 en lo que respecta a las condiciones cromatográficas).
Puede utilizarse la solución siguiente como muestra de referencia: 2p1. de
una solución quecontenga150 mg de petróleo crudo o del petróleo de que se trate
en 25 ml de hexano; se inyectan 12 pg. Los cromatogramas pueden integrarse empleando un integrador o un planímetro. Ha resultado provechoso integrar solamente una
por lo tanto, se
"ventana" del cromatograma; por ejemplo, entre n-C 5 y n-C2 '
debe integrar y determinar el área por pg. de petróleo de regerencia para estimar el
y n-C
"petróleo total" empleando el área entre n-C
26'
15
-
El petróleo de referencia ha de analizarse en condiciones idénticas a aquellas
en que se analizan las muestras reales.
cuadro 2.
Condiciones para la cromatografía en fase gaseosa en columna de relleno.
Un cromatógrafo de fase gaseosa equipado con un detector de ionización por llama
8.9
Gas portador:
NitrÓgenow17 ml/min
Columna :
200 cm x 4 mm d.i. 3% SP 2100 sobre Chromosorb
80-100 de malla W HMDSO
Temperatura de inyección:
3000~
Temperatura de admisión:
350012
Programación de las temperaturas :
Valor inicial 800C
Tiempo inicial 3 min.
Coeficiente de programación 8oC/min.
Tiempo final 15 min.
Volumen inyectado:
2p1.
Cromatografía en fase gaseosa utilizando columnas capilares
de srllice fundida
-
Se inyectan 1-2vldel extracto de la muestra, sometido al procedimiento de separación indicado supra (sección 8.51, por la técnica de inyección continua. Las condiciones cromatográficas figuran en el Cuadro 3.
Cuadro 3.. Condiciones para la-:cromatografíaen fase gaseosa en columnas
capilares
Cromatógrafo de fase gaseosa HP 5880A equipado con un detector de ionización
por llama.
Gas portador:
2
Nitrógeno a 8 libras/pulg , 1,5 ml/min
Gas de relleno:
Nitrógeno 40 ml/min
Columna :
25m x 0,33 mm
d.i. sílice fundida SE-54
- 25 Temp. de inyección:
2 8 0 ~
Temp. (3e admisión:
2 8 0 ~
Programación de la temperatura :
Valor inicial 40oC
Tiempo inicial 4 min.
Coeficiente de programación 10oC/min.
Tiempo final 15 min.
Volumen inyectado:
1,5 &l continuo.
Las áreas correspondientes a los picos se miden utilizando un sistema electrónico de integración y se consigue la identificación comparando los tiempos de retención de la fase gaseosa cromatográfica con los de patrones conocidos y con análisis
anteriores de cromatografia en fase gaseosa/espectrometría de masas de muestras similares utilizando condiciones idénticas y la nisma columna.
La cuantificación de las áreas máximas identificadas e integradas se realiza por
comparación con el patrón interno más aproximado.
8.10 Cromatografía en fase gaseosa/espectrometría de masas computadorizadas
(GC/MS/Comp
Se inyectan 0,3pJdelextracto de la muestra, sometido al procedimiento de lavado
antes descrito (8.6) , por la técnica de inyección continua. Las condiciones cromatográficas se describen en el Cuadro 4.
Cuadro 4.
Condiciones para el cromatógrafo en fase gaseosa/espectrÓmetro
de masas computadorizadas (GC/MS/Comp)
Finnigan GC/MS/Comp Modelo 9000/3200F/6100
Gas portador:
Helio 1,5 ,x¡l/min
Columna :
25 m
Temp. de inyección:
2 8 0 ~
Programación de las
temperaturas:
valor inicial 200C, luego 20-100SC en 1 min.
tiempo inicial 1 min.
coeficiente de programación 6nCJrnin. de 100-2300C
tiempo final 5 min. isotérmico
O, 3 p-3-continuo
Volumen inyectado:
x 0,2 mm
d.i. sílice fundida Sp 2100
La columna se extiende en toda la longitud a la fuenteiónica en el espectómetro
de masas Finnigan 3200. Se ha demostrado que se pueden analizar los hidrocarburos
aromáticos que se indican a continuación utilizando la modalidad de vigilancia de
iones determinados (SIM), Cuadro 5.
Las Figs. 15a y 15b en las páginas 28 y 29 son ejemplos de cromatogramas de hidrocarburos aromáticos seleccionados obtenidos por la modalidad de vigilancia de
iones determinados (SIM).
Cuadro 5.
Hidrocarburos aromáticos seleccionados para los análisis
Componentes
Naftaleno
Metii-naftalenos (C
1
Naftalenos-C
2
Naftalenos-C3
Fenantreno
Metii-fenantrenos (C
1
Fenantrenos-C
2
Metil-dibenzotiofenos (C
1
Dibenzotiofenos-C
2
Dibenzotiofenos-C
3
Iones moleculares
m/z
m/z
m/z
m/z
m/z
m/z
m/z
m/z
m/z
m/z
128
142
156
170
178
192
206
198
212
226
La cuantificación de los naftalenos se basa en el patrón interno, bifenilo
deuterado (ión-164). Se utiliza antraceno deuterado (ión-188) para la cuantificación del fenantreno, del metil-fenantreno y del metil-dibenzotiofeno; y se emplea
pireno deuterado (ión-212) para la cuantificación del dimetil-fenantreno, el dimetildibenzotiofeno y el trimetil-dibenzotiofeno.
Las áreas comprendidas bajo los diferentes picos se calculan utilizando una computadora Finnigan 6100.
Los factores de respuesta para los distintos hidrocarburos aromáticos relativos
a los patrones deuterados, bifenilo, antraceno y pireno, se determinan inyectando
cantidades conocidas de los componentes aromáticos elegidos en una mezcla de crudo
de Ekofisk (rico en naftalenos y fenantrenos) y de crudo ligero de Arabia (rico en
dibenzotiofenos) .
Se cromotografían 20 mg de crudo de Ekofisk en una columna de sílice corta
de sílice en una pipeta de Pasteur). Se activa el gel de sílice (120-230
mallas) durante la noche a 1 0 5 W antes de SU empleo. Los alcanos (-yalgunos de los
naftalenos inferiores) se eluyen con 7 ml de pentano. La fracción aromática se eluye a continuación con 5 ml de pentano. El eluato se evapora a sequedad y se disuelve a continuación en 100plde hexano.
(2,5 cm
El petróleo bruto ligero de Arabia se trata del mismo modo para obtener una mezcla aromática rica en dibenzotiofenos.
Estas dos mezclas se analizan utilizando la cromatografía en Fase gaseosa con un
detector de ionización por llama (FID), una columna capilar y en las mismas condiciones que las empleadas para los análisis GC/MS. Se parte de lalliipótesis de que los
componentes que se asemejan entre sí dan la misma respuesta por unidad de peso. La
composición de las mezclas aromáticas (en porcentaje) se calcula a partir de las áreas
de los diagramas GC. Cuando se conoce la composición, se áñaden cantidades exactas
de naftaleno, 2,6-dimetiinaftaleno y 2,3,6-trimetilnaftaleno, de forma que se puedan
determinar los naftalenos. Se añade fenantreno para determinar el metil-fenantreno y
el metil-dibenzotiofeno, y fluoranteno para determinar el dimetil-fenantreno, el di
y eltrimetil-dibenzotiofeno. Se analizan entonces las nuevas mezclas por GC y se
integran las áreas correspondientes a los picas. La información resulta ya suficiente
para determinar los naftalenos, fenantrenos y dibenzotiofenos en la mezcla aromática.
- 27 Para poder calcular los factores de respuesta correspondientes a los diferentes
hidrocarburos aromáticos por GC/MS, se añaden cantidades conocidas de los tres patrones deuterados a las mezclas aromáticas y se analizan entonces las muestras por
GC/MS siguiendo la modalidad SIM. Dado que se conocen tanto la cantidad de hidrocarburos aromáticos como los patrones deuterados, pueden calcularse los factores de
respuesta.
Ejemplo :
El factor de respuesta (fr) del naftaleno respecto del bifenilo-d10 es el número
por el que se multiplica el área del fragmento-128 (el naftaleno se detecta utilizando el ión-128) para obtener la cantidad verdadera.
El factor de respuesta del naftaleno se calcula del siguiente modo:
fr
,= cantidad conocida de naftaleno/área del naftaleno
cantidad conocida de patrón interno (bifenilo-d10)/área del patrón interno
.v.
fr
,.
=
18,5/733351 - o,66
37,3/980978
La cantidad de naftaleno, fenantreno, etc., procede de la mezcla patrón.
El factor de respuesta del fenantreno se calcula utilizando patrón interno =
antraceno-d
10
-
La mezcla aromática patrón se prepara utilizando mezclas de petróleos crudos
Ekofisk y ligera de Arabia a las que se añaden cantidades conocidas de los patrones
deuterados. ?(.os hidrocarburos aromáticos en las mezclas de petróleo bruto se cuantifican por GC/MS/SIM y se calculan entonces los factores de respuesta (véase supra).
La mezcla resultante se utiliza entonces como patrón para el cálculo de los factores
de respuesta utilizados para la cuantificación de los naftalenos, fenantrenos y
dibenzotiofenos.
Cuadro 6. Cantidad en lg/ml. de los diferentes hidrocarburos aromáticos en el petróleo patrón determinada por el GC (FID).
Eompuesto
p ,/mi
naftaleno
18,5
fenantreno
metil-naftaleno
81,6
ANTRACENO-~10
3310
115,6
metil-fenantreno
20,7
metil-dibenzotiofeno
29,3
naftaleno-C
2
naftaleno-C
3
BIFENILO-D10
75,7
37,3
Compuesto
6,2
fenantreno-C
2
dibenzotiofeno-C
2
20,5
47,3
dibenzotiofeno-C 29,8
3
PIRENO-DI0
33,2
-
28
-
PATRON AROMaT ICO m2ü-2-8 1
RR 1
F1R2
PATRON AROMATIC0 26-2-81
1m
17l3
1
!TMN
c12
I
.
164
1s
128
N
0
1uü
Fig. 15a.
200
38LI
480
100
mCI
rn
4aa
Cromatograma en fase gaseosa de .. .lassoluciónaromática patrón de una columna capilar con detección espectrométrica de masas SIM, en la que figuran los siguientes picos:
Registro AAln : 99-alcanos
128-naftaleno
142-metil-naftalenos
170-trimetil-naftalenos
%
O
Registro ñA.2: 99-alcanos
156-dimetil-naftalenos
164-difenilo-d
10
(patrón interno)
179-trimetil-naftalenos
El registro AA1 es el espacio de almacenamiento en el sistema de datos.
-
fiR4
29
-
fiR5
PATRON AROMATICO 26-2-81
PATRON AIiOMATICO m-2-81
1
I
226
TMD
212
192
188
U
Fig. 15b.
1EO
26U
360
466
Cromatograma en fase gaseosa de la solución aromática patrón de una
c o l m a capilar con detección espectométrica de masas SIM en que figuran
los siguier,tes picos :
Registro -4:
178-fenantreno
188-antraceno-d10
(patrón interno)
192-metil-fenantrenos
198-metil-dibenzotiofeno
Registro AA5:
202-fluoranteno,
pireno
206-dimetilfenantreno
nos
2 12-dime.
tiofeno ,
pireno-d 10
(patrón interno)
226-trimetildibenzotiofeno
- 30 9.
BASE PARA LA OBTENCION DE DATOS DE CALIDAD
Para garantizar la mejor calidad posible de las mediciones analíticas del medio ambiente que se llevan a cabo, el Comité para el Mejoramiento del Medio Ambiente
de la Sociedad Americana de Química (ACS) encargó a su Subcomité sobre Quimica Analitica Whientallaelaboraciónde unaserie dedirectrices: "DirectricesparalaAdquisición
de Datos y la Evaluación de la Calidad de los Datos en materia de Química Ambiental".
Estas directrices son útiles para la realización de análisis químicos fiables de las
muestras ambientales y, por lo tanto, deberían permitir un intercambio y utilización
de mayor confianza entre laboratorios de los datos obtenidos. Este capítulo se basa
principalmente en las ideas expuestas en las citadas directrices.
Las mediciones analiticas ambientales se llevan a cabo para una diversidad de
fines (véase la introducción). La amplia gama de necesidades en materia de datos
analíticos y los muchos modos de utilizar la información pueden requerir distintos
grados de certidumbre analítica. Por ende, resulta importante establecer la necesidad de exactitud en cada situación. Existen muchas fuentes de dificultades en los
análisis ambientales: un gran número de compuestos orgánicos; una amplia variedad
de parámetros, ausencia de conocimientos técnicos o lagunas en ellos, sesgo en el
muestreo, errores sistemáticos y humanos figuran entre las. dificultades enumeradas
en las "Directrices".
9.1
Planificación. Dadas todas estas dificultades, la exactitud es muy difícil de
lograr. Tiene, por tanto, la mayor importancia la buena planificación de cada
etapa de los trabajos. Este tipo de plan o de modelo se halla de manera implícita
o explícita en la base de todo procedimiento de medición. Los datos se generan y
utilizan para responder cuestiones de las que puedan sacarse conclusiones. Si el
modelo, es decir, las interxelaciones de los datos con el problema, es falso, las
conclusiones sacadas serán igualmente erróneas, incluso si las mediciones son de buena calidad.
El plan modelo debería basarse en un esfuerzo de cooperación entre el analista,
que conoce las técnicas de medición, el científico que utilizará los datos y el estadístico que eventualmente evaluará los mismos. Es más, no debería emprenderse un
programa de mediciones en tanto no se haya establecido un.plan modelo de este tipo.
El plan debe comprender los aspectos generales del problema y el sistema analítico
que se utilizará para su resolución, con referencia preferentemente a detalles escritos de los planes y procedimientos (protocolos).
9.2
Garantía de la calidad. Al objeto de determinar y corregir los problemas, debería idearse un programa de garantia de la calidad que debería comprender:
1.
El mantenimiento de personal calificado, métodos por escrito y validados,
e instalaciones y servicios de laboratorio adecuadamente construidos,
equipados y mantenidos.
2.
El suministro de muestras representativas y testigos.
3.
El empleo de material de vidrio, disolventes y otros materiales de ensayo,
todos ellos da alta calidad.
4.
La calibración, el ajuste y el mantenimiento del equipo.
5.
La utilización de muestras testigo y muestras patrón, con los registros
adecuados.
6.
La observación directa de la ejecución de determinados ensayos críticos.
- 31 -
7.
El examen y la crítica de los resultados.
8.
Las pruehasdela capacidad interna y externa de ensayo.
9.
La utilización de muestras por duplicado.
10.
La comparación de los resultados por duplicado con otros laboratorios
(intercalibración)
11.
Las respuestas a las reclamaciones de los usuarios.
12.
El control de los resultados.
13.
La corrección de las desviaciones de las normas de calidad.
-
Estoselementosbásicos para garantizar lacalidaddelimitan el marco al que deben ajustarse los protocolos por escrito, comprendidos todos los procedimientos analíticos, para obtener resultados fiables.
Es mucho más probable obtener datos exactos cuando se utilizan competentemente
los patrones internos y externos, y cuando el laboratorio ha dado pruebas de ajustarse a unos niveles razonables de exactitud, por participación en un ejercicio de intercalibración.
9.3
Definiciones de algunos términos estadísticos
9.3.1
La especificidad de un método analítico químico es el grado en que el valor
medio de las mediciones corresponde a la sustancia que ha de determinarse y
no a otras sustancias que pueden hallarse preser?tes en la muestra que se analiza.
La sensibilidad de un método analítico quimico es el cambio más pequeño en
la cantidad que se ha de medir que da lugar a un cambio detectable en el resultado. En este caso es sinónimo del término detectabilidad mínima.
9.3.2
9.3.3
La precisión de un método analitico químico es el grado
minación representativa de una sustancia en una muestra
ción que se aproxime a la medición media de un número infinico
la misma muestra. (La precisión, en otras palabras, significa
de los resultados analíticos).
en el que una deterproducirá una medide determinaciones de
la reproductibilidad
en el que el valor me9..3.4 La exactitud de un método analítico químico
es el qrado
dio Ze las mediciones obtenido por el método se aproxima al valor verdadero
de la sustancia medida (eliminándose fisica o matemáticamente los efectos de otras
sustancias que interfieren).
10.
OBSERVACIONES FINALES
La elección de métodos para el análisis apropiado de los hidrocarburos del petróleo no es muy amplia y la opción viene dictada por la situación especifica de que
se trate y el objeto del análisis. Sin embargo, la metodología analítica existente
es sensitiva y selectiva, de modo que pueden determinarse los distintos hidrocarburos
aromáticos en los sedimentos a concentraciones de hasta lod9 g/g peso en seco del sedimento. En la Fig. 16 se representa una visión general del modo más común de analizar muestras de sedimentos actualmente.
-
32 -
Figura 16. Diagrama de flujo de un tipo de análisis de hidrocarburos
en muestras de sedimentos (de Farrington, 1980).
MUESTRA DE SEDIMENTO
Extracción con
soxhlet
Saponificación directa
por hidrólisis alcalina
I
Total extractables
Separación
en pentano
l .
Separación
en pentano
Peiada
1 Material
lipido
extractable
l
Pesada
iii! G,
saponificable
no saponificable
Desecho
Separación del azufre
1
Cromatografía en columna
r
I
Pesada
L
Hidrocarburos
Aromáticos
Aromáticos
(<3 anillos)
Tr.metilcetonas
Fluorescencia de
rayos ultravioleta
l
I
/
Cromatografía en fase gaseosa
(caracterización de la mezcla)
l
Cromatografía en fase gaseosa.- espectrometría de masas
-
33
-
Hoy en día es factible separar cientos de componentes aromáticos distintos,
pero existen hasta ahora muy pocos patrones comercialmente asequibles. Sin embargo,
si los componentes que se pueden identificar se analizan, ya sea mediante patrones
y tiempos de retención o por GC/MS, esos componentes pueden ser controlados de manera que un aumento o una disminución de las concentraciones en los sedimentos a través del tiempo pueden detectarse y, con ello, establecerse tendencias.
En el futuro prÓximo,las actividades en aumento en el océano exigirán mayores
esfuerzos a los quimicos analistas, tanto en lo tocante al análisis de muestras
in situ como a la realización de investigaciones en el laboratorio para resolver
cuestiones tales como la solubilidad de los hidrocarburos aromáticos en general, pero también la manera en que la solubilidad de los diferentes componentes aromáticos
en los sedimentos cambia con el tiempo.
- 34 -
APENDICE 1
Grupo Ad hoc de Trabajo del GEMSI sobre el Análisis de los
Hidrocarburos del Petróleo Disueltos/Dispersos en el Agua del Mar
Woods Hole, Massachusetts (Estados Unidos de América)
16-18 de marzo de 1981, págs. 4-5
Utilización de la fluorescencia de rayos ultravioleta
en un programa de vigilancia de la contaminación por petróleo
Todas las técnicas de medición son sólo parte del plan global de vigilancia,
que comprende la planificación, el muestreo, la extracción, la medición, la comunicación y la interpretación de datos. Muchas de estas etapas son idénticas o se asemejan, independientemente de la técnica de medición utilizada en el programa de vigilancia. Una evaluación completa de la simplicidad, la sensibilidad y el costo debe
tener en cuenta todas estas etapas.
El Grupo Ad hoc estimó que se deben tener presentes las siguientes consideraciones cuando se tome la decisión de utilizar la fluorescencia de rayos ultravioleta
para la vigilancia deloshidrocarburos del petróleo disueltos/dispersos:
i)
La técnica de la fluorescencia de rayos ultravioleta proporciona mediciones relativamente groseras de los hidrocarburos del petróleo disueltos/
dispersos, y solamente si se dispone de datos suficientes (por ejemplo,
cientos de muestras para el Golfo de México) es posible determinar con
la certeza adecuada los "puntos calientes" de contaminación y las tendencias en la concentración de los hidrocarburos del petróleo disueltos/
dispersos.
ii)
Se trata de una técnica fácil de transferir a los paises que cuentan con
una capacidad en desarrollo, y ello constituye una consideración de primera importancia para elegirla para el MARPOLMON como método para determinar los hidrocarburos del petróleo disueltos/dispersos en el agua del
mar. Empero, los países desarrollados que cuentan con capacidad y calificación en otros métodos distintos del de la fluorescencia de rayos ultravioleta, como son la cromatografía en fase gaseosa y la cromatografía en
fase gaseosa/espectrometria de masas (GCGC-MS), que permiten análisis más
detallados, deben ser alentados a aplicar estos métodos a los problemas
relativos a la contaminación, en la esperanza de aumentar la comprensión
no sólo acerca de lo que se mide por la técnica de la fluorescencia de
rayos ultravioleta, sino de la distribución general de los diversos tipos
de compuestos concretos en los hidrocarburos del petróleo disueltos/dispersos. Además, el Grupo Ad hoc estimó que los países desarrollados deberían prestar ayuda a los países en desarrollo en cuanto a la adquisición
de esos instrumentos más sofisticados y en la capacitación en materia de
análisis en el marco del componente de TEMA de la COI.
iii)
El acopio de datos constituye tan sólo la primera etapa de semejante programa de vigilancia y debe preverse lo necesario para una evaluación periódica de los datos y, en base a esas evaluaciones, para la formulación
de recomendaciones. Esto es de aplicación en el caso de cualquier método
que se emplee.
-
35 -
iv)
Existen importantes limitaciones inherentes a la técnica de la fluorescencia de rayos ultravioleta y, por ello, debería ser considerada como
un punto de partida para un programa de vigilancia de este tipo, que
aumentará en su grado de sofisticación y alcance conforme los niveles de
conocimientos especializados y el equipo disponible alcancen un estadio
en el que se puedan aplicar técnicas más sofisticadas.
V)
El programa deberia comprender un esfuerzo continuo de experimentación
en lo relativo a los efectos de factores, tales como la meteorización
de los diversos crudos de petróleo sobre sus propiedades de fluorescencia.
vi 1
El programa debería incluir la presentación de muestras representativas
de diversas regiones con miras a su análisis más detallado en los laboratorios que cuentan con instalaciones de análisis GCGC y GCGC-MS, con objeto de evaluar mejor los tipos y, de ser posible, las fuentes de los
compuestos que originan la fluorescencia medida.
Se señaló que otros métodos, como la cromatografía en fase gaseosa y la cromatografia en fase gaseosa/espectrometria de masas (GC y GC-MS) en capilares de vidrio,
no presentan los problemas de preparación de patrones inherentes al método de la
fluorescencia de rayos ultravioleta. Una consideración primordial para la aplicación
de esos métodos a una actividad mundial del MARPOLMON radica en las limitaciones en
materia de disponibilidad de instrumentos y pericia técnica. No obstante, dado que
dicha instrumentación y pericia técnica existen en algunos países desarrollados y
posiblemente puedan existir en un futuro próximo en muchos paises en desarrollo, el
MARPOLMON deberia alentar, dondequiera que resulte posible, la aplicación de esas
técnicas conjuntamente con la fluorescencia de rayos ultravioleta, fomentando así la
comprensión de la distribución y el destino de los hidrocarburos del petróleo en el
medio marino.