En el grupo de investigación Química Atmosférica, Calidad del Aire y Fotoquímica (FOTOAIR) del departamento de Química Física de la Universidad de Castilla-La Mancha, se estudian los procesos degradación atmosférica de familias de COVs iniciada por OH, Cl y O3 y los mecanismos de formación de otros productos, como O3 y aerosoles orgánicos secundarios, que afectan a la calidad del aire exterior.
Por tanto, la calidad del aire que respiramos tanto en ambientes interiores como en el exterior ha de evaluarse para ver su impacto a través de la formación de contaminantes secundarios y si éstos pueden contribuir a aumentar las concentraciones atmosféricas que afectan a la salud.
Contaminación atmosférica.
La química de la capa de la atmósfera más cercana a la superficie donde se encuentra el aire que respiramos, la troposfera, es la que rige los procesos de contaminación que afectan, de forma directa o indirecta, a nuestra salud. Por su cercanía a la superficie terrestre, a la troposfera se emiten, tanto de forma natural como debido a la actividad humana, gran cantidad de gases contaminantes que en presencia de elevadas concentraciones de NOx y luz solar, producen contaminación atmosférica a escala local (rural o urbana). Es el denominado smog fotoquímico, donde la degradación atmosférica de esos contaminantes primarios genera otros como ozono (O3), formaldehído (HCHO) o partículas en suspensión. El efecto de la contaminación del aire también se puede sufrir a cientos de kilómetros de la fuente de emisión o formación de contaminantes secundarios como O3 (contaminación a escala regional) debido al transporte atmosférico de los contaminantes por los vientos. La formación de contaminantes secundarios en fase gaseosa se detalla en la línea de investigación “Química Atmosférica”.
En cuanto a las partículas en suspensión, la principal fuente de emisión a la atmósfera procede de la combustión de los motores, la calefacción doméstica o la quema de biomasa. Las partículas finas se clasifican según su tamaño: PM1,0, PM2,5 o PM10, de diámetros aerodinámico de menos de 1, 2,5 y 10 µm (1 micra (µm) = 0,001 mm), respectivamente. Dentro de las partículas finas se denominan partículas ultrafinas (PM0,1) a la que posee diámetros menores de 0,1 µm. Las PM10 corresponden a todo el intervalo de diámetros de partículas finas y ultrafinas, denominadas «partículas inhalables». Las partículas finas entran en el sistema respiratorio, pudiendo llegar a los alveolos pulmonares. Estas partículas poseen un diámetro mucho más pequeño que el un cabello humano o un grano de arena fina.
Otras partículas ultrafinas, denominadas aerosoles orgánicos secundarios, se forman in situ en la atmósfera como consecuencia de reacciones fotoquímicas de los COVs con oxidantes atmosféricos, como el radical hidroxilo (OH), átomos de cloro (Cl) u ozono.
Tamaño comparativo de las partículas finas y ultrafinas que se inhalan alcanzando las partes más profundas de los pulmones.
Calidad del aire en ambientes interiores
Pasamos gran parte de nuestro tiempo en espacios interiores (lugares de trabajo, aulas, casa, transporte, etc.). No debemos olvidar que en estos espacios el aire puede estar lleno de gases contaminantes procedentes tanto del exterior como del interior. Los principales contaminantes de interior son CO, NO2, formaldehído, benceno y también de partículas en suspensión. Dado que en países desarrollados permanecemos entorno al 85% de nuestro tiempo en ambientes interiores, es importante controlar la calidad del aire de dichos entornos.
Todos recordamos que hace muchos años el uso de los braseros de picón en hogares rurales era la fuente de calefacción junto a las chimeneas. La combustión incompleta de esos braseros emitía CO que provocaba, en el mejor de los casos, dolores de cabeza o, en el peor de los casos, la muerte por intoxicación. En la actualidad, CO se genera en la combustión incompleta de combustibles como gas natural, carbón vegetal, gasolina y tabaco.
Uno de los principales contaminantes que, generalmente, se encuentra en mayor concentración en el aire interior que al aire libre es el formaldehído. Además, de producirse por cigarrillos y otros productos de tabaco, estufas de gas y chimeneas abiertas al aire, se encuentra en muchos productos que se usan diariamente en el hogar, por ejemplo, desinfectantes, productos de limpieza, pegamentos y adhesivos o barnices. Otro ejemplo de contaminante de interior es el benceno. La quema de incienso o el uso de calefacción sin ventilación o la cocción con estufas de queroseno pueden elevar los niveles de benceno en interiores.
Factores como la mala ventilación, las condiciones y los productos de limpieza, las características del edificio, los hábitos culturales, el clima y el entorno exterior influyen en la calidad del aire interior.
Recientemente, los radicales hidroxilo (OH) se han detectado en ambientes interiores a concentraciones similares a las atmosféricas. La reactividad de OH con contaminantes presentes en el aire interior, puede dar lugar a otros contaminantes secundarios. Uno de los contaminantes que se encuentran en el aire interior son los ftalatos, que se utilizan principalmente como plastificantes de PVC, adhesivos, menaje, embalaje alimentario, etc. Puesto que no hay enlace químico entre el ftalato y el plástico con el que se mezcla, estos compuestos son emitidos con mucha facilidad al aire. Sin embargo, a pesar de su uso tan extendido, no hay información acerca de su reactividad en fase gaseosa.
Monitorización en tiempo real de contaminantes en ambientes interiores
Medida de CO2 para controlar la calidad de la ventilación y reducir el riesgo de la transmisión por aerosoles del SARs-CoV-2
En estos meses de pandemia por el SARs-CoV-2, mucho se ha hablado de las vías de transmisión del virus. La principal vía de contagio es la aérea, concretamente, por aerosoles. La medida del CO2 ambiental en un espacio interior es una forma sencilla y barata de ver la calidad de la ventilación. Al respirar exhalamos CO2 y bioaerosoles que, en una persona infectada de COVID-19, contendría el virus. Además, nos da idea de la cantidad de aire respirado por segunda vez, aire que puede contener aerosoles infectados del virus (Tabla 1). La concentración ambiental de CO2 se suele expresar como relación de mezcla en partes por millón (ppm)[1], es decir, el número de moléculas de CO2 por cada millón de moléculas de aire en un determinado volumen.
Tabla 1. Porcentaje de aire respirado con respecto a la concentración de CO2 de un espacio interior (http://aireamos.org).
| NIVELES DE CO2 interior CO2 int / ppm | ΔCO2/ ppm | % AIRE PREVIAMENTE RESPIRADO |
| < 500 | 150 | <0,33 |
| < 700 | 300 | <0,71 |
| ≥700 | 300 | ≥0,71 |
| ≥800 | 400 | ≥0,96 |
| ≥900 | 500 | ≥1,21 |
| ≥1000 | 600 | ≥1,47 |
CO2 exterior ≈ 420 ppm; ΔCO2 = CO2 ext – CO2 int
Medida de compuestos orgánicos volátiles (COVs) y partículas ultrafinas en aire interior
Para detectar e identificar los contaminantes gaseosos presentes en el aire interior, se emplea la espectrometría de masas por tiempo de vuelo con ionización por transferencia protónica (PTR-ToF-MS, siglas de Proton Transfer Time-of-Flight Mass Spectrometry). La detección de partículas ultrafinas y su distribución de tamaños se realiza mediante un espectrómetro Fast mobility Particle Sizer (FPMS) entre 5.6 nm y 560 nm.
[1] ppm o ppmV se utiliza a menudo para describir concentraciones de contaminantes en el aire (como una relación de mezcla por unidad de volumen).