Red Estatal de Monitoreo Atmosférico (REMA).

Para cuantificar la concentración de Partículas Suspendidas de fracción respirable PM-10 y PM-2.5. Es un método equivalente federal (FEM) para el monitoreo continuo de partículas, certificado por la USEPA (Agencia de Protección al ambiente de los Estados Unidos).

En la atenuación de rayos beta, se emplea un elemento radiactivo como carbono 14 (14C) que emite electrones de alta energía, (conocidos como rayos beta). La radiación emitida se hace pasar a través de un punto de la cinta de fibra de vidrio limpia. Los rayos beta son detectados y cuantificados por un detector de centelleo sensible para asociarlos a una lectura cero o peso inicial. En la atenuación de rayos beta, se emplea un elemento radiactivo como carbono 14 (14C) que emite electrones de alta energía, (conocidos como rayos beta). La radiación emitida se hace pasar a través de un punto de la cinta de fibra de vidrio limpia. Los rayos beta son detectados y cuantificados por un detector de centelleo sensible para asociarlos a una lectura cero o peso inicial.

Posteriormente la cinta avanza a la boca de la muestra, donde una bomba de vacío succiona una cantidad medida y controlada de aire-polvo a través ésta, impregnándola con el aire-polvo recolectado. Al final de una hora de muestreo este punto “sucio” se coloca nuevamente entre la fuente de radiación beta y el detector de tal modo que se obtiene una nueva medición de radiación, la cual es menor debida a la presencia de la muestra. La atenuación de la señal de la radiación se utiliza para determinar la masa de las partículas depositadas en la cinta. La concentración volumétrica de partículas se determina considerando la cantidad del flujo, la presión y temperatura.

La detección de las moléculas de Ozono se basa en la absorción de luz ultravioleta en una longitud de onda de 254 (NM) nanómetros, debido a una resonancia electrónica interna de la molécula de ozono. En su gran mayoría este tipo de analizadores utilizan lámparas de mercurio de cátodo frio, construida para que en un 99.99% genere una emisión de luz dentro de la longitud de onda de 254 NM.

La luz generada por la lámpara ilumina el interior de una celda, que es alternadamente llenada con gas de muestra y completando el ciclo con gas depurado (libre de ozono). La relación de intensidad de luz que pasa a través del gas depurado y la intensidad de luz a través del aire muestra y mediante la diferencia entre las intensidades se obtiene la concentración de Ozono en el aire.

Se emplea para medir la concentración de bióxido de nitrógeno en el aire. La técnica de quimioluminiscencia (producción de luz a partir de una reacción química), consiste en hacer reaccionar dos compuestos químicos para formar un intermediario en estado excitado (alta energía) que al regresar a su estado basal, libera energía en forma de fotones de luz. La intensidad de la luz emitida es proporcional a la concentración del contaminante en la muestra.

La reacción que produce la quimioluminiscencia se da entre el óxido nítrico y el ozono. El método no es capaz de detectar al NO₂ contenido en la muestra de aire, ya que este no reacciona con el ozono, por lo que es necesario hacer pasar la muestra previamente por un convertidor catalítico de molibdeno (Mo) el cual se encuentra a una temperatura de 315°C. El molibdeno reacciona con NO₂ reduciéndolo a NO. Para determinar la concentración de NO₂ en el aire, primero se mide la quimioluminiscencia generada por la muestra original sin que haya pasado por el convertidor catalítico; esta corresponderá a la concentración de NO en la muestra, posteriormente se pasa la misma muestra por el convertidor catalítico y se mide nuevamente la quimioluminiscencia, esta corresponderá a la concentración de NOx (NO₂ +NO). La diferencia entre los NOX y el NO corresponderá a la concentración de NO₂ presente originalmente en la muestra.

Esta técnica se aplica a la medición de la concentración de Bióxido de azufre en el aire. Aquí se emplea la propiedad que tienen las moléculas de dióxido de azufre de emitir luz (fluorescencia), cuando éstas son excitadas por luz ultravioleta. La molécula de SO₂, tiene la propiedad de que tras ser apagada una fuente de luz Ultra Violeta (UV), que la ilumina, emite un pulso de energía luminosa dentro de la región del ultravioleta, pero en una longitud de onda diferente. Si esta luz es encendida y apagada de forma constante y con mucha frecuencia, obtenemos una serie de pulsos muy rápidos. Cuanto mayor sea la concentración de moléculas de SO₂, más intensos serán los pulsos de luz emitidos. Midiendo la intensidad de la luz correspondiente a cada pulso, podremos conocer la concentración de SO₂ presente en la muestra de aire que se analiza.

El mecanismo de reacción de la fluorescencia implica dos pasos, en el primero las moléculas de SO₂ son irradiadas con fotones de 214 nm. Las moléculas absorben parte de la energía de los fotones provocando que uno de los electrones se mueva a un orbital de mayor energía.

El segundo paso implica la transición del estado excitado del SO₂ a su estado basal liberando energía en la forma de un fotón (hν). La longitud de onda de este fotón es de 330 nm y se encuentra en el intervalo de luz ultravioleta sin embargo es de una energía menor.

La medición de bióxido de azufre es afectada por compuestos que fluorescen de la misma manera. Algunos compuestos orgánicos poliaromáticos como el naftaleno y el óxido de nitrógeno tienen un intervalo espectral similar al del dióxido de azufre. Para reducir esta interferencia estos compuestos se remueven empleando una membrana de difusión.

Se basa en la absorción de radiación infrarroja por las moléculas de monóxido de carbono en longitudes de onda cercanas a los 4.7 micrones. Se utiliza un elemento calentado de alta energía (resistencia) para generar una banda ancha de luz infrarroja, esta luz pasa a través de un filtro de gas rotativo (rueda de correlación) que causa que el rayo pase alternadamente a través de una celda llena con mezcla de monóxido de carbono (celda de referencia) y otra celda que contiene solo nitrógeno (celda de muestra). Esto ocurre a una proporción de un número de ciclos establecidos por segundo y provoca que el rayo sea modulado en pulsos de referencia y medida, durante un pulso de referencia, el filtro de gas rotativo despoja efectivamente al rayo de toda energía infrarroja en longitudes de onda en donde el monóxido de carbono puede ser absorbido; esto resulta en un rayo que no es afectado por ningún monóxido de carbono presente en la celda de muestra.

Durante el pulso de medida, el nitrógeno en el filtro rotativo no afecta al rayo que puede ser alterado en forma subsiguiente por cualquier monóxido de carbono presente en la celda de muestra.

El filtro de gas rotativo también incorpora una marca opticortante que sobrepone una modulación de ciclos establecidos por segundo y clara/obscura en el rayo infrarrojo, esta modulación de alta frecuencia es incluida para maximizar el desempeño del detector señal/ruido, obteniendo un resultado en concentración.

Las partículas suspendidas forman una mezcla compleja de materiales sólidos y líquidos, que pueden variar significativamente en tamaño, forma y composición, dependiendo fundamentalmente de su origen. Su tamaño varía desde 0.005 hasta 100 µm de diámetro aerodinámico (da), esto es, desde unos cuantos átomos hasta el grosor de un cabello humano. Las partículas de diámetro mayor a 100 µm no pueden mantenerse en suspensión (son partículas sedimentables), por lo que solo se consideran como contaminantes del aire a las partículas menores a 100 µm. El tamaño es el parámetro más importante de las partículas en términos de su comportamiento y, por lo tanto, de su distribución en la atmósfera. Esto se explica por el hecho que las partículas más pequeñas tienen el tamaño de las moléculas gaseosas grandes, por lo que presentan muchas de sus propiedades. Las partículas finas tienen períodos de vida media en la atmósfera de días a semanas, viajan distancias de 100 km o más, y tienden a ser espacialmente homogéneas en áreas urbanas, por lo que sufren transformaciones que normalmente ocurren durante períodos de estancamiento atmosférico o durante el transporte a largas distancias. En cambio, las partículas gruesas generalmente se depositan más rápidamente, con una vida media en la atmósfera de sólo minutos u horas y, por ende, presentan mayor variabilidad espacial dentro de una misma región (World Health Organization 1999).

Las partículas pueden tener un origen antropogénico o natural. De forma natural provienen de erupciones volcánicas, tormentas de polvo (tolvaneras), incendios forestales o rocío marino. De forma antropogénica provienen principalmente de la quema de combustibles fósiles.

Entre más pequeñas sean las partículas pueden penetrar directamente al interior de los pulmones con posibles efectos tóxicos debido a sus inherentes características fisicoquímicas. En varios estudios, llevados a cabo en Estados Unidos y en Europa, se ha encontrado que la exposición prolongada a partículas finas PM-10 provenientes de la combustión es un factor importante de riesgo ambiental en casos de mortalidad por cáncer pulmonar y enfermedades cardiopulmonares.

La exposición a este contaminante puede causar reducción en las funciones pulmonares, asimismo se pueden presentar los siguientes efectos: Interferir con uno o más mecanismos del aparato respiratorio, actuar como vehículo de sustancias tóxicas absorbidas o adheridas a su superficie, alteración de los sistemas de defensa del organismo contra materiales extraños, daños al tejido pulmonar, carcinogénesis y mortalidad prematura. Las personas con afecciones pulmonares o cardiovasculares crónicas obstructivas, influenza o asma, los ancianos y los niños son los más sensibles, adicionalmente las partículas muestran efectos sobre la visibilidad, debido a que estas, dispersan y absorben la luz.

Las partículas se han estratificado en función de su tamaño y en su habilidad de penetración y depósito en los pulmones. Las partículas con diámetros mayores de 10 µm se depositan casi exclusivamente en la nariz y garganta; las PM-10, también llamada fracción torácica o inhalable, puede penetrar y depositarse a lo largo del tracto respiratorio y las partículas finas PM-2.5 llegan a los bronquíolos respiratorios y región alveolar, por lo que se les conoce como partículas respirables. La fracción más gruesa se deposita por sedimentación, mientras que la fina, por difusión (Hinds 1982; Lippmann 1989, HEI 2002).

Actualmente se considera que las partículas PM-10 y PM-2.5 son un mejor indicador de calidad del aire que las partículas suspendidas totales (PST).

El ozono es un gas que se presenta tanto en la atmósfera superior de la Tierra como a nivel del suelo, puede ser bueno o malo, dependiendo de dónde se encuentra en la atmósfera:

Ozono Estratosférico.- Se encuentra en la atmósfera superior de la Tierra a una distancia de 10 a 30 millas sobre la superficie de ésta, donde forma una capa que nos protege de los dañinos rayos ultravioleta del sol.

Ozono Troposférico.- Se forma en la atmósfera inferior de la Tierra, cerca del nivel del suelo, como resultado de una reacción química, en presencia de la luz solar, entre los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos, contaminantes emitidos por los automóviles, las plantas de energía, las calderas industriales, las refinerías, las plantas químicas y otras fuentes de emisiones. La contaminación mayor ocurre durante los meses de verano cuando las condiciones del clima son propicias para formar el ozono al nivel del suelo: mucho sol y temperaturas altas. Las fuentes naturales de los precursores de ozono incluyen las emisiones de las plantas y suelos, los incendios forestales y los rayos durante las tormentas eléctricas.

El ozono es un gas tóxico que a concentraciones elevadas puede tener efectos en la salud humana, afectando principalmente al aparato respiratorio e irritando las mucosas, pudiendo llegar a producir afecciones pulmonares. El aparato respiratorio es el principal perjudicado por la acción del ozono, los primeros síntomas que se detectan tras una exposición a ozono son: tos, dolor de cabeza, náuseas, dolores pectorales, y acortamiento de la respiración. Estos síntomas se han observado para concentraciones de ozono por arriba de 0.11 ppm (100 puntos IMECA). Si los niveles de ozono superan este nivel puede producirse también inflamaciones pulmonares, híper-reactividad de las vías respiratorias y un grave deterioro de la actividad pulmonar. El ozono también daña la vegetación y algunos materiales como el caucho.

El bióxido de nitrógeno es un gas rojo – naranja – café de olor repugnante característico, es altamente corrosivo y un gran oxidante. Fisiológicamente es irritante y tóxico. Es precursor del ozono troposférico y responsable de la lluvia ácida; causa problemas de visibilidad y origina que en el horizonte objetos blancos se aprecien de color amarillo pálido o café rojizo. Se produce principalmente en los procesos de combustión a altas temperaturas, es capaz de absorber luz visible, lo cual contribuye a la disminución de la visibilidad.

Este gas pertenece a los óxidos de nitrógeno (NOx), término genérico comúnmente empleado para referirse a un grupo de gases altamente reactivos, que contienen diferentes cantidades de oxígeno y nitrógeno como el monóxido de nitrógeno conocido como óxido nítrico (NO) y bióxido de nitrógeno (NO₂).

Las concentraciones en la naturaleza del bióxido de nitrógeno oscilan entre las 10 y 50 ppb (partes por billón), provenientes por la quema de biomasa, la actividad bacteriana y volcánica, y en menor grado por descargas eléctricas por las tormentas.

Los óxidos de nitrógeno se forman cuando un combustible es quemado a altas temperaturas y/o cuando éste contiene compuestos nitrogenados. Las principales fuentes antropogénicas de los óxidos de nitrógeno (NOx), son los vehículos automotores, plantas de generación de electricidad y otras fuentes industriales, comerciales y residenciales que queman combustibles fósiles. En la actividad industrial se produce principalmente óxido nítrico, durante la combustión a altas temperaturas, la cantidad de monóxido de nitrógeno (NO) dependerá de las condiciones en que se lleve a cabo la combustión. El monóxido de nitrógeno, óxido nítrico u óxido de nitrógeno NO es un gas incoloro y poco soluble en agua. Se le considera un agente tóxico.

Afecta principalmente al sistema respiratorio. La exposición a corto plazo en altos niveles causa daños en las células pulmonares mientras que la exposición a más largo plazo en niveles bajos puede causar cambios irreversibles en el tejido pulmonar similares a un enfisema. Se estima que el bióxido de nitrógeno es cuatro veces más tóxico que el óxido nítrico.

La acumulación de bióxido de nitrógeno en el cuerpo humano altera la capacidad de respuesta de las células en procesos inflamatorios, el aumento progresivo en la exposición al NO₂ puede producir problemas de percepción olfativa, molestias respiratorias, dolores respiratorios agudos y edema pulmonar. Estudios clínicos controlados con humanos indican que las personas con asma, representan el grupo más vulnerable a los efectos del bióxido de nitrógeno.

El monóxido de carbono, o CO, es un gas incoloro e inodoro que se forma cuando un combustible que contiene carbono no se quema completamente, es sumamente estable, con una vida media promedio en el aire de 2 meses.

De manera natural se forma por la quema de biomasa y la oxidación de compuestos orgánicos como metano (CH₄), que es un gas común producido por la descomposición de la materia orgánica.

Es un componente de los gases de escape de los vehículos automotores. Las concentraciones más elevadas se encuentran en áreas con mucho tránsito. Es un contaminante típicamente urbano. La principal fuente de emisión antropogénica son los motores de combustión interna y la combustión incompleta de sustancias como gas, gasolina, keroseno, carbón, petróleo, tabaco o madera que se emplean en chimeneas, calderas, calentadores de agua y los aparatos domésticos que queman combustible, como las estufas u hornillas de la cocina o los calentadores a keroseno. Los vehículos detenidos con el motor encendido también lo despiden.

Este contaminante presenta un fuerte gradiente espacial, por lo que las concentraciones presentes en microambientes como en las banquetas de calles con intenso tránsito vehicular y en el interior de vehículos privados y públicos son mucho mayores que las concentraciones medidas simultáneamente en las estaciones fijas de análisis continuo. Esto significa que a pesar de que no excede la norma a nivel de estación, puede haber un número considerable de personas que se ven expuestas a niveles peligrosos de este contaminante.

Es altamente tóxico para los seres humanos y otras formas de vida aeróbicas, inhalado en pequeñas cantidades puede producir hipoxia, daño neurológico y posiblemente la muerte. Aún en concentraciones pequeñas como de 400 ppm en el aire, puede ser fatal. Una característica peligrosa está relacionada a que carece de olor, lo cual da lugar a que no sea detectado por el olfato del ser humano. Los primeros síntomas del envenenamiento pueden ser mareo y dolor de cabeza, seguidos de inconsciencia, falla respiratoria y muerte.

Lo anterior se explica porque el oxígeno se distribuye en el cuerpo gracias a la hemoglobina de la sangre, la hemoglobina tiene una gran afinidad por el monóxido de carbono más que por el oxígeno, por lo que, en presencia de monóxido de carbono, la hemoglobina transportará monóxido de carbono a la sangre en lugar de oxígeno (Carboxihemoglobinemia). Una exposición prolongada al monóxido de carbono puede reducir la cantidad de oxígeno usado por el cerebro hasta el punto en que la víctima queda inconsciente y puede sufrir daño cerebral o muerte por hipoxia (asfixia).

Individuos con enfermedades cardiovasculares o respiratorias, anemia o hemoglobina irregular pueden experimentar efectos de salud más severos o pueden padecer efectos a niveles de exposición más bajos en comparación con individuos menos susceptibles. Los niños pueden ser más vulnerables debido a que respiran más rápido porque sus pulmones se están desarrollando. En personas sanas la exposición a CO puede afectar la visión o la agilidad mental.

El dióxido de azufre (SO₂) es un gas incoloro, que puede ser detectado por su sabor en concentraciones entre 1000 y 3000 g/m³ (aproximadamente 0.38 y 1.15 ppm). En concentraciones superiores a los 10,000 g/m³ (casi 3 ppm) tiene un olor caustico irritante. Se disuelve con facilidad en agua para formar ácido sulfuroso (H₂SO₃); este último se oxida lentamente y forma ácido sulfúrico con el oxígeno del aire (en presencia de catalizadores como el magnesio y el hierro se oxidará más rápidamente), el cual, junto con el HNO₃ y agua, forman lluvia ácida. Ésta daña los cultivos, los bosques, los materiales, los monumentos históricos.

También, acidifica los suelos y el agua de lagos y ríos. El ácido sulfúrico también se convierte en partículas sólidas (sulfatos) que reducen notablemente la visibilidad.

Este reacciona catalíticamente o de forma fotoquímica en fase gaseosa con otros gases contaminantes para producir trióxido de azufre, ácido sulfúrico, sulfitos y sulfatos que son aún más irritantes para el sistema respiratorio que el mismo SO₂.

Se genera tanto en fuentes naturales como son las erupciones volcánicas y la actividad geotérmica que libera grandes cantidades de dióxido de azufre, junto con pequeñas cantidades de trióxido de azufre, azufre elemental, sulfuro de hidrógeno y sulfatos en forma de partículas. Sin embargo, la mayor fuente natural es la oxidación del material orgánico que contiene azufre o la reducción del sulfuro de hidrógeno en condiciones anaerobias.

En fuentes antropogénicas proviene de la quema de combustibles que contienen azufre tales como carbón o aceite; durante el proceso de refinamiento del petróleo para extraer gasolina, en la producción de ácido sulfúrico o cuando los metales son extraídos de las menas de algunos minerales como el aluminio, cobre, zinc, hierro y plomo.

Causa daños en las plantas ya que se manifiesta por el amarillamiento de las hojas, con lo que se disminuye la capacidad de estas de captar el CO₂ y convertirlo a O₂.

Los óxidos de azufre son solubles en agua, por lo que pueden formar ácidos agresivos, así, estos pueden hidratarse con la humedad de la mucosa conjuntival y respiratoria, y constituir un riesgo para la salud. Los óxidos de azufre penetran en los pulmones y se convierten en agentes irritantes, los aerosoles sulfatados son de tres a cuatro veces más potentes que el bióxido de azufre y también penetran hasta los pulmones ocasionando vulnerabilidad en las defensas.

El dióxido de azufre es causante de enfermedades respiratorias como bronco constricción, bronquitis y traqueítis, también puede causar broncoespasmos en personas sensibles como los asmáticos, agravamiento de enfermedades respiratorias y cardiovasculares existentes, incluso la muerte. Si bien los efectos señalados dependen en gran medida de la sensibilidad de cada individuo, los grupos de población vulnerables al dióxido de azufre son los niños y adultos mayores, principalmente personas que padecen asma y enfermedades pulmonares crónicas como bronquitis y enfisema.

La combinación de óxidos de azufre y partículas suspendidas actúan sinérgicamente produciendo un efecto combinado mucho más nocivo que el efecto individual. Experimentos realizados en animales expuestos a concentraciones de SO₂ de 9 a 50 partes por millón (ppm), muestran cambios morfológicos y funcionales permanentes similares a los que se presentan con bronquitis crónica.