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Transito de los toxicos en el medio ambiente

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Principios fundamentales del movimiento de los tóxicos en el medio ambiente

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Transito de los toxicos en el medio ambiente

  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE FARMACIA UNIDAD DE POSTGRADO MAESTRÍA EN TOXICOLOGÍATRANSITO DE LOS TÓXICOS EN EL MEDIO AMBIENTE Q.F. Edison Vásquez Corales 1
  2. 2. IntroducciónMás de 100.000 productos químicosque se liberan en el medio ambientemundial cada año a través de suproducción normal, uso y eliminación. 2
  3. 3. Destino ambiental El transporte y su destino Los factores ambientales que Exposición-respuesta modifican la exposiciónFuente Tóxico (s) La exposición Tóxico Efectos Tóxico Figura 27.1 modelo de destino ambiental. Estos modelos se utilizan para ayudar a determinar cómo el ambiente modifica la exposición derivada de diversas fuentes de sustancias tóxicas. 3
  4. 4. Dinámica de los tóxicos en elambiente Conceptualmente y matemáticamente, el transporte y el destino de un tóxico en el medio ambiente es muy similar a la de un organismo vivo. Las sustancias tóxicas pueden entrar en un sistema ambiental a través de muchas rutas tubería de descarga, o escurrimiento de la superficie. 4
  5. 5. 5
  6. 6. Fuentes de tóxicos en el medio ambienteA. Fuentes puntuales B. Fuentes no puntuales 6
  7. 7. Procesos de transporte Después de la liberación de un tóxico en un compartimento del medio ambiente, los procesos de transporte se determinará su distribución espacial y temporal en el medio ambiente. El medio de transporte generalmente es el aire o el agua, mientras que el tóxico puede estar en las fases disuelta, gaseosas, condensada, o en partículas. Podemos clasificar el transporte físico, ya sea como advección o difusión. 7
  8. 8. Advección Advección es el movimiento pasivo de un producto químico en los medios de transporte a granel, ya sea en el mismo medio o entre diferentes medios de comunicación de la interfase. 8
  9. 9. DifusiónLa difusión es el transporte de un producto químico por elmovimiento al azar, debido a un estado de desequilibrio.Por ejemplo, la difusión provoca el movimiento de unproducto 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 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
  10. 10. Transporte de contaminantes. Distribución multifases ATMOSFERA Gas SUELO ORGANISMOS AGUASUPERFICIE TERRESTRE Disuelto Coloides SEDIMENTO 10
  11. 11. Transporte y Distribución decontaminantes.Propiedades físico-químicas físico- Presión de vapor Presión parcial de un compuesto en fase gas en 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 11
  12. 12. Transporte y Distribución de contaminantes. Propiedades físico-químicas físico- 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 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/CaguaKoc: (coeficiente de partición carbono orgánico-agua del suelo o sedimento 12
  13. 13. Procesos de transporte en la atmósferaDistribución gas-partícula gas- Desorción ATMÓSFERA Gas Sorción Deposición seca Deposición húmeda SUELO ORGANISMOS AGUATSP, total suspended particles, mg de partículas en suspensión 13
  14. 14. Distribución gas-partícula gas- 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 14
  15. 15. Procesos de transporte en la hidrosfera Desorción ATMÓSFERA Gas Sorción Deposición seca Deposición húmeda Intercambio aire-agua Transporte hidráulicoRíosAguas residuales ORGANISMOS AGUA DisueltoEscorrentías Sedimentación SEDIMENTO 15
  16. 16. Transporte de contaminantes en la hidrosfera Distribución disuelto-materia particulada en suspensión Kd (L/kg), coeficiente de distribución Kd = Cpar/SPM Cpar, concentración en las partículas Cdis Cdis, concentración en el disuelto SPM, materia particulada en suspensión Fase particulada Sedimentación Transporte hidráulicoBioacumulación Fase disuelta Intercambio aire-agua Transporte hidráulico 16
  17. 17. Intercambio aire-agua-fitoplancton de los contaminantes orgánicos CG Intercambio aire-agua FA-W  CG  F A −W = k ol  CW −   H FF-Whmix CW CF Intercambio agua-fitopláncton Flujos verticales -J. Dachs, S.J. Eisenreich, J.E. Baker, F.C. Ko, J.D. Jeremiason. Environ. Sci. Technol. 33, 3653-3660, 1999. 17
  18. 18. Bioacumulación en el fitoplancton Cfito, concentración en el kd fitoplancton (ng/kg) kd,constante de depuraciónCfito CW ku, constante de entrada en el fitoplancton ku kG, velocidad de crecimiento del fitoplancton CW, concentración en el agua fase disuelta dC fito = ku CW − k d C fito − kG C fito dt (Skoglund et al. Environ. Sci. Tecnol. 30, 2113-2120 (1996) 18
  19. 19. Procesos que afectan a la sedimentación yprocesos post deposicionales: Resuspensión. Debido a corrientes o turbulencias, parte del sedimento superficial se remueve y pasa de nuevo a la columna de agua. Solubilización Bioturbación Removilización por efecto de los organismos (poliquetos) que viven en el sedimento. Afecta sobretodo a compuestos asociados a las partículas. Difusión molecular Difusión de los compuestos en la columna de sedimento. Afecta sobretodo a los compuestos con una cierta solubilidad en agua. 19
  20. 20. Mecanismos de entrada decontaminantes en la vegetación AIRE Distribución gas-partícula, lípidos, área superficial planta HOJA EXTERIOR HOJA INTERIOR KowINTERIOR PLANTA Kow RAIZ INTERIOR RAIZ EXTERIOR Solubilidad, H, Kow, TOC SUELO 20
  21. 21. Bioacumulación en ecosistemasterrestres Vegetación-ganado vacuno-leche Atmósfera Vegetación 21
  22. 22. BALANCE DE MASAS DE PCBs EN UNA VACA LECHERA 1.5 µg/d 95 µg PCB 1380.9 µg/d 1 µg/d Thomas, G. O. et al. Environ. Sci. Technol. 33, 104-112, 1999. 22
  23. 23. 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 reacciones de transformación química. Clases: ◦ Reacciones reversible: ionización, complejación. ◦ Reacciones irreversible: fotolisis, hidrólisis, y reacciones redox. 23
  24. 24. Reacciones reversibles:Ionización La forma más común de la disociación tóxico neutro es el equilibrio ácido- base. El ácido monoprótido hipotético, HA, se disocian en agua para formar el par ácido-base (H+, A-) + − HA + H2O = H3O + A + − [H3O ][A ] Ka = [HA] 24
  25. 25. Reacciones reversibles:IonizaciónEl 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 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
  26. 26. Reacciones reversibles:Ionización Esto puede estar bien para los peces, pero las aves en la zona y las personas que trabajan en la planta industrial tendrá ahora una exposición mucho mayor a la HCN. Así, tanto el destino y la toxicidad de una sustancia química puede ser influenciada por las reacciones de ionización simple. 26
  27. 27. Reacciones reversibles:Precipitación y disolución. Un caso especial de ionización es la disolución de una fase sólida neutral en especies solubles. Por ejemplo, el binario de sulfuro de metal sólido, CUS, se disuelve en el agua de acuerdo a CuS(s) + H+ = Cu2+ + HS− 27
  28. 28. Reacciones reversibles: Complejación yespeciación química En el caso del cobre, los iones inorgánicos (Cl-, OH-) y detritus orgánicos (ácidos húmicos, péptidos) reacciona con Cu2+ disuelto para formar varios complejos metal-ligando. La difusión molecular de un complejo de cobre será menor que el no acomplejado (hidratado) de cobre y por lo general disminuirá con el tamaño y el número de ligandos. 28
  29. 29. Reacciones reversibles: Complejación yespeciación química La toxicidad de Cu2+ libre, no acomplejada para muchos organismos acuáticos es mucho mayor que el Cu2+ que forma complejos con agentes quelantes, como EDTA o el glutatión. Muchos agentes tóxicos de metales de transición, tales como Cu, Pb, Cd, y Hg, han elevado constantes de unión con los compuestos que contienen grupos de ácido amino, sulfhidrilo, y carboxílicos. Estos grupos son muy comunes en la materia orgánica natural. 29
  30. 30. Reacciones irreversiblesHidrólisis La hidrólisis es la ruptura de las moléculas orgánicas por reacción con el agua con un desplazamiento neto de un grupo saliente (X) con OH- RX + H2O = ROH + HX 30
  31. 31. Reacciones irreversiblesHidrólisis Muchos ésteres se hidrolizan en cuestión de horas o días, mientras que algunos productos químicos orgánicos que nunca se hidroliza. Para metanos halogenados, que son contaminantes de las aguas subterráneas comunes, sus vidas medias oscilan entre cerca de 1 año para CH3Cl a cerca de 7000 años de CCl4. 31
  32. 32. Hidrólisis de plaguicidas 32
  33. 33. Hidrólisis de plaguicidas 33
  34. 34. Hidrólisis de plaguicidas 34
  35. 35. Reacciones irreversiblesFotólisis. Fotólisis puede tener lugar allí donde existe suficiente energía de la luz, incluyendo la atmósfera (en la fase gaseosa y en los aerosoles y la niebla/gotas de las nubes), las aguas superficiales (en la fase disuelta o en la interfase partícula-agua), y en el medio terrestre ( en la planta y el suelo/superficies minerales). 35
  36. 36. Reacciones irreversiblesFotólisis. 36
  37. 37. Reacciones irreversiblesFotólisis. 37
  38. 38. Reacciones irreversiblesReacciones de oxido-reducción oxido- Reacciones típicas de química orgánica oxidativo incluyen desalquilación, epoxidación, la escisión del anillo aromático, y la hidroxilación. 38
  39. 39. Reacciones irreversiblesReacciones de oxido-reducción oxido- 39
  40. 40. Reacciones deoxido-oxido-reducción 40
  41. 41. Reacciones deoxido-oxido-reducción 41
  42. 42. Reacciones deoxido-oxido-reducción 42
  43. 43. Procesos de eliminación de contaminantes de la atmósferaDEPOSICIÓNSECA 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 gotas deDEPOSICIÓN lluvia y son arrastradasHÚMEDA 4. Disolución de las moléculas gaseosas en las gotas de lluvia 5. Difusión o intercambio entre la atmósfera y el agua (mares, lagos, etc.) 6. Por paso a la estratosfera 43
  44. 44. Procesos de eliminación decontaminantes de la atmósfera 44
  45. 45. Procesos de eliminación decontaminantes de la atmósfera 45
  46. 46. Procesos de eliminación decontaminantes de la atmósfera 46
  47. 47. Biotransformación. En particular, las bacterias, protozoos, hongos y proporcionar una capacidad significativa de biotransformar sustancias tóxicas en el medio ambiente. Aunque muchos vertebrados pueden metabolizar las sustancias tóxicas más rápido que las formas inferiores de vida, la capacidad total de los vertebrados que biotransforman tóxicos (basado en la biomasa total y de la exposición) es insignificante para el destino general de una sustancia tóxica en el medio ambiente. 47
  48. 48. Biotransformación. 48
  49. 49. Biotransformación. 49
  50. 50. 50

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