Transito de los toxicos en el medio ambiente
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TRANSITO DE LOS TÓXICOS TRANSITO DE LOS TÓXICOS
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSUNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE FARMACIAFACULTAD DE FARMACIA
UNIDAD DE POSTGRADOUNIDAD DE POSTGRADO
MAESTRÍA EN TOXICOLOGÍAMAESTRÍA EN TOXICOLOGÍA
TRANSITO DE LOS TÓXICOS TRANSITO DE LOS TÓXICOS EN EL MEDIO AMBIENTEEN EL MEDIO AMBIENTE
Q.F. Edison Vásquez Corales
1
IntroducciónIntroducción
� Más de 100.000 productos químicosque se liberan en el medio ambientemundial cada año a través de suproducción normal, uso y eliminación.producción normal, uso y eliminación.
2
Destino ambientalDestino ambiental
El transporte y su destino Los factores ambientales que
modifican la exposiciónExposición-respuesta
Figura 27.1 modelo de destino ambiental. Estos modelos seutilizan para ayudar a determinar cómo el ambiente modifica laexposición derivada de diversas fuentes de sustancias tóxicas.
Fuente Tóxico (s) La exposición Tóxico Efectos Tóxico
3
Dinámica de los tóxicos en el Dinámica de los tóxicos en el ambienteambiente� Conceptualmente y matemáticamente,
el transporte y el destino de un tóxicoen el medio ambiente es muy similar ala de un organismo vivo.la de un organismo vivo.
� Las sustancias tóxicas pueden entraren un sistema ambiental a través demuchas rutas tubería de descarga, oescurrimiento de la superficie.
4
5
ambienteambienteFuentes de tóxicos en el medio Fuentes de tóxicos en el medio ambienteambiente
A. Fuentes puntuales B. Fuentes no puntuales
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Procesos de transporte Procesos de transporte
� Después de la liberación de un tóxico enun compartimento del medio ambiente,los procesos de transporte sedeterminará su distribución espacial ytemporal en el medio ambiente.
� El medio de transporte generalmente esel aire o el agua, mientras que el tóxicopuede estar en las fases disuelta,gaseosas, condensada, o en partículas.
� Podemos clasificar el transporte físico,ya sea como advección o difusión.
7
AdvecciónAdvección
� Advección es el movimiento pasivo deun producto químico en los medios detransporte a granel, ya sea en elmismo medio o entre diferentesmismo medio o entre diferentesmedios de comunicación de lainterfase.
8
Difusión Difusión � La difusión es el transporte de un producto químico por el
movimiento al azar, debido a un estado de desequilibrio.� Por ejemplo, la difusión provoca el movimiento de un
producto químico dentro de una fase (por ejemplo, agua)desde un lugar de concentración relativamente elevado aun lugar de menor concentración hasta que el productoquímico está distribuida de forma homogénea en toda lafase.Asimismo el transporte difusivo impulsará una sustancia� Asimismo el transporte difusivo impulsará una sustanciaquímica entre los medios de comunicación, por ejemplo,agua y aire), hasta que sus concentraciones de equilibriose alcanzan y por lo tanto los potenciales químicos ofugacidades son iguales en cada fase.
9
Transporte de contaminantes. Transporte de contaminantes. Distribución Distribución multifasesmultifases
ATMOSFERA�
�
�
�
� �
�
� �
�
�
�Gas
Disuelto
AGUA
ORGANISMOS
SEDIMENTO
SUELO
SUPERFICIE TERRESTRE
� �
Coloides
10
Propiedades físicoPropiedades físico--químicasquímicas
�Presión de vapor�Presión parcial de un compuesto en fase gas en
equilibrio con el sólido o líquido puro. Gobierna la
Transporte y Distribución de contaminantes.
equilibrio con el sólido o líquido puro. Gobierna la distribución entre el líquido o sólido y la fase gas.
�Solubilidad en agua
�Coeficiente de partición octanol-agua (Kow)�Constante de equilibrio de un sistema de dos fases
agua y octanol. �Lipofilia = hidrofobia Polaridad
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Propiedades físicoPropiedades físico--químicasquímicas
� Factor de bioconcentración�Relación entre la concentración del contaminante en un
organismo y en su dieta. En general para organismos acuáticos BCF = Corg/C agua.
� Coeficiente de adsorción en suelos y sedimentos Koc
Transporte y Distribución de contaminantes.
� Coeficiente de adsorción en suelos y sedimentos Koc�Distribución entre los sólidos del suelo y la fase líquida.
Koc =( µg/ g Corg)/ (µg/ml)
� Constante de Henry (H)�Coeficiente de partición entre la concentración del
compuesto en el aire y en el agua en contacto y equilibrio con el. Regula la volatilización de los compuestos del agua. H = Cgas/Cagua
Koc: (coeficiente de partición carbono orgánico-agua del suelo o sedimento12
Procesos de transporte en la atmósfera Procesos de transporte en la atmósfera Distribución gasDistribución gas--partículapartícula
Gas
Deposición seca
ATMÓSFERA
�
�
�
�
� �
�
� �
�
�
�
Desorción
Sorción
AGUA
SUELO
ORGANISMOS
Deposición húmeda
TSP, total suspended particles, mg de partículas en suspensión13
Distribución gasDistribución gas--partícula partícula � Diámetro de las partículas en la atmósfera
presenta una distribución bimodal con dos máximos◦ Diámetro de 1.0 µm
◦ Diámetro 10 µm
� Partículas de diámetro ≤ 1.0 µm, comportamiento similar a gas. Deposición seca despreciable
� Contaminantes orgánicos asociados a las partículas de menor tamaño
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Procesos de transporte en la hidrosferaProcesos de transporte en la hidrosfera
GasATMÓSFERA
Deposición seca Deposición húmeda
�
�
�
�
� �
�
� �
�
�
�
Desorción
Sorción
AGUA
Deposición seca Deposición húmeda
ORGANISMOS
� �
Disuelto
Sedimentación
SEDIMENTO
RíosAguas residualesEscorrentías
Transporte hidráulicoIntercambio aire-agua
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Transporte de contaminantes en la Transporte de contaminantes en la hidrosferahidrosfera
Distribución disuelto-materia particulada en suspen sión
Kd (L/kg), coeficiente de distribuciónC , concentración en las partículasK = C /SPM
d Cpar, concentración en las partículasCdis , concentración en el disueltoSPM, materia particulada en suspensión
Kd = Cpar/SPMCdis
Fase particulada SedimentaciónTransporte hidráulico
Fase disuelta Intercambio aire-aguaTransporte hidráulico
Bioacumulación
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Intercambio aire-agua-fitoplancton de los contaminantes orgánicos
Intercambio aire-agua
CG
FF-W
FA-W
−=−'H
CCkF GWolWA
Intercambio agua-fitoplánctonhmix CW CF
FF-W
Flujos verticales
-J. Dachs, S.J. Eisenreich, J.E. Baker, F.C. Ko, J.D. Jeremiason. Environ. Sci. Technol. 33, 3653-3660, 1999.
17
Bioacumulación en el fitoplancton
kd
ku
Cfito CW
Cfito , concentración en el fitoplancton (ng/kg)kd,constante de depuraciónku, constante de entrada en el fitoplanctonk , velocidad de crecimiento del
fitoGfitodWu
fitoCkCkCk
dt
dC−−=
(Skoglund et al. Environ. Sci. Tecnol. 30, 2113-2120 (1996)
ku kG, velocidad de crecimiento del fitoplanctonCW, concentración en el agua fase disuelta
18
� Resuspensión.Debido a corrientes o turbulencias, parte del sedimentosuperficial se remueve y pasa de nuevo a la columna deagua.
� Solubilización� Bioturbación
Procesos que afectan a la sedimentación y procesos post deposicionales:
� BioturbaciónRemovilización por efecto de los organismos (poliquetos) queviven en el sedimento. Afecta sobretodo a compuestosasociados a las partículas.
� Difusión molecularDifusión de los compuestos en la columna de sedimento.Afecta sobretodo a los compuestos con una cierta solubilidaden agua.
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Mecanismos de entrada de Mecanismos de entrada de contaminantes en la vegetacióncontaminantes en la vegetación
AIRE
HOJA EXTERIOR
HOJA INTERIOR
Distribución gas-partícula, lípidos, área superficial planta
Kow
INTERIOR PLANTA
RAIZ INTERIOR
RAIZ EXTERIOR
SUELO
Kow
Kow
Solubilidad, H, Kow, TOC
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BioacumulaciónBioacumulación en ecosistemas en ecosistemas terrestresterrestres
Vegetación-ganado vacuno-leche
Atmósfera
Vegetación
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BALANCE DE MASAS DE PCBsEN UNA VACA LECHERA
1.5 µµµµg/d95 µµµµg PCB 138
0.9 µµµµg/d
Thomas, G. O. et al. Environ. Sci. Technol. 33, 104-112, 1999.
1 µµµµg/d
0.9 µµµµg/d
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Procesos de transformación Procesos de transformación � El riesgo ambiental potencial asociado
con el uso de un producto químico está directamente relacionado con la persistencia en el medio ambiente que a su vez depende de la velocidad de las su vez depende de la velocidad de las reacciones de transformación química.
� Clases:◦ Reacciones reversible: ionización,
complejación.◦ Reacciones irreversible: fotolisis, hidrólisis, y
reacciones redox.
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IonizaciónIonizaciónReacciones reversibles: Reacciones reversibles: IonizaciónIonización� La forma más común de la disociación
tóxico neutro es el equilibrio ácido-base. El ácido monoprótido hipotético,HA, se disocian en agua para formarHA, se disocian en agua para formarel par ácido-base (H+, A-)
3HA + H2O = H3O+ + A−
Ka = [H3O+][A−][HA]
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IonizaciónIonizaciónReacciones reversibles: Reacciones reversibles: IonizaciónIonización
� El pKa de HCN es de aproximadamente 9 y latoxicidad de la CN-es mucho mayor que la deHCN para muchos organismos acuáticos. Así,la descarga de un pH básico (alto) de efluentesindustriales que contienen cianuro supondríaun mayor peligro para los peces de un todoun mayor peligro para los peces de un todomás bajos de pH de efluentes (en igualdad decondiciones). El efluente puede ser tratadapara reducir el pH por debajo del pKa según lareacción:
CN− + H+ = HCN(aq)
HCN(aq) = HCN(air).25
IonizaciónIonizaciónReacciones reversibles: Reacciones reversibles: IonizaciónIonización� Esto puede estar bien para los peces,
pero las aves en la zona y laspersonas que trabajan en la plantaindustrial tendrá ahora una exposiciónindustrial tendrá ahora una exposiciónmucho mayor a la HCN. Así, tanto eldestino y la toxicidad de una sustanciaquímica puede ser influenciada por lasreacciones de ionización simple.
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Precipitación y disolución. Precipitación y disolución. Reacciones reversibles: Reacciones reversibles: Precipitación y disolución. Precipitación y disolución. � Un caso especial de ionización es la
disolución de una fase sólida neutralen especies solubles. Por ejemplo, elbinario de sulfuro de metal sólido,binario de sulfuro de metal sólido,CUS, se disuelve en el agua deacuerdo a
CuS(s) + H+ = Cu2+ + HS−
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Reacciones reversibles: Reacciones reversibles: ComplejaciónComplejación y y especiación químicaespeciación química
� En el caso del cobre, los iones inorgánicos(Cl-, OH-) y detritus orgánicos (ácidoshúmicos, péptidos) reacciona con Cu2+
disuelto para formar varios complejosmetal-ligando. La difusión molecular de unmetal-ligando. La difusión molecular de uncomplejo de cobre será menor que el noacomplejado (hidratado) de cobre y por logeneral disminuirá con el tamaño y elnúmero de ligandos.
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Reacciones reversibles: Reacciones reversibles: ComplejaciónComplejación y y especiación químicaespeciación química� La toxicidad de Cu2+ libre, no
acomplejada para muchos organismosacuáticos es mucho mayor que el Cu2+
que forma complejos con agentesquelantes, como EDTA o el glutatión.
� Muchos agentes tóxicos de metales de� Muchos agentes tóxicos de metales detransición, tales como Cu, Pb, Cd, y Hg ,han elevado constantes de unión con loscompuestos que contienen grupos deácido amino, sulfhidrilo, ycarboxílicos . Estos grupos son muycomunes en la materia orgánica natural.
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HidrólisisHidrólisisReacciones irreversibles Reacciones irreversibles HidrólisisHidrólisis� La hidrólisis es la ruptura de las
moléculas orgánicas por reacción conel agua con un desplazamiento netode un grupo saliente (X) con OH-de un grupo saliente (X) con OH-
RX + H2O = ROH + HX
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HidrólisisHidrólisisReacciones irreversibles Reacciones irreversibles HidrólisisHidrólisis� Muchos ésteres se hidrolizan en
cuestión de horas o días, mientrasque algunos productos químicosorgánicos que nunca se hidroliza.
� Para metanos halogenados, que son� Para metanos halogenados, que soncontaminantes de las aguassubterráneas comunes, sus vidasmedias oscilan entre cerca de 1 añopara CH3Cl a cerca de 7000 años deCCl4.
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Hidrólisis de plaguicidasHidrólisis de plaguicidas
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Hidrólisis de plaguicidasHidrólisis de plaguicidas
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Hidrólisis de plaguicidasHidrólisis de plaguicidas
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Fotólisis. Fotólisis. Reacciones irreversibles Reacciones irreversibles Fotólisis. Fotólisis. � Fotólisis puede tener lugar allí donde
existe suficiente energía de la luz,incluyendo la atmósfera (en la fasegaseosa y en los aerosoles y lagaseosa y en los aerosoles y laniebla/gotas de las nubes), las aguassuperficiales (en la fase disuelta o enla interfase partícula-agua), y en elmedio terrestre ( en la planta y elsuelo/superficies minerales).
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Fotólisis.Fotólisis.Reacciones irreversibles Reacciones irreversibles Fotólisis.Fotólisis.
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Fotólisis.Fotólisis.Reacciones irreversibles Reacciones irreversibles Fotólisis.Fotólisis.
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Reacciones irreversibles Reacciones irreversibles Reacciones de oxidoReacciones de oxido--reducciónreducción
� Reacciones típicas de químicaorgánica oxidativo incluyendesalquilación, epoxidación, ladesalquilación, epoxidación, laescisión del anillo aromático, y lahidroxilación.
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Reacciones irreversibles Reacciones irreversibles Reacciones de oxidoReacciones de oxido--reducciónreducción
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Reacciones de Reacciones de oxidooxido--reducciónreducción
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Reacciones de Reacciones de oxidooxido--reducciónreducción
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Reacciones de Reacciones de oxidooxido--reducciónreducción
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contaminantes de la atmósferacontaminantes de la atmósferaProcesos de eliminación de Procesos de eliminación de contaminantes de la atmósferacontaminantes de la atmósfera
1. Adsorción en partículas “grandes” (2-20 µm) que se depositan por gravedad
2. Adsorción en pequeñas partículas que actúan como núcleos para la condensación de agua (gotas de lluvia)
3. Adsorción en partículas que colisionan con las gota s de
DEPOSICIÓN SECA
3. Adsorción en partículas que colisionan con las gota s de lluvia y son arrastradas
4. Disolución de las moléculas gaseosas en las gotas de lluvia5. Difusión o intercambio entre la atmósfera y el ag ua (mares,
lagos, etc.)6. Por paso a la estratosfera
DEPOSICIÓN HÚMEDA
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Procesos de eliminación de Procesos de eliminación de contaminantes de la atmósferacontaminantes de la atmósfera
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Procesos de eliminación de Procesos de eliminación de contaminantes de la atmósferacontaminantes de la atmósfera
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Procesos de eliminación de Procesos de eliminación de contaminantes de la atmósferacontaminantes de la atmósferaProcesos de eliminación de Procesos de eliminación de contaminantes de la atmósferacontaminantes de la atmósfera
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Biotransformación. Biotransformación. � En particular, las bacterias, protozoos,
hongos y proporcionar una capacidadsignificativa de biotransformar sustanciastóxicas en el medio ambiente.
� Aunque muchos vertebrados puedenmetabolizar las sustancias tóxicas másmetabolizar las sustancias tóxicas másrápido que las formas inferiores de vida, lacapacidad total de los vertebrados quebiotransforman tóxicos (basado en labiomasa total y de la exposición) esinsignificante para el destino general de unasustancia tóxica en el medio ambiente.
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Biotransformación.Biotransformación.
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Biotransformación. Biotransformación.
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