Hispanopedia WikiLos dispositivos de membrana semipermeable ( SPMD ) son dispositivos de muestreo pasivo que se utilizan para monitorear niveles traza de compuestos orgánicos con un log Kow > 3. Los SPMD son una forma eficaz de monitorear las concentraciones de sustancias químicas provenientes de la escorrentía antropogénica y la contaminación en el medio marino debido a su capacidad para detectar niveles minúsculos de sustancias químicas. Los datos recopilados por un muestreador pasivo son importantes para examinar la cantidad de sustancias químicas en el medio ambiente y, por lo tanto, pueden utilizarse para formular otras investigaciones científicas sobre los efectos de esas sustancias químicas en los organismos y el medio ambiente. Algunos ejemplos de sustancias químicas que se miden comúnmente con SPMD incluyen: hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), bifenilos policlorados (PCB), éteres difenílicos polibromados (PBDE), dioxinas y furanos , así como efluentes de aguas residuales hidrofóbicos como fragancias , triclosán y ftalatos .
Los muestreadores pasivos pueden utilizarse para monitorear y registrar pulsos efímeros de contaminantes presentes en aguas superficiales que, de otro modo, pasarían desapercibidos. Los SPMD pueden acumular contaminantes de la columna de agua debido a que la trioleína (trioleato de glicerilo) constituye la membrana lipídica alojada en el recipiente. [ 1 ] Sin embargo, son más eficaces para acumular trazas de sustancias químicas en aguas superficiales con un caudal calculable. La cantidad de sustancia química medida con un SPMD está relacionada con la superficie del dispositivo de muestreo. Por lo tanto, el uso de un SPMD de mayor tamaño aumenta la cantidad de sustancia química muestreada.
Despliegue
Los SPMD se pueden desplegar en una amplia gama de cuerpos de agua, aunque se prefiere el agua corriente poco profunda. Estos dispositivos deben fijarse a estructuras cercanas para permitir que el SPMD permanezca en una posición fija en su entorno. Para ayudar a la estabilidad de los SPMD, se pueden emplear varios métodos, incluido el anclaje del dispositivo a un sistema de boyas, un ancla , una embarcación o estructuras/escombros en aguas poco profundas. Para obtener los mejores datos posibles utilizando muestreadores pasivos, se requiere cierto grado de estabilidad y la capacidad del SPMD para permanecer estacionario. Siempre que haya aberturas en el contenedor del dispositivo, no hay una dirección particular en la que el SPMD deba estar orientado durante su despliegue. [ 2 ] Dependiendo del tipo de análisis que se vaya a realizar, puede ser necesario desplegar uno o más extractos del muestreador. Los SPMD normalmente se despliegan hasta 30 días en el campo, dependiendo de la cantidad de acumulación de sustancias químicas traza que se produzca en el propio muestreador pasivo.
Agua corriente
La ventaja de desplegar los SPMD en aguas corrientes como arroyos o ríos radica en que estos sistemas aumentan el volumen de agua muestreada. Sin embargo, deben evitarse las zonas de caudal extremadamente alto, ya que representan un peligro para la integridad del SPMD debido a los desechos flotantes (rocas, sedimentos o madera) y pueden desplazar el dispositivo aguas abajo. Si el arroyo o río presenta sólidos en suspensión que fluyen a intervalos regulares, puede ser ventajoso desplegar el dispositivo con la mayoría de las aberturas orientadas en dirección opuesta a la corriente. Colocar el contenedor del SPMD detrás de un obstáculo en el agua corriente también puede reducir la cantidad de sólidos en suspensión que interactúan con el dispositivo en este tipo de sistemas. [ 2 ]
Lagos y océanos
El SPMD se puede desplegar en zonas con caudales bajos o incluso en aguas profundas. Para garantizar la seguridad y el correcto despliegue del SPMD en zonas profundas, es importante fijar el dispositivo a un ancla y a un dispositivo de flotación. Para recuperar los SPMD del campo, puede ser necesario un barco o un buzo, dependiendo de la profundidad del contenedor. Un SPMD puede concentrar sustancias químicas del agua y de los sedimentos de la columna de agua, por lo que es importante conocer la composición del sedimento y de la superficie bentónica antes del despliegue. Para reducir la interferencia de sustancias químicas de fuentes no deseadas, anclar el SPMD a ciertas profundidades (por ejemplo, a mayor profundidad en sedimentos fangosos en sistemas acuáticos) puede ser muy beneficioso. [ 2 ]
Obstáculos biológicos
Biopelículas
Pueden formarse biopelículas en el recipiente, lo que reduce la cantidad de contaminante recogido debido a que los poros de la membrana quedan cubiertos.
Organismos
En los sistemas marinos, puede presentarse un problema común relacionado con el crecimiento de percebes sobre y dentro del recipiente, lo que puede reducir de moderada a gran medida la cantidad de contaminante recolectado, además de dificultar la recuperación de los dispositivos.
Ventajas
Las ventajas de trabajar con un muestreador pasivo SPMD en comparación con una prueba de campo normal con un organismo son que los SPMD se pueden desplegar en aguas extremadamente tóxicas que podrían ser demasiado tóxicas para que un organismo viva en ellas o simplemente no habitadas por filtradores sésiles. [ 3 ] El diseño del SPMD hace que imite el proceso de acumulación de contaminantes como lo haría un mejillón u ostra, pero sin los problemas de mortalidad o metabolización de los contaminantes que puedan estar presentes. [ 3 ] También se pueden desplegar durante un período prolongado y pueden tener en cuenta eventos de escorrentía repentina, derrames químicos u otros eventos de contaminación anormales. La estructura física de un SPMD con su cubierta de acero inoxidable lo protege y permite que se suspenda en un ancla sésil en la columna de agua. [ 3 ] La principal ventaja del SPMD sobre otro muestreador pasivo llamado muestreador integrador químico orgánico polar (POCIS ) es que los SPMD detectarán contaminantes que no se hayan disuelto completamente en el agua. [ 3 ]
Desventajas
Aunque los SPMD existen desde mediados de la década de 1990, todavía son relativamente nuevos en el campo de la toxicología y se siguen estudiando como métodos fiables de recopilación de datos. Debido a su naturaleza sésil, no siempre ofrecen una imagen precisa del entorno, ya que en el agua existen muchos organismos móviles que pueden alejarse de la contaminación.
Dado que el SPMD está fabricado con una membrana de polietileno de baja densidad , es transparente a las ondas UVa y UVb. Lamentablemente, los productos químicos sensibles a la luz, como los HAP, pueden degradarse antes de que se puedan medir sus concentraciones correctamente.
Los SPMD están diseñados para acumular bajas concentraciones de sustancias químicas y aquellos que se exponen al aire durante más de 30 minutos pueden concentrar contaminantes en suspensión. Las aguas superficiales cubiertas de aceites u otras capas deben ser removidas y el agua limpiada antes de que se pueda colocar el SPMD en el agua; de lo contrario, se iniciará la recopilación de datos falsos [ 1 ] .
Además, si bien un SPMD puede detectar eventos repentinos de contaminantes, es difícil determinar cuándo ocurrió este evento durante el período de muestreo porque el SPMD no registra el tiempo [ 3 ] . Otra gran desventaja es que un SPMD no podrá detectar contaminantes que se disuelven fácilmente en el agua, mientras que un dispositivo como POCIS sí puede. [ 3 ]
Aplicaciones
Análisis de datos
Los muestreadores pasivos proporcionan dos tipos de información: las concentraciones del contaminante dentro del muestreador y una concentración prevista del contaminante en el agua que lo rodea. La concentración del compuesto químico dentro del muestreador se determina mediante diálisis SPMD, y la concentración en el agua a partir de una serie de cálculos basados en los resultados de la diálisis y los métodos de muestreo. [ 3 ]
El método de diálisis comienza con una limpieza exhaustiva del dispositivo para eliminar las sales. A continuación, se sumerge en hexano y se incuba durante 18 a 24 horas. Este proceso se repite dos veces y se combina el hexano de ambos periodos de diálisis. Posteriormente, las muestras se procesan en un laboratorio de química analítica para determinar la composición de la mezcla. [ 3 ]
Tal como lo establece la USEPA , la concentración disuelta fuera del muestreador se puede predecir mediante la siguiente ecuación:
Cw = Cps/Kow * 1000 [ 4 ]Cw es la concentración disuelta en el agua (en μg/L); Cps es la concentración del contaminante en el SPMD (μg de contaminante/g de muestreador); Kow es el coeficiente de partición de fases (L/kg); y 1000 es un multiplicador para corregir un cambio de unidades. [ 4 ] Esta ecuación es para muestreadores pasivos generales, mientras que una ecuación más específica incluye la duración del monitoreo del SPMD:
Cw = Cspmd*Vspmd/ (Rs*t) [ 5 ]Cw es la concentración del contaminante en el agua; Cspmd es la concentración en el SPMD (generalmente ng/L); Vspmd es el volumen del SPMD (generalmente L); Rs es la tasa de muestreo efectiva (L/día); y t es el tiempo de despliegue (día). [ 5 ]
Uso por la EPA
Actualmente, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) utiliza SPMD como herramienta para evaluar estrategias de gestión de contaminantes en agua y sedimentos. En un sitio Superfund en Carolina del Sur, se utilizaron tres versiones de SPMD para medir PCB: una se mantuvo en contacto con los sedimentos superficiales; una segunda suspendida en la interfaz agua-sedimento; y una tercera en la columna de agua. [ 6 ] En junio de 2005, en un sitio Superfund en North Providence, Rhode Island, se instalaron SPMD en seis ubicaciones. Se colocaron en la columna de agua y el sedimento durante 27 días para analizar TCDD, furanos, dioxinas y compuestos orgánicos volátiles . [ 7 ]
Referencias
- 1 2 Huckins, James N.; Manuweera, Gamini K.; Petty, Jimmie D.; MacKay, Donald; Lebo, Jon A. (12 de diciembre de 1993). "Dispositivos de membrana semipermeable que contienen lípidos para el monitoreo de contaminantes orgánicos en el agua". Environmental Science & Technology . 27 (12): 2489– 2496. Bibcode : 1993EnST...27.2489H . doi : 10.1021/es00048a028 .
- 1 2 3 Álvarez, David (2010). Directrices para el uso del dispositivo de membrana semipermeable (SPMD) y el muestreador integrador de compuestos químicos orgánicos polares (POCIS) en estudios de monitoreo ambiental . USGS.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 "Dispositivo de membrana semipermeable" . NOAA . 16 de abril de 2013.
- 1 2 Directrices para el uso de muestreadores pasivos para monitorear contaminantes orgánicos . EPA. 2012.
- 1 2 Huff, Tom (2016). Dispositivo de membrana semipermeable . USGS.
- ↑ Foote, Eric (2012). "Uso de SPMD para evaluar la recuperación natural de sedimentos contaminados con PCB en el lago Hartwell, SC: I. Una prueba de campo de nuevos métodos de despliegue in situ". Contaminación del suelo y los sedimentos . 21 (1): 82. Bibcode : 2012SSCIJ..21...82S . doi : 10.1080/15320383.2012.636777 .
- ↑ Centro de Registros Superfund . EPA. 2005.
- Tecnología de membranas