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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
BIOMONITOREO ACTIVO DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS EN EL
AIRE DEL VALLE DE CARACAS-VENEZUELA EMPLEANDO EL LIQUEN
Parmotrema sancti-angelii
(LYNGE) HALE
Henry David GÓMEZ CAICEDO
1*
, Raiza DEL VALLE FERNÁNDEZ MALAVÉ
1
,
Federico GALARRAGA CHACÓN
1
, Jesús HERNÁNDEZ MALDONADO
2
,
Antonio ROSCHMAN-GONZÁLEZ
3
y Andrés ESCALONA TROMPIZ
4
1
Laboratorio de Geoquímica Ambiental, Centro de Geoquímica, Instituto de Ciencias de la Tierra, Facultad de
Ciencias, Universidad Central de Venezuela. Apartado 3895, Caracas 1010-A, Venezuela
2
Fundación Instituto Jardín Botánico de Venezuela Dr. Tobías Lasser, Jardín Botánico de Caracas, Universidad
Central de Venezuela. Apartado 2156, Caracas 1010-A, Venezuela
3
Centro de Microscopía Electrónica, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela. Apartado 47140,
Caracas 1041-A, Venezuela
4
Escuela de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela. Apartado 21827, Caracas 1020-
A, Venezuela
* Autor responsable; geo_henry_david@hotmail.com
(Recibido enero 2012, aceptado julio 2013)
Palabras clave: contaminación atmosférica, hidrocarburos aromáticos policíclicos, monitoreo biológico,
líquenes, trasplante
RESUMEN
El objetivo de este trabajo fue determinar la capacidad del liquen identiFcado como
Parmotrema sancti-angelii
(Lynge) Hale, para caracterizar y cuantiFcar los hidrocar
-
buros aromáticos policíclicos (HAP) presentes en el aire de la ciudad de Caracas. Los
líquenes fueron trasplantados desde una zona suburbana hacia seis localidades en la
ciudad, donde estuvieron expuestos por un periodo de cuatro meses. Fueron estudiados
dieciséis (16) HAP, de los cuales trece (13) estuvieron sobre el límite de cuantiFcación.
La concentración total de HAP estuvo en el rango de 2553 ng/g a 7654 ng/g. Los líquenes
mostraron un enriquecimiento en compuestos de alto peso molecular (5 y 6 anillos),
asociados estos a las partículas atmosféricas comúnmente generadas en los procesos
de combustión. La relación Fen/Ant sugiere un aporte marcadamente pirogénico y la
relación Ind/Ind+B
[
g,h,i
]
P indica la presencia de HAP provenientes de la quema de
vegetación en todas las localidades.
Key words: air pollution, polycyclic aromatic hydrocarbons, biological monitoring, transplanted lichen
ABSTRACT
The aim of this work was to determine the ability of the lichen
Parmotrema sancti-angelii
(Lynge) Hale to characterize and quantify polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs)
present in the air of the Caracas city. The lichens were transplanted from a suburban area
to six locations in the city, where they were exposed for a period of four months. Sixteen
Rev. Int. Contam. Ambie. 29 (4) 261-267, 2013
H.D. Gómez Caicedo
et al.
262
(16) PAHs were studied which only thirteen (13) were above the limit of quantiFcation.
The total concentration of PAHs ranged from 2553 to 7654 ng /g. The lichens showed an
enrichment in high molecular weight compounds (5 and 6 rings) for the studied locations,
associated with atmospheric particles commonly generated by combustion processes.
The ratio Fen/Ant suggests a remarkable pyrogenic origin and the ratio Ind/Ind+B
[
g,h,i
]
P indicates the presence of PAHs from burning vegetation in all locations.
INTRODUCCIÓN
Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP)
constituyen una familia particular de compuestos for-
mados por dos o más anillos aromáticos condensados
(Orozco
et al
. 2004). Diversas investigaciones han de-
mostrado la capacidad que tienen de generar cáncer en
los seres humanos (Lawerys 1994, Vives
et al.
2001).
Estudios realizados en diferentes partes del mundo
destacan el uso de los líquenes como potenciales
indicadores biológicos de contaminación atmosférica
por compuestos orgánicos, debido a que el liquen es
un organismo que toma sus nutrientes sólo desde el
aire para su sobrevivencia. El empleo de este tipo de
organismos permite abaratar costos y cubrir mayores
áreas en comparación con los equipos de monitoreo
convencionales. Otra de las ventajas que presentan los
líquenes, es que biomonitorizan HAP presentes tanto
en la fase gas de la atmósfera como los adsorbidos en
las partículas que sobre ellos son depositadas; de modo
que el espectro de biomonitorización de HAP en líque-
nes resulta más amplio que el correspondiente a las
partículas atmosféricas a las cuales se asocian los HAP
de mayor peso molecular (Migaszewski
et al.
2002,
Shukla y Upreti 2008, Blasco 2008, Augusto
et al.
2009, Guidotti
et al
. 2003, 2009, Shukla
et al.
2010).
Aunque existe documentación internacional sobre
el tema y es reconocida la importancia de determinar
estos compuestos en el aire, en Venezuela es escasa la
información. En el año 2011 fue publicado el estudio
piloto de los HAP presentes en distintas localidades
de la ciudad de Caracas. En aquel caso las localidades
fueron seleccionadas de acuerdo con la presencia del
género
Pyxine coralligera
Malme, por lo que no se
habían hecho en el país estudios en los cuales el mo-
nitoreo de líquenes fuera de tipo activo (trasplante del
liquen de una zona poco intervenida por el hombre a
la zona de estudio) para la determinación y cuantiFca
-
ción de los HAP. En este sentido, el presente trabajo
fue realizado con el objetivo de aportar información
sobre dicho aspecto. En éste, se identiFcó y empleó
el liquen
Parmotrema sancti-angelii
(Lynge) Hale
en un monitoreo de tipo activo debido a la ausencia
de esta especie en las zonas a evaluar.
La importancia del estudio radica en la necesidad
de estudiar la calidad del aire en la ciudad capital
de Venezuela por la in±uencia desfavorable de con
-
taminantes como los HAP sobre los ecosistemas, y
en especial sobre los seres humanos, así como de
apoyar el desarrollo de una metodología que sea
viable en términos operativos, económicos y que
a la vez represente una alternativa con pocas limi-
taciones. El análisis químico de estos organismos
(en este caso diversas especies autóctonas de la
zona en estudio) expuestos en la ciudad de Caracas,
permitirá conocer indirectamente la concentración
de los hidrocarburos aromáticos policíclicos, ca-
racterizando así la zona de estudio en términos de
estas especies químicas.
MATERIALES Y MÉTODOS
Área de estudio y muestreo
Caracas es un área urbana típica, tiene una ex-
tensión territorial de 650 km
2
y una población de
3 220 540 habitantes (sin incluir ciudades periféricas).
Posee 1 246 910 vehículos (aproximadamente el 24 %
del parque automotor en circulación de Venezuela)
(Instituto Nacional de Estadística 2010).
El clima de Caracas es de tipo intertropical de
montaña con precipitaciones que varían entre los 900
y 1300 mm anuales en la ciudad, y hasta los 2000
mm en algunas partes de la cordillera.
La especie
Parmotrema sancti-angelii
(Lynge)
Hale
fue seleccionada como bioindicador por su
abundancia en las zonas adyacentes a la ciudad de
Caracas y por su morfología y textura que facilita la
captación de partículas atmosféricas.
En diciembre
de 2009 fueron colectadas las muestras de líquenes
desde las ramas de los arboles a más de un metro
sobre el nivel del suelo, en un área suburbana (USB),
ubicada a una altura de aproximadamente 1190
msnm, con condiciones microclimáticas similares a
las presentes en la ciudad de Caracas.
Las muestras de líquenes fueron trasplantadas por
un periodo de cuatro meses a las cinco estaciones
pertenecientes a la red de control de calidad del aire
BIOMONITOREO ATMOSFÉRICO DE HAP EMPLEANDO LÍQUENES
263
del Ministerio del Poder Popular para el Ambiente
(Minamb): CORE 5, El Cementerio, El Silencio,
Bello Campo y Los Ruices, con diferentes niveles
de tráfco vehicular (MARN 2005). Adicionalmente,
fue incluida la localidad de El Cafetal, debido a que
esta estación presentó la mayor concentración total
de HAP reportada en el trabajo de Fernández
et al.
(2011). La
fgura 1
señala los diferentes puntos de
muestreo en el mapa. Adicionalmente una muestra
testigo (sin trasplantar) Fue analizada e identifcada
como muestra de referencia.
Tratamiento físico y químico de los líquenes
Al término del periodo de exposición los líque-
nes fueron recolectados y, una vez en el laboratorio
y empleando una lupa binocular y pinzas de acero,
fueron sometidos a limpieza para quitar los residuos
o materiales que pudieran haber quedado adheridos
(restos de corteza de árbol, insectos y restos de
otros líquenes). Seguidamente fueron pulverizados
y secados a 40 ºC durante 48 horas para permitir la
deshidratación. Un total de 2 g de liquen fue colocado
en un vial de vidrio y se adicionó 30 mL de la mezcla
hexano:diclorometano (3:2, v/v) y fueron sometidos
a un baño de ultrasonido, este proceso se repitió dos
veces y los fltrados respectivos se unieron y Fueron
luego concentrados. A todos los solventes les fue
agregado sulfato de sodio anhidro para remover la
humedad (Guidotti
et al.
2009).
La purifcación del extracto Fue realizada en una
minicolumna de vidrio (1 cm × 20 cm) rellena con una
suspensión de sílica gel en
n
-hexano (0.06-0.2 mm),
activada a 80 ºC durante 16 horas. Posterior al
empacado de la columna fueron añadidos 2 mL del
extracto orgánico, reconstituidos en su respectivo
solvente de origen. La elución fue iniciada con 20 mL
de hexano, para separar los compuestos saturados.
Los analitos fueron eluidos de la columna con 40 mL
de mezcla hexano:diclorometano (3:2, v/v) para
obtener la fracción de los compuestos aromáticos; el
procedimiento fue seguido mediante una lámpara de
UV y de esta manera pudo apreciarse claramente su
elución (método 3630 de la US-EPA
,
United States
Environmental Protection Agency). Dicho eluato
fue recolectado y el solvente rotoevaporado. Ambas
fracciones fueron transferidas a viales de 5 mL de
capacidad con 500 μL de acetonitrilo.
Análisis instrumental
Las alícuotas de las fracciones aromáticas de los
líquenes fueron inyectadas al cromatógrafo líquido
de alta efciencia Hewlett Packard, modelo 1100
(método 8310 de la US-EPA), con bomba cuaternaria
y automuestreador; detector de ±uorescencia modelo
1046 A y detector UV (conectados en serie), columna
de fase reversa C18, 799250D-584 Lichrospher 100
RP-18 (5 μm, 250 x 4 mm), marca HP. El análisis
Fue hecho a un ±ujo constante de 1.00 mL/min,
volumen de inyección de 25.0 μL y temperatura de
inyección entre 27 y 30 ºC. El gradiente de la mezcla
acetonitrilo:agua empleado fue 70:30 (0-15 min),
85:15 (15-20 min) y 100:0 (20:35 min). La duración
Parque Nacional Waraira Repano
N
LSC
LCM
LUSB
LC5
LCF
4 km
LBC
LRC
Av. Boyacá
Autopista Caracas- La Guaira
Av. Suerte
Autopista
Francisco Fajard
o
Av. Bolivar
Auto
p
is
ta Norte-Sur
A
u
to
p
is
ta
R
e
g
io
na
l d
e
l C
e
n
tro
Carreter
a
Baruta
-
El Place
r
Av
. Pr
incipa
l d
e
l Cafe
ta
l
Carretera Pa
n
am
er
icana
Av. Libertador
Autopista Gran Mariscal de Ayacucho
Av. Fran
c
cis
co
de Miran
da
Fig. 1.
Croquis de la ciudad de Caracas, señalando las estaciones de muestreo y las principales vías
de tránsito vehicular
H.D. Gómez Caicedo
et al.
264
de la corrida fue de 35 min. La detección y cuantiFca
-
ción de los HAP se realizó empleando los detectores
de UV y FL conectados en serie. La longitud de onda
para la absorbancia UV fue de 254 nm, mientras que
para el detector de ±uorescencia fueron empleadas
como longitud de excitación 340 nm y de emisión
425 nm, con un tiempo de respuesta de 2 segundos.
El sistema de adquisición de datos empleado fue
ChemStation versión A.05.02 (
Agilent Technologies
).
La mezcla estándar (
Standard mix
) para la pre-
paración de los patrones fue preparada a partir de la
conformada por los dieciséis (16) HAP de 200 μg/mL
c/u en acetonitrilo (PNA-550JM). A partir de ésta,
fueron preparadas soluciones con concentraciones en
el rango entre 0.4 y 10 μg/mL, para realizar la curva
de calibración correspondiente.
Análisis de recuperación
El análisis de recuperación fue realizado agregan-
do 0.3 mL de la solución de 9 μg/mL de los 16 HAP
(
Standard mix
) a alícuotas de aproximadamente 1.5 g
de líquenes. La concentración resultante de cada
HAP en la muestra fue de aproximadamente 1.8 μg/g.
La prueba de recuperación fue realizada con la F
-
nalidad de evaluar el sesgo o error sistemático en
el tratamiento químico de las muestras, teniendo en
cuenta el amplio rango de propiedades Fsicoquími
-
cas de los compuestos bajo estudio. Los valores de
recuperación para los HAP de bajo peso molecular
fueron muy bajos, sin embargo se muestran los re-
sultados obtenidos.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caracterización de HAP en líquenes en la ciudad
de Caracas y comparaciones con otros estudios
En el
cuadro I
se indican los resultados para la
concentración promedio de los HAP en el liquen
Parmotrema sancti-angelii
(Lynge) Hale, en cada
una de las localidades evaluadas, después de cuatro
meses de exposición.
La concentración total de los HAP (
S
HAP) en
Caracas, varía desde 2553 y 7654 ng/g de peso
seco, con un valor promedio de 4144 ng/g. A nivel
nacional no abundan estudios previos, a excepción
del realizado por Fernández
et al.
(2011), donde em-
pleando el liquen
Pyxine
sp. en un monitoreo pasivo,
se reportan valores similares a los encontrados en el
presente estudio.
Sin embargo, al comparar los resultados obtenidos
con aquellos reportados por diversos investigadores
se tiene que los valores más altos para la
S
HAP co-
rresponden Shukla y Upreti (2008) y Shukla
et al.
(2010) en una ciudad de la India, valores éstos que
±uctúan entre 683 y 33720 ng/g. Adicionalmente, las
concentraciones de fenantreno, pireno y acenaftileno
fueron signiFcativamente altas, indicando que la
fuente principal de contaminación en la ciudad es el
tráFco automotor.
Para el caso de la ciudad de Caracas, los HAP
identificados en altas concentraciones fueron:
fenantreno, acenaftileno y pireno, e indenopireno y
benzo (k) ±uoranteno en lo que respecta a los de más
alto peso molecular. La presencia de estos últimos
compuestos en altas concentraciones y por ende las
relaciones entre ellos (alrededor de 1.00) evidencian
un origen pirogénico asociado a la quema de vege-
tación ocurrida durante la etapa de muestreo (Ortiz
el al
. 2007).
Adicionalmente, se observa que los valores obte-
nidos para los HAP de combustión (HAP
comb
) fueron
más elevados en áreas de mucho tráFco según los
datos suministrados por el Ministerio del Ambiente
(MARN 2005). Los resultados obtenidos corrobo-
ran que en la ciudad de Caracas dominan aquellos
compuestos con más de cuatro (4) anillos, asociados
a procesos de combustión a elevadas temperaturas y
característicos de las emisiones vehiculares y quema
de vegetación (
Fig 2
).
10000
3 anillos
4 anillos
5 anillos
6 anillos
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
LUSB (R)
LR
SL
C5
LSC
Localidades
Concentración (ng/g)
LC
ML
BC
LCF
Fig. 2.
PerFl de concentraciones para los HAP
BIOMONITOREO ATMOSFÉRICO DE HAP EMPLEANDO LÍQUENES
265
Relaciones expuesto/testigo y análisis de varianza
Frati
et al.
(2005) proponen el empleo de la re-
lación expuesto/testigo (relación E/T), calculada en
términos de la concentración de un metal en el liquen,
antes y después de ser expuesto, como una herramien-
ta para medir el grado de acumulación de estos en el
liquen. Con base en este criterio fueron determinadas
y grafcadas dichas relaciones para cada uno de los
compuestos bajo estudio. Los resultados obtenidos
indican que en general los HAP son acumulados en
el liquen. Destacándose de forma clara que el com-
puesto indenopireno domina al compararlo con los
hidrocarburos de bajo peso molecular, ubicándose en
la categoría de alta acumulación (
Fig. 3
)
A fn de determinar la variabilidad en las con
-
centraciones de los compuestos bajo estudio en las
diferentes localidades de la ciudad, se llevó a cabo un
análisis estadístico del tipo ANOVA de 1-Factor (aná-
lisis de varianza) con un nivel de confanza de 95 %.
Los resultados se señalan en el
cuadro II
. En ellos
se nota que los hidrocarburos de alto peso molecular
son signifcativamente diFerentes entre las localidades
por ser los valores de p < 0.05. Estas diferencias son
atribuibles al hecho de que existen variabilidades en
la distribución de las partículas (PTS) en la ciudad
como fue reportado por Fernández
et al
. 2011.
Los resultados analíticos y estadísticos del pre-
sente estudio destacan la utilidad de la especie
Par-
motrema sancti-angelii
(Lynge) Hale para evaluar
la contaminación por HAP en la ciudad de Caracas.
CONCLUSIÓN
La concentración total de los HAP (
S
HAP) en
Caracas, varía desde 2553 a 7654 ng/g de peso seco,
con un valor promedio de 4144 ng/g. La relación
CUADRO I.
CONCENTRACIONES PROMEDIO DE COMPUESTOS HAP INDIVIDUALES (ng/g PESO
SECO) Y
S
HAP
LUSB
LRC
LC5
LSC
LCM
LBC
LCF
Aci
469
304
285
296
<
LC
338
498
Fen
532
273
273
254
262
344
387
Ant
587
208
210
187
257
304
412
Fluo
<
LC
<
LC
<
LC
<
LC
<
LC
<
LC
36
Pir
437
124
122
142
192
134
360
BaA
<
LC
<
LC
<
LC
<
LC
<
LC
<
LC
53
Cri
338
157
158
173
158
185
193
BbF
<
LC
<
LC
155
122
129
114
174
BkF
<
LC
<
LC
110
131
247
211
395
BaP
<
LC
<
LC
144
<
LC
<
LC
<
LC
189
IP
509
1269
1297
1443
1983
3650
4166
DbA
566
149
158
95
640
285
359
BghiP
<
LC
69
19
<
LC
<
LC
155
432
Total HAP
3438
2553
2931
2843
3868
5720
7654
Total HAP
comb
1850
1768
2163
2106
3349
4734
6357
Fen/Ant
0.90
1.28
1.28
1.47
1.44
1.13
1.15
Ind/Ind+B[g,h,i]P
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
0.96
0.91
<
LC: bajo el limite de cuantifcación
Fig. 3.
Relaciones expuesto a control para los HAP individuales y totales en las localidades
Aci
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
Relación EC
1
0
Fe
nA
nt
Pir
LR
CL
C5
LS
CLCM
LB
CLCF
Cri
Db
AI
PT
otal HAP
H.D. Gómez Caicedo
et al.
266
Fen/Ant sugiere un aporte marcadamente pirogénico
y la relación Ind/Ind+B
[
g,h,i
]
P indica la presencia
de HAP provenientes de la quema de vegetación en
todas las localidades. Los resultados obtenidos corro-
boran que en la ciudad de Caracas dominan aquellos
compuestos con más de cuatro (4) anillos, asociados
a procesos de combustión a elevadas temperaturas y
característicos de las emisiones vehiculares y quema
de vegetación. Asimismo, los resultados analíticos y
estadísticos del presente estudio destacan la utilidad
de la especie
Parmotrema sancti-angelii
(Lynge)
Hale para evaluar la contaminación por HAP en la
ciudad de Caracas
AGRADECIMIENTOS
A la Ing. Jennifer Parra y al Ing. Carlos García
del Ministerio del Poder Popular para el Ambiente
(MARN) por el apoyo logístico en el uso de las es-
taciones de monitoreo de calidad del aire de dicha
institución en la ciudad de Caracas. Al Lic. Wilbert
Hurtado por su incondicional colaboración durante
la etapa de muestreo y en la concreción de esta in-
vestigación. Al Dr. Andrés Escalona por su apoyo en
los análisis por HPLC. Al Ing. Carlos Pérez por su
apoyo en la edición de las fguras.
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CUADRO II.
VALOR PROBABILIDAD DE SIGNIFI-
CANCIA (p) DE UN ANOVA DE 1-FACTOR
(ANÁLISIS DE VARIANZA) CON UNA CON-
FIANZA DE 95%
ANOVA 1-Factor para HAP (Factor localidad )
p
Acenaftileno
0.0773
Fenantreno
0.5654
Antraceno
0.3983
Fluoranteno
0.0799
Pireno
0.4255
Criseno
0.1356
Benzo [a] antraceno
0.0001
*
Benzo [b] Fuoranteno
0.0060
*
Benzo [k] Fuoranteno
0.0000
*
Benzo [a] pireno
0.2650
Dibenzo [a,h] antraceno
0.0321
*
Benzo [g,h,i] perileno
0.0001
*
Indeno [1,2,3-cd] pireno
0.0004
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