Diseo de un Mtodo de Anlisis Espectrofluomtrico para la Determinacin de Etanol en Aire

Rosa Alafro SolsJuan Valds GonzlezJuan Pablo Sibaja BrenesGermain Esquivel HernndezUniciencia Vol. 27, N1, p. 215-231, junio 2013www.revistas.una.ac.cr/unicienciaISSN 1101-0275

Contenido

Motivacin Riesgos a la salud por exposiciones de etanolProblemaEquipos utilizadosMuestreo MetodologaResultados Conclusiones

MotivacinEl crecimiento industrial y el uso masivo de combustibles fsiles, han expulsado han expulsado diversidad de materiales contaminantes para el aire, como lo es el etanol (compuesto organico voltil, COV)

Motivacin El Etanol puede ser usado para oxigenar la gasolina y provocar una combustin ms completa, reduciendo las emisiones al aire de monxido de carbono, COV , pero aumenta las emisiones de aldehdos, cetonas, cidos carboxilos y etanol sin quemar. Estas emisiones directas a la atmosfera forman parte de ciertas reacciones y procesos de fotooxidacin que generan ozono y nitrato de peroxiacetilo (cancerigeno).

Riesgos a la salud por exposiciones de etanol MutacionesDaos al desarrollo del feto, en altas concentracionesDolor de cabeza, nauseas , mareoIrritacin de la piel, ojos, nariz boca y gargantaDaos en el hgado, sistema nervioso por concentraciones altas y repetidas.

Concentraciones 1000-3300 ppm pueden provocar los sntomas mencionados.Concentraciones mayores que 3300ppm son altemente peligrosas para la vida.

ProblemaLa capacidad de oxidacin de los compuestos orgnicos voltiles oxigenados (CVOO) en la troposfera es poco conocida y por consiguiente se requieren de mtodos analticos de detencin tanto en fase liquida como gaseosa, de manera de determinar su concentracin en el aire, y poder establecer controles y medidas para proteger la salud humana.

Equipos UtilizadosEspiral de vidrio refrigerada de 25cm de longitud, 20 cm dealto y 2,5cmm de dimetro interno, para realizar el muestreo.Fig 1: Espiral de vidrio para el muestreo del etanol

Equipos UtilizadosSistema de Inyeccin por flujo, acoplado a una columna que contiene alcohol oxidasa, inmovilizada sobre perlas de vidrio y un sistema de detencin por fluorescencia para el anlisis.

4. Bomba peristltica6.Vlvula de inyeccin8. Y 9. Cmaras de mezclas7. Reactor enzimtico13. Detector de fluorescencia14. Sistema de obtencin de datos

Disolucin de arrastre conformada por:Amortiguador de fosfato 0,1 mol L^(-1), pH=7,5Disolucin reactivo: acido hidroxifenilactico 0,1 mol L^(-1) + 250U de peroxidasa + amortiguador de fosfato 0,1 mol L^(-1), pH=6,0Hidrxido de sodio 0,15 mol L^(-1)Fig 2: Sistema de inyeccin por flujo

MuestreoLas muestras se tomaron en las instalaciones del Ingenio Taboga, en la provincia de Guanacaste a una altura de 13 metros sobre el nivel del mar.Se recolectaron en viales de polietileno de alta densidad de 25 mL, a los cuales se les midi la masa antes y despus de la muestra.Se almacenaron en un refrigerador a 4C.

MetodologaEl sistema de inyeccin por flujo utilizado es el descrito por Taniai,Sukuragawa y Okutani (2001) y Valds (1999).Con un detector de fluorescencia , utilizando una disolucin 1,00 mol/L, que contiene el dimero del acido p-hidroxifenilcetico se evaluaron y fijaron las longitudes de onda de excitacin (310nm) y de emisin (410 nm).Se fijo el flujo de la fase mvil en1,05 mL/min. Esto se obtuvo realizando 10 inyecciones repetidas del patrn (etanol 1,00mol/L), variando el flujo entre 0,75 mL/min y 1,60/mL/min.Se fijo la longitud del reactor (1m). Este valor se obtuvo inyectando 10 veces un patrn (etanol 1,00mol/L), y variando la longitud entre 0,00m y 4,00 m.Se fijo la longitud y el dimetro interno de la columna de alcohol oxidasa inmovilizada sobre perlas de vidrio en 7,00 cm y 3,00 mm respectivamente. Inyectando 10 veces un patrn (etanol 1,00mol L^(-1)), y variando su longitud entre 4,00 cm y 10,000 cm y su diametro entre 2,00mm y 3,00mm.La concentracin ptima de la disolucin de hidroxido de sodio (0,15 M) se determin variando la concentracin de 0,1 mol/L a 2,0 mol/L hasta obtener un pH de 11,00.

ResultadosFig 3: Espectros de excitacin y emisin del dimero del cido p-hidroxifenilactico1,00 mol/minSe observan 2 longitudes de onda mxima de excitacin (295 nm y 415 nm).Se observan 2 longitudes de onda mxima de emisin (310 nm y 415 nm).Por lo tanto, se fijo la longitud de onda de excitacin en 310 nm y la de amisin en 410 nm.

ResultadosFig 4: Determinacin del flujo de anlisis en el sistema de inyeccin por flujoSe fijo un flujo de anlisis de 1,05 mL/min, ya que para las 10 inyecciones del patrn (etanol 1,00 mol/L), variando el flujo, el rea del pico disminuye para flujos menores y mayores que 1,05 mL/min, ya que a velocidades mayores que 1,05 mL/min, el analito no tiene suficiente tiempo de reaccionar tanto en la columna de alcohol oxidasa como en los reactores.

ResultadosFig 5: Determinacin de la longitud del reactorSe fij la longitud ptima del reactor en 1,00 m, debido a que para esa longitud se obtiene la mayor rea de pico (6,39x 10^(4)).La longitud ptima interna de la columna de alcohol oxidasa es de 7,00 cm, ya que para dicha longitud los picos son bien definidos, lo que indica que para convertir en perxido de hidrogeno las concentraciones de alcohol etlico (etanol) presentes en el aire, la cantidad de enzima en la columna es ptima.

ResultadosSe observa que la columna con 3mm de dimetro genera una mayor cantidad de perxido de hidrgeno, ya que el volumen de la columna es un poco ms del doble y contiene mayor cantidad de enzima.

ResultadosEl hidrxido de sodio se usa para asegurar que el pH de la disolucin que contiene el dimero de p-hidroxifenilactico sea mayor que 11,00 y as lograr su mxima emisin. Este ocurre para 0,15 mol/L. Esto se debe a que para pH < 11,00 se produce disminucin de la intensidad de la fluorescencia, enfuncin del grado de disociacin del dimero. Mientras que para pH > 11,00 ocurre disminucin de la intensidad de emisin, debido a la prdida de la actividad enzimtica (peroxidasa), que limita la formacin del dimero.

ResultadosEl mtodo diseado es lineal de 1,00 mol/L a 5,00 mol/L, con una correlacin de R^2= 0,995.Para concentraciones de etanol mayores de 8,00 mol/L, disminuye la linealidad, la curva comienza a presentar un comportamiento hiperbolico.

ResultadosConcentracin mxima en los fermentadores = 1200 2 mg/m^3.Concentraciones mximas en condensadores , entrada de destilera, laboratorio de destilera son menores de 44,6 0,1 mg/m^3.

ConclusionesSegn la norma mexicana NOM-076-SSA1-[12], el mximo permisible de exposicin a los vapores de etanol en una jornada de 8H es de 1884 mg/m^3 . La concentracin mxima de etanol en los fermentadores estuvo cercana al limite permitido. Por lo que por periodos prolongados de exposicin se podran sentir sntomas de envenenamiento.Sin embargo, las mximas concentraciones de etanol en los otros lugares fue mucho menor que la permitida.La determinacin anlitica de etanol en aire, con la utilizacin de una columna que contiene alcohol oxidadsa inmovilizada sobre perlas de vidrio, acoplada a un detector de fluorescencia, es rpida, confiable y genera resultados de buena precisin.La tcnica empleada puede ser utilizada para determinar concentraciones de etanol en aire , en ambientes laborales y externos.