Determinación de Compuestos Orgánicos Volátiles (VOC)

Boletín IIE, abril-junio del 200340proteger la salud de los empleadosen un ambiente laboral, esnecesario llevar a cabo dos pasoselementales: el reconocimientode los contaminantes y la evaluacióndel tiempo de exposición delempleado a estos contaminantesquímicos tóxicos.De acuerdo con la normatividadcorrespondiente, más de189 HAP pueden ser encontradosen un ambiente laboral, peroson principalmente 11 los quepueden ser hallados en una refinería(Enviromental ProtectionAgency, 1995) y que resultan losmás significativos pues se considerannocivos a la salud de lostrabajadores. Los HAP generadosen una refinería son: benceno,tolueno, xileno, naftaleno, isoctano,fenoles, cresoles, metil etilcetona, etil benceno, hexano ymetil terbutil éter.NormatividadEl 2 de julio de 1993, en cumplimiento con lo previsto en el artículo 46fracción I de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, la Secretaríade Trabajo y Previsión Social presentó al Comité Consultivo Nacionalde Normalización de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente Laboral,el anteproyecto de la NOM-010. El 7 de julio de 1993, el Comité considerócorrecto el anteproyecto y acordó que se publicara en el Diario Oficialde la Federación. El 19 de julio fue publicada en el Diario Oficial de laFederación y entró en vigor en los 90 días siguientes después de dichapublicación. Posteriormente, la norma se actualizó en 1999 (Diario Oficialde la Federación, 2000).Esta norma es relativa a las condiciones de seguridad e higiene en loscentros de trabajo donde se producen, almacenan y manejan sustancias químicascapaces de generar contaminación en el medio ambiente laboral, ydebe aplicarse en todos los centros de trabajo donde se produzcan, almaceneno manejen sustancias químicas tóxicas que pudieran dañar la salud delos trabajadores.En la norma se indican algunas de las obligaciones del patrón, por ejemplo:que debe adoptar medidas preventivas tomando en cuenta la naturalezadel trabajo, las características físico-químicas y toxicológicas de las sustancias,las características de las fuentes generadoras; debe tomar en cuenta eltiempo y la frecuencia de exposición del empleado a dichas sustancias yprocurar el reconocimiento, evaluación y el control necesario para preveniralteraciones en la salud de empleados expuestos (Diario Oficial de la Federación,1994).Asimismo, se indican las obligaciones del empleado, que incluyencolaborar en las medidas de evaluación y observar las de control que seestablezcan en los centros de trabajo donde desempeñen sus actividades;participar en la capacitación y adiestramiento proporcionados por el patróny usar el equipo de protección personal dotado por el patrón.En cuanto a normas internacionales, en 1911 en los Estados Unidosfueron aprobadas las primeras actas sobre compensación por problemasde salud de los trabajadores y, para 1948, todos los estados tenían algunaforma de compensación para los trabajadores. Sin embargo, fue en ladécada de los años setenta que la legislación federal tuvo un impactodramático en la seguridad profesional y salud del obrero norteamericano.El Acta de Salud y Seguridad Ocupacional de 1970 (P. L. 91-596) esuna de las leyes federales de mayor alcance nunca antes dictadas (TheOccupational Safety and Health Act, 1970) y se aplica a todos los empleadosy patrones involucrados en un negocio efectivo de comercio,excepto para empleados gubernamentales y para empleados y patronesen sitios de empleo regulados bajo otras leyes federales. Citando el preámbulodel acta, su propósito es:"Asegurar las condiciones de trabajo sanas y seguras para hombres ymujeres que trabajan; autorizando exigencia de las normas desarrolladasbajo el acta, ayudando y animando a los estados en sus esfuerzos porasegurar condiciones saludables y seguras; proporcionando desarrollo, educacióny entrenamiento en el campo de la seguridad y salud ocupacionaly para otros propósitos”.Las regulaciones de salud que tratan con sustancias tóxicas y sustanciaspeligrosas fueron codificadas originalmente bajo el subapartado G,de Control Ambiental y Salud Ocupacional, en el 29 CFR parte 1910,actualizado en la parte 1910.1000 y sub-parte Z (CFR, 2001).

Actividades de investigación41Criterios de muestreo (NIOSH, 1977)Definir el propósito de la mediciónEste es el primer paso en el desarrollo de la estrategia de muestreo. Existenmuchas razones por las que se pudiera requerir una medición, por ejemploque el patrón desee conocer cuánto contribuye su industria a la contaminacióndel ambiente, o fijar la compensación para algún trabajador bajo riesgo,o evaluar la medida de exposición del empleado a sustancias químicastóxicas. Esto es importante, ya que los datos obtenidos de la medición permitiránevaluar si un empleado o varios de ellos, se encuentran expuestossobre los límites máximos permisibles por la normatividad existente paracada sustancia, y si así fuese, entonces se procedería a la aplicación de solucionesque proporcionen seguridad y salud al empleado.Una vez que se conoce el propósito de la medición, en este caso laposibilidad de que el trabajador se encuentre expuesto a químicos tóxicosque afecten su salud, se dispone la realización de mediciones del nivel deexposición mediante el desarrollo de una estrategia de muestreo.Desarrollo de la estrategia de muestreoUna estrategia de muestreo simple no puede ser establecida para todaslas situaciones que se presenten, pues cada situación tiene rasgos especiales.Para establecer una estrategia se deben tomar en cuenta muchosfactores, saber dónde se va a muestrear, qué es lo que se va a muestrear,cuál será el empleado elegido para el muestreo, cuándo se debe muestrear,cuánto tiempo hay que muestrear y cuántas muestras hay que colectar,entre otras cosas.Si el propósito del muestreo es evaluar la exposición del trabajador a lassustacias tóxicas, entonces es necesario colectar muestras lo más cercanasposibles a la zona de respiración del empleado, y si se desea definir el peligropotencial de la sustancia para saber qué medidas de control establecer, esnecesario colectar muestras de las vecindades de la fuente de emisión.Las regulaciones de la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional(OSHA, por sus siglas en inglés) requieren que el nivel de exposición delos trabajadores sea medida por cualquier combinación de formas demuestreo, corto o largo, de manera que represente la exposición real de lostrabajadores a los contaminantes.Existen tres técnicas básicas de colección de muestras en ambienteocupacional:• Personal. El equipo de muestreo lo porta directamente el empleado yes usado continuamente durante toda la jornada de trabajo.• Zona de respiración. El aparato de muestreo es sostenido por un segundoindividuo que tratará siempre de muestrear en la “zona de respiración”del trabajador.• Aire general. El muestreador es colocado en una ubicación fija en el áreade trabajo (también referida como “muestreo de área”).Las sustancias químicas de interés, deben ser aquellas que, aparentemente,están sobre los niveles máximos permisibles y deben ser sustanciasquímicas a las que el empleado se encuentre potencialmente expuesto.Es necesario considerar en qué parte del proceso se encuentra laborandoel trabajador, ya que las emisiones variarán dependiendo del tipode proceso que se lleve a cabo.Las sustancias a muestrear sedefinen con la información que setenga sobre las mismas y sobre suexistencia en el ambiente laboralde una refinería, para cuyo caso sesabe que son 11 los HAP indicadospor la EPA (EnviromentalProtection Agency, 1995).La estrategia más razonablede muestreo para el uso más eficientede los recursos demuestreo, es muestrear al Empleadode Máximo Riesgo, quese define como aquel que tieneel riesgo de estar expuesto a uncompuesto químico en un nivelsuperior al Nivel de Acción, quees la mitad del Valor del Límitede Exposición Permisible (PermisibleExposure Limits, PEL).El PEL se refiere a la concentraciónmáxima de un elemento ocompuesto químico, que nodebe superarse en la exposiciónde los trabajadores.Si existe un número de operacionesde trabajo como resultadode diferentes procesos donde puedenser expuestos varios empleados,entonces debe seleccionarse elTrabajador de Máximo Riesgopara cada operación.En realidad, no existe unaestrategia que se pueda considerarcomo la más efectiva para todaslas posibles situaciones encuanto a muestreo, sin embargoalgunas estrategias son claramentemejores que otras. A continuaciónse hacen una serie de consideracionesque deben ser tomadasen cuenta al momento de definirla estrategia a seguir:• Disponibilidad y costo delequipo de muestreo (bombas,filtros, tubos detectores, lectoresdirectos, etc.).• Disponibilidad y costo de losrecursos analíticos (filtros,tubos de carbón, etc.).• Disponibilidad y costo delpersonal que muestrea.• Locación del trabajador yoperaciones de trabajo.

Boletín IIE, abril-junio del 200342• Variación en la exposiciónocupacional (durante el día,entre varios días).• Precisión y exactitud de losmétodos analíticos demuestreo.• Número de muestras necesariaspara obtener la exactitudrequerida para la medicióndel grado de exposición.Con base en la normatividadconsultada para la realización deeste proyecto, en la Gerencia deMateriales y Procesos Químicosse generaron, aplicaron e implementaronprocedimientos quepermiten muestrear, cuantificary evaluar la contaminación presenteen el ambiente laboral. Acontinuación se describe unejemplo de los trabajos realizadospara lograr el objetivo.ExperimentalSelección del métodoPara la determinación de losHAP, se revisaron los métodosrecomendados por el InstitutoNacional de Salud y SeguridadOcupacional (NIOSH, por sussiglas en inglés), la OSHA, asícomo por la Sociedad Americanade Pruebas y Materiales(ASTM, por sus siglas en inglés).La determinación de losHAP se realizó tomando comobase los métodos analíticos recomendadosen normas emitidaspor estos organismos. Elmétodo analítico está basado enel uso de cromatografía de gases.Después de realizar variosexperimentos, se estableció queel método cromatográfico es elmás apegado a lo solicitado porla norma y este método se empleópara la cuantificación finalde los HAP seleccionadosque se muestrearon en un ambientelaboral.MuestreoPara la ejecución del presente trabajo, en primera instancia, se discutieronlas consideraciones necesarias para formar criterios a partir de unaserie de reconocimientos en el sitio de estudio. Como se ha hecho mención,esto permite realizar una estrategia de muestreo. Con base en ésta ya las recomendaciones citadas en la norma y en la literatura consultada, seidentifican los puntos de muestreo y las herramientas que se utilizan parael mismo, como: tubos con un empaque especial para absorber los analitosde interés, medidores–reguladores de flujo y bombas de succión de gas(en este caso aire) calibrados, etc.Se muestreó el ambiente laboral contaminado, empleando el métodode muestreo conocido como “aire general o de área” para capturarvapores, analizarlos, cuantificar y evaluar la situación de dichoambiente.Sistema cromatográficoEl análisis de los HAP se realizó en un cromatógrafo de gases HewlettPackard modelo 6890 de la Serie II, equipado con un sistema de controly adquisición de datos denominado Chemestation, con inyectoresprovistos de dispositivos para trabajar en el modo con o sin divisiónde muestra (split o splitless), con una columna Restek RTX-35 cuyascaracterísticas se mencionan en la Tabla 1, y un detector de ionizaciónde flama con helio como gas portador. Las condicionescromatográficas del método aplicado se muestran en la Tabla 1.Preparación de estándaresPara cuantificar cualquier compuesto de interés, deben prepararseuna serie de estándares en el diluyente que se empleará con las muestras,en este caso se empleó, de acuerdo con la norma, disulfuro decarbono (CS 2). Los niveles de concentración de los estándares sontales que abarcan la concentración esperada del analito en la muestra.Eficiencia de desorción del tubo con carbón activadoDeben determinarse las eficiencias de desorción de los compuestosorgánicos atrapados en el adsorbente para cada lote de tubos o demuestreadores, para que la cantidad total encontrada en la muestrase corrija con la eficiencia de desorción y el blanco del laboratorio.Se siguió básicamente el procedimiento de la norma D3687-95, de laASTM.La eficiencia de desorción de cada uno de los analitos considerados enel presente trabajo se muestra en la Tabla 2.ReactivosSe utilizaron benceno, tolueno, xileno, naftaleno e iso-octano, en gradoreactivo (Burdick y Jackson), y naftaleno (Supelco); también se utilizódisulfuro de carbono grado reactivo (Aldrich-Sigma) para llevar a cabola extracción.

Actividades de investigación43Tabla 1. Condiciones cromatográficas para el análisis de HAP.InyectorHornoModo: split Temp. inicial: 50 ºCTemperatura inicial: 200 ºCTiempo inicial: 5 min.Presión: 3.78 PsiCalentamiento: 5 ºC/min hastaSplit: 5:1 200 ºCFlujo de split: 25 ml/min.Tiempo de rutina: 45 min.Flujo total: 32.8 ml/min.Ahorro de gas: activadoFlujo ahorrado: 20 ml/minGas: helioColumnaDetector (FID)Columna: capilar Temperatura: 250 ºCModelo: número RESTEK RTX-35 Flujo de hidrógeno: 40 ml/mincrossbond 35% difenil-65% DMP Flujo de aire: 450 ml/minTemperatura máxima: 300 ºC Modo: flujo constanteLargo nominal: 30mpara columna y makeupDiámetro nominal: 530 umFlujo combinado: 45 ml/minModo: a flujo constanteFlujo de makeup: activadoFlujo inicial: 5ml/minTipo de gas makeup: helioUnidad de presión nominal: 3.78 Psi Flama: activadaVelocidad promedio: 37cm/sec Electrómetro: activadoPresión de salida: ambienteTabla 2. Eficiencias de desorción.CompuestoBenceno 79%Tolueno 86%Xileno 100%Naftaleno 90%Iso-octano 90%Eficiencia de desorciónFigura 1. Cromatograma de los estándares de benceno, toluenoy xilenos. Volumen de inyección: 2 µl, split 5:1.ResultadosSe prepararon estándares de losHAP previamente seleccionados,se analizaron porcromatografía y se obtuvieronlas curvas de calibración, conel fin de poder cuantificar losextractos obtenidos de lasmuestras colectadas durante losmuestreos realizados en un áreade trabajo.En las figuras 1 y 2 se muestranlos cromatogramas de unade las inyecciones de estándaresy en la Gráfica 1 se ejemplificauna de las curvas de calibraciónobtenidas. Las abscisas correspondena la concentración quetiene el compuesto de interés,en cada uno de los 4 estándarespreparados y las ordenadas alos datos de área proporcionadospor el método cromatográficoy que corresponden a cadaconcentración del compuestode interés en el estándar. De lamisma forma, se elaboraron lascurvas de calibración para losotros analitos de interés.Datos del muestreoLos cinco analitos contaminantesse muestrearon en el ambientey se extrajeron siguiendolas recomendaciones de lasnormas. Durante el muestreose colocó el sistema demuestreo en un punto fijo cercanoa la fuente emisora,aproximadamente a 1.5 metros.Se llevaron a cabo 2 muestreosde 4 horas cada uno con lo quese abarcó una jornada de trabajode 8 horas.Cabe aclarar que también semuestreó en otro punto lejanoa la fuente emisora, sin embargosólo se presentan los resultadosobtenidos para elmuestreo cercano a la fuente.En la Tabla 3, se incluyen losdatos del muestreo.

Boletín IIE, abril-junio del 200344Análisis cuantitativoUna vez extraídos los analitos, seanalizan por cromatografía y seobtiene el promedio de área. Enla Tabla 4 se presentan los resultadosobtenidos para cada uno delos muestreos. En las Figura 3 seobserva un ejemplo de cromatogramasobtenidos de la inyecciónde muestras problema.Figura 2. Cromatograma del estándar de isoctano y naftaleno.Volumen de inyección: 2 µl, split 5:1.Concentración promedioponderada en el tiempo (8hrs de trabajo) de loscontaminantesDespués de haber obtenido losresultados de dos muestreos de4 horas, se procedió a efectuar elcálculo para obtener la concentraciónpromedio ponderada enel tiempo (8 horas de trabajo)para cada compuesto capturado,con lo que se obtuvieron losmiligramos de cada analito porm 3 de aire a los que el empleadose encuentra expuesto en una jornadade trabajoEl promedio ponderado en eltiempo o Time Weighted Average(TWA) es la concentración delo los contaminantes ponderadaen el tiempo de exposición de 8horas y una semana de trabajo de40 horas a las que el trabajadorpuede estar expuesto día a día sinque existan efectos adversos(NIOSH, 1977).Debido a la profunda variaciónde susceptibilidad en cadaindividuo, puede existir un pequeñoporcentaje de trabajadoresque pudieran experimentarmolestias bajo concentracionesde algunas sustancias que estánen o debajo de los límitessostenibles y sólo un pequeñoporcentaje puede ser afectadoseriamente o gravemente poralguna enfermedad ocupacional.La muestra se toma en un pe-Gráfica 1. Curva de calibración para tolueno.Tabla 3. Datos del muestreo de aire.Datos del muestreoTipo de muestreo:Tiempo total de muestreo:Tipo de bomba:Flujo al que se muestreó:Volumen muestreado:“área” o aire general8 horas. Dos muestreos de 4 horas cadauno =240 minutos por muestreoThomas Industries INC, modelo2107CE11/14 822TFE0.2L/min48 Litros = 0.048 m3riodo de tiempo completo solicitado por el estándar, esto es, de 8 horas paraun estándar TWA.La concentración promedio ponderada en el tiempo resulta de lasumatoria del producto de las concentraciones por el tiempo de mediciónde cada una de las exposiciones medidas, dividida entre la suma de los

Actividades de investigación45Tabla 4. Resultados obtenidos de los HAP seleccionados, delmuestreo 1.Compuesto Concentración Concentración Concentracióndel analito en la corregida (mg/ml) de analito por m 3muestra (µg/ml) de aire (mg/m 3 )Primer muestreoBenceno 473 0.60 12.6Tolueno 12601 14.7 306Xileno 8227 8.2 171Iso-octano 13665 15.2 316Naftaleno 26750 29.7 619Segundo muestreoBenceno 345 0.44 9.1Tolueno 10473 12.2 254Xileno 6742 6.7 140Iso-octano 10848 12.1 251Naftaleno 23281 25.9 539Figura 3 Cromatograma del extracto inyectado, proveniente delmuestreo cercano a la fuente de emisión de contaminantes. Seusó bomba con flujo de 0.2L/min. vol. inyección 2µl, split 5:1tiempos de medición durante unajornada de trabajo.En la Tabla 5 se muestran lasconcentraciones obtenidas paracada uno de los analitosmuestreados comparados con loslímites máximos permisibles.Se encontró que el naftalenose encontraba en una concentracióncasi 11 veces porencima del valor límite permisible;el tolueno, está por debajodel limite, pero se encuentradentro del llamado Nivel deacción, esto significa que el valorexperimental está dentrodel intervalo de la mitad delvalor de concentración correspondienteal límite máximopermisible, los demás analitosno llegan ni a la mitad del límitepermisible; todas estas característicasindican, la necesidadde llevar a cabo una medidaperiódica de la exposición.Las fugas en un ambiente detrabajo pueden estar presentes enmayor o menor volumen y demanera constante, esto quiere decir,que día a día el trabajador seencuentra expuesto a los contaminantesgenerados en dichas fugas,de ahí la importancia de medir laexposición de los trabajadores acompuestos tóxicos.ConclusionesTabla 5. Concentración de analito por m 3 de aire en una jornadade trabajo (8hrs), para cada analito muestreado y su comparacióncon el valor límite permisible que expide la norma.Compuesto Concentración ponderada Concentración ponderadapromedio en 8 hrs de promedio en 8 hrs dejornada de trabajo. jornada de trabajo (CFR, 2001).ExperimentalNormamg/m3 mg/m3 ppm (v/v)Benceno 10.9 31.9 10Tolueno 280 370 100Xileno 116 435 100Naftaleno 579 50 10Iso-octano 284 -- --La infraestructura analítica y demuestreo que se implantó durantela elaboración del presente trabajo,supera las exigencias quemarca la normativa, y tienen lareproducibilidad y sensibilidadrequeridas para la evaluación dela contaminación del aire en unambiente laboral.Es muy importante tomaren cuenta los criterios demuestreo, para obtener así resultadosque reflejen, en lo posible,la realidad en cuanto a laexposición de los trabajadoresa los contaminantes en el área

Boletín IIE, abril-junio del 200346de trabajo, particularmente cuando se manejancompuestos orgánicos volátiles.Se hace hincapié en la necesidad de tomar concienciasobre lo excesivamente contaminada que puedeestar una área de trabajo, afectando así la salud delos empleados.El objetivo que se busca con este tipo de trabajose ha cumplido, ya que actualmente en la Gerenciade Materiales y Procesos Químicos se tienen establecidose implantados métodos de muestreo y análisisque permiten evaluar la contaminación en ambientelaboral abarcando, no sólo los contaminantes presentadosen este trabajo, sino una amplia variedad de ellos.Finalmente, este trabajo es el resultado del compromisoque el IIE tiene con la sociedad en cuanto acontribuir a la preservación del medio ambiente y,en el caso particular del presente trabajo, con el ambientelaboral directamente relacionado con la saludde los trabajadores, especialmente en aquellas industriasque producen o transforman compuestos orgánicosvolátiles.BibliografíaAmerican Society of Test and Materials. Estándar ASTMD 3686-95 Muestreo de Atmósferas para la Colecciónde Vapores de Compuestos Orgánicos (método deadsorción en tubos de carbón activado), ASTM, 1995.American Society of Test and Materials. Estándar ASTMD 3687-95 Método de Análisis de Vapores de CompuestosOrgánicos, Colectados por el Método de Adsorciónen Tubos de Carbón Activado. ASTM, 1995.Code of Federal Regulations 1910.1000. Tabla Z-1, Z-2y Z-3 del CFR, para límites máximos permisibles paracontaminantes del aire, 2001.Environmental Protection Agency. National EmissionsStandards for Hazardous Air Pollutants: PetroleumRefineries, Final Rule. Federal Register. Part III.. 40 CFRPart 9, 1995.National Institute for Occupational Safety and Health.Occupational Exposure Sampling Strategy Manual.NIOSH. U.S Department of Health, Education, andWelfare. Public Health Service. Center for Disease Control,1998.National Institute for Occupational Safety and Health.Método 1501 Hidrocarburos aromáticos, NIOSH, Manualde Métodos Analíticos (NMAM), cuarta edición,1994.National Institute for Occupational Safety and Health.Método 3700 para benceno en C.G portátil, NIOSH,Manual de Métodos Analíticos (NMAM), cuarta edición,1994.Rentz, Otto et al. Emissions of Volatile OrganicCompounds from Stationary Sources and Posibilities ofTheir Control. Ece Task Force VOC. Informe No. UBA-FB 91-010. Institut für Industriebetriebslehre undIndustrielle Produktion (IIP). Universidad de Karlsruhe.Julio 1990.Secretaría del Trabajo y Previsión Social. NOM-010-STPS-1999, que trata sobre las condiciones de seguridade higiene en los centros de trabajo donde se manejen,transporten, procesen o almacenen sustancias químicascapaces de generar contaminación en el medioambiente laboral. Diario Oficial de la Federación, 13/03/2000, México D.F.The Occupational Safety and Health. Act of 1970 (P.L.91-596), 1970.Georgina Blass AmadorLicenciada en Química Industrial y maestra en Cienciascon especialidad en Química Orgánica por la UniversidadAutónoma de Estado de Morelos (UAEM). En1990 ingresó al IIE y desde entonces ha participadocomo investigador y jefe de proyectos técnicos relacionadoscon la contaminación ambiental. Actualmente esresponsable del Laboratorio de Análisis Químicos y participaen un proyecto que tiene como parte de su objetivodesarrollar una guía de tecnologías de desulfuraciónpara el control de la emisión de compuestos deazufre en las centrales térmicas del país.gblass@iie.org.mxLuz Angélica Panamá TiradoIngeniera química por la UAEM. En 1981 ingresó al IIEcomo investigadora del Departamento de CombustiblesFósiles, donde colaboró en diversos proyectos de investigacióny desarrollo relacionados con analítica deproductos de combustión y sistemas anticontaminantes,en la caracterización de aceites residuales de petróleoutilizados en generadores de vapor, en estudios sobreaspectos estructurales del combustóleo y su relacióncon estabilidad y compatibilidad. Actualmente, participaen el estudio de tecnologías para el tratamiento delas emisiones producto de la combustión de combustiblespesados en la Gerencia de Materiales y ProcesosQuímicos.lapanama@iie.org.mx