Evaluación de carbonilos, PM2.5 y especies de carbono negro en ambientes intramuros y extramuros de la Ciudad de México

Abstract

Los habitantes de zona urbanas como la Ciudad de México están expuestos a diversos contaminantes antropogénicos. Entre ellos destacan las partículas atmosféricas y los compuestos orgánicos volátiles (COV), los cuales usualmente sobrepasan los límites establecidos por la normativa vigente. Los contaminantes aéreos son de gran interés debido a su importante papel en la química atmosférica, la complejidad de sus fuentes y sus efectos adversos en la salud. Las PM2.5 son partículas finas que sirven como indicadores de la mala calidad del aire, al igual que el carbono negro, que además contribuye al calentamiento global. Ambos producen serios daños en el sistema respiratorio principalmente en niños y personas de la tercera edad. Los compuestos carbonilos son miembros de la familia de los COV, son precursores del ozono troposférico y son considerados como compuestos peligrosos, algunos de ellos ya se encuentran clasificados como carcinógenos. La contaminación del aire se estudia en dos ambientes; extramuros e intramuros, debido al tiempo que pasamos en interiores (vivienda, oficina, salones de clases y otros sitios de trabajo), que es aproximadamente del 90%. El problema de la contaminación en ambientes interiores lo originan diversos factores, entre ellos la cantidad y la variedad de las fuentes emisoras. En esta tesis se evaluaron los niveles de concentración PM2.5, especies de carbono y carbonilos en ambientes intramuros y extramuros de la Ciudad de México. Para la evaluación se diseñaron y llevaron a cabo tres campañas de muestreo de PM2.5 y carbonilos en el aire considerando las temporadas primavera, verano y otoño en ambientes intramuros y extramuros. Cada campaña se realizó en tres zonas de la Ciudad de México: Norte en una vivienda cerca de las instalaciones de la UAM-Azcapotzalco, Centro en la Universidad de las Américas en la Av. Insurgentes y Sur en el Centro de Ciencias de la Atmósfera en Coyoacán. El muestreo en exteriores se realizó en las azoteas de edificios pertenecientes a dos planteles y una residencia, mientras que, el muestreo en interiores se realizó en áreas de oficinas y una residencia. El análisis de datos experimentales se llevó a cabo a través del análisis gravimétrico de filtros cuarzo y teflón, el uso de equipo termo-óptico y cromatografía de HPLC UV-vis. Como resultado de este proyecto, se encontró que las concentraciones de partículas fueron más altas en extramuros que en intramuros, principalmente en la época de primavera en comparación con las obtenidas en verano y otoño del 2019. El contenido de especies carbonáceas en PM2.5 fue alrededor del 20%, del cual el 10% resulto ser carbono negro y el 90% carbón orgánico, en el que se pueden incluir HAP entre otras especies orgánicas. Las concentraciones de carbono total fueron mayores en intramuros que en extramuros. La relación interior-exterior (I/E) para PM2.5 indico que las fuentes en exteriores predominan sobre las fuentes en interiores. Por otro lado, las concentraciones promedio de los carbonilos en los tres sitios fueron más elevadas en el interior de las construcciones que al exterior, especialmente en la temporada de verano. Las concentraciones de acetona tuvieron muchas variaciones en todos los muestreos, alcanzando valores cercanos a los 1000 μg m-3 en intramuros. Los carbonilos con más altos valores de concentración fueron el acetaldehído y el formaldehído. La acroleína también presento algunas variaciones en su concentración especialmente en verano. El propionaldehído y el butiraldehído presentaron concentraciones bajas en todos los muestreos. Se evaluó la relación I/E para cada carbonilo, los cuales mostraron valores mayores a 1 en la mayoría de los casos, lo que confirma una importante aportación de las fuentes intramuros como son el uso de productos de limpieza, el material del inmueble y de mobiliario y actividades humanas que pudieran ser una fuente de emisión de compuestos carbonilos.

Inhabitants of urban areas such as Mexico City are exposed to various anthropogenic pollutants. Among them, atmospheric particles and volatile organic compounds (VOC), which usually exceed the limits established by current regulations. Air pollutants are of great interest because of their important role in atmospheric chemistry, the complexity of their sources, and their adverse effects on health. PM2.5 are fine particles that serve as indicators of poor air quality, such black carbon, which also contributes to global warming. Both cause serious damage to the respiratory system, mainly in children and the elderly. Carbonyl compounds are members of the VOC family, they are precursors of tropospheric ozone and are considered dangerous compounds, some of them are already classified as carcinogens. Air pollution is studied in two environments; extramural and intramural, due to the time we spend indoors (home, office, classrooms and other workplaces), which is approximately 90%. The problem of indoor pollution is caused by various factors, including the number and variety of emission sources. In this thesis, the concentration levels PM2.5, carbon species and carbonyls were evaluated in intramural and extramural environments in Mexico City. For the evaluation, three sampling campaigns for PM2.5 and carbonyls in the air were designed and carried out considering the spring, summer and autumn seasons in intramural and extramural environments. Each campaign was carried out in three areas of Mexico City: North in a house near the facilities of the UAM-Azcapotzalco, Center in the University of the Americas on Av. Insurgentes and South in the Center for Atmospheric Sciences in Coyoacán. Outdoor sampling was carried out on the buildings’ roofs of two campuses and a residence, while the indoor sampling was carried out in office areas and residence. The experimental data was carried out through the gravimetric analysis of quartz and Teflon filters, the use of thermo-optical equipment and HPLC UV-vis chromatography. As a result of this project, it was found that the concentrations of particles were higher outside the walls than inside the walls, mainly in the spring time compared to those obtained in the summer and fall of 2019. The content of carbonaceous species in PM2.5 was around 20%nof which 10% turned out to be elemental carbon and 90% organic carbon, in which PAHs can be included among other organic species. Total carbon concentrations were higher intramural than extramural. Total carbon concentrations were higher intramural than extramural. The indoor-outdoor (I / E) ratio for PM2.5 indicated that outdoor sources predominate over indoor sources. On the other hand, the average concentrations of carbonyls in the three sites were higher inside the buildings than outside, especially in the summer season. Acetone concentrations had many variations in all samplings, reaching values close to 1000 μg m-3 in the intramural area. The carbonyls with the highest concentration values were acetaldehyde and formaldehyde. Acrolein also presented some variations in its concentration, especially in summer. Propionaldehyde and butyraldehyde presented low concentrations in all samplings. The I/E ratio was evaluated for each carbonyl, which showed values greater than 1 in most cases, which confirms an important contribution from intramural sources such as the use of cleaning products, the material of the building and of furniture and human activities that could be a source of emission of carbonyl compounds.