Plomo en la atmósfera

por , para Ciencia Hoy el . Publicado en Número 1.

La atmósfera en general y de manera especialmente severa la de las grandes concentraciones urbanas se contamina con plomo (Pb) proveniente principalmente de la combustión de naftas adicionadas con tetraetil plomo. La toxicidad de este plomo es un hecho científicamente comprobado, y por eso se han adoptado internacionalmente normas que fijan cotas máximas para la concentración admisible en la atmósfera que normalmente respira la población. Este hecho está conduciendo a la eliminación de naftas adicionadas con plomo en un número creciente de países del primer mundo.

Figura 1. El haz de iones pesados proveniente del acelerador (1) expulsa un electrón (2) de una capa interna del átomo y crea una vacancia (3) que es ocupada por un electrón de las capas superiores (4) con producción de radiación X (5).

Figura 1. El haz de iones pesados proveniente del acelerador (1) expulsa un electrón (2) de una capa interna del átomo y crea una vacancia (3) que es ocupada por un electrón de las capas superiores (4) con producción de radiación X (5).

En la Argentina esta cota es de 1 microgramo de plomo por metro cúbico de aire (1 microg = 10-6 g). Sin embargo, mediciones realizadas por nosotros recientemente en el Departamento de Física de la Comisión Nacional de Energía Atómica muestran que la concentración de plomo atmosférico en diversos puntos de la Capital Federal excede largamente los límites permitidos. El estudio, llevado a cabo con la colaboración de J. Davidson, M. Davidson, M. Debray, G. Falcone, D. Hojman, D. Santos y V. Tafuri, utilizó el método llamado PIXE (Particle Induced X Ray Emission).

Cuando un haz de iones (partículas cargadas) de suficiente energía atraviesa una muestra, arranca electrones de las capas de los átomos de los diferentes elementos que constituyen la misma. Las vacancias creadas en la estructura electrónica de estos elementos son rápidamente llenadas por electrones provenientes de capas superiores. Esta desexcitación está asociada a la emisión de radiación X característica de cada elemento y es registrada mediante detectores semiconductores de alta resolución energética (véase la figura 1).

Figura 2. Espectro típico (intensidad de las diferentes líneas de emisión de rayos X característicos en función de su energía) de una muestra de partículas atmosféricas donde puede observarse, además del Plomo (Pb), la presencia de otros elemento, tales Cromo (Cr), Titanio (Ti), Vanadio (V), Magneso (Mn), Hierro (Fe), Cinc (Zn). La energía de los rayos X está expresada en KeV (1 keV=10-3 MeV).

Figura 2. Espectro típico (intensidad de las diferentes líneas de emisión de rayos X característicos en función de su energía) de una muestra de partículas atmosféricas donde puede observarse, además del Plomo (Pb), la presencia de otros elemento, tales Cromo (Cr), Titanio (Ti), Vanadio (V), Magneso (Mn), Hierro (Fe), Cinc (Zn). La energía de los rayos X está expresada en KeV (1 keV=10-3 MeV).

En síntesis, cada elemento que compone la muestra es reconocido por las energías de los rayos X que emite; sus intensidades son una medida directa de la concentración de dicho elemento (véase la figura 2). Una de las ventajas sobresalientes de este procedimiento ultrasensible es el de poder trabajar con muestras muy pequeñas: son suficientes unos pocos microgramos de material. Además, la composición elemental de la muestra puede ser determinada por medio de una sola medición.

En este trabajo se han utilizado haces de iones de carbono (12C) y oxigeno (16O) de aproximadamente 50 MeV de energía, proyectiles que se desplazan a velocidades del orden del 10% de la velocidad de la luz, es decir unos 30.000 km/s. (1 MeV es la energía que alquiere un electrón al atravesar una diferencia de potencial de un millón de voltios). El haz de partículas fue provisto por el Acelerador TANDAR de la Comisión Nacional de Energía Atómica, único en su tipo en el país. Los volúmenes de aire cuyo contenido de plomo se desea analizar se filtran a través de una membrana porosa de policarbonato, en la cual quedan atrapadas las partículas sólidas en suspensión. Este filtro se coloca en la boca de una bomba que aspira un caudal conocido de aire durante un tiempo suficientemente largo como para eliminar fluctuaciones en los resultados. La membrana con su depósito (muestra a ser analizada) se fija ulteriormente sobre un portamuestras para su irradiación, evitando toda manipulación de la misma y por ende su posible contaminación. De esta manera se han obtenido muestras y valores de concentración de plomo en zonas de la Capital Federal y del Gran Buenos Aires, tratando de seleccionar sitios con muy diferente densidad de tránsito y en distintas horas del día. En la tabla se indican algunos resultados representativos. La figura 2 muestra que el método PIXE permite detectar la presencia en la atmósfera no sólo de plomo sino también de otros elementos.

Valores típicos de concentraciones de plomo aire en diversas zonas de la Capital Federal y Gran Buenos Aires en diferentes horarios. La precisión de estos datos es de aproximadamen 10%.Valores típicos de concentraciones de plomo aire en diversas zonas de la Capital Federal y Gran Buenos Aires en diferentes horarios. La precisión de estos datos es de aproximadamen 10%.
Aurora Caridi

Aurora Caridi

Departamento de Física, Comisión Nacional de Energía Atómica.
Andrés J Kreiner

Andrés J Kreiner

Departamento de Física, Comisión Nacional de Energía Atómica.