05-02-2010
Dioxinas y Furanos: Una realidad del Siglo 21
En el contexto general del convenio de asistencia técnica y académica suscrito el 27 de noviembre de 2009 entre Bomberos de Chile y la Universidad de Concepción, presentamos el presente trabajo que se refiere a la importante problemática de la liberación de Dioxinas y Furanos y que adquiere relevancia por cuanto Bomberos se ve involucrado respecto de la contaminación directa por estos productos derivados de su nivel de actuación en incendios.
Cabe recordar que a través de este convenio se pretende promover y desarrollar, a través de la Facultad de Ingeniería y de la Unidad de Desarrollo Tecnológico de la institución académica, la investigación científica y tecnológica orientada al desarrollo de materias de interés académico y operacional relacionadas con el quehacer institucional de Bomberos de Chile, especialmente de la Academia Nacional.
A continuación compartimos con ustedes el trabajo realizado por destacados docentes de la Universidad de Concepción.
Dioxinas y Furanos: Una realidad del Siglo 21
Dr. Fernando Márquez R. / Coordinador Institucional Manejo de Sustancias y Residuos Peligrosos / Universidad de Concepción, Casilla 160-C, Correo 3, Concepción, e-mail: [email protected]Dr.© Juan Carlos Carrasco, Jefe Unidad Ambiental , Unidad de Desarrollo Tecnológico, Universidad de Concepción, [email protected]
Ing. Carla Pérez, Unidad de Desarrollo Tecnológico, Universidad de Concepción, [email protected]
1.- Antecedentes generales
Introducción
En la problemática ambiental de la actualidad existen muchos mitos e incertidumbres, con respecto a la mayoría de los compuestos y sustancias que se incluyen en los llamados sustancias tóxicas. Por esta razón en este trabajo se pretende presentar el estado del arte con respecto al tema de las dioxinas y furanos.
Las dioxinas y furanos están constituidos por un grupo de compuestos que se forman como subproductos en múltiples procesos, tanto naturales como originados por la actividad humana. Su influencia sobre la salud y el medio ambiente están todavía bajo evaluación, y la actitud de la mayoría de los países desarrollados ha consistido en efectuar los estudios adecuados para conocer los balances de formación de dioxinas y promulgar las disposiciones legales necesarias para limitar esta formación y la emisión al medio ambiente de estos compuestos.
Las dioxinas y furanos, o simplemente dioxinas, son los nombres comunes por los que se conoce a dos grupos de sustancias organocloradas: las policlorodibenzo-p-dioxinas (PCDDs) y los policlorodibenzofuranos (PCDFs). Estas sustancias se caracterizan por las propiedades altamente tóxicas de algunas de ellas, así como el hecho de que son generadas en una gran variedad de procesos industriales y de combustión e incineración, y que se han convertido en contaminantes persistentes del medio ambiente, en el cual se encuentran ampliamente distribuidas en concentraciones muy pequeñas.
Durante los últimos años el interés hacia estos compuestos ha crecido de forma considerable tanto por parte de la comunidad científica como de las diferentes instituciones y estamentos gubernamentales y de la propia opinión pública. Una de las principales razones que ha motivado este interés ha sido el carácter altamente tóxico que algunas dioxinas han demostrado poseer en estudios con animales de laboratorio. En concreto, la dioxina conocida como 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-dioxina (2378-TCDD) en forma abreviada) se ha revelado como el compuesto más tóxico sintetizado hasta la fecha por el hombre. Otra de las razones que han convertido a las dioxinas en un foco de atención permanente, lo constituye el hecho de que a lo largo de los últimos años, se han visto involucradas en diferentes incidentes de contaminación ambiental que han tenido una amplia repercusión pública, donde se destacan las intoxicaciones masivas por consumo de aceite de arroz contaminado de Yuso (Japón, 1968) y de Yu-Cheng (Taiwan, 1979), la utilización de herbicidas defoliantes contaminados con 2378-TCDD en la Guerra del Vietnam (1962-70), el incendio de transformadores de Bighampton (EE.UU, 1981) y, en especial, el accidentes de Seveso (Italia, 1976), seguramente el más conocido por su incidencia y gran repercusión pública. A todo esto hubo que añadir otro elemento de controversia y de gran trasfondo social como fue el descubrimiento en 1977 de la formación inevitable de dioxinas en los procesos de incineración de residuos.
Aspectos Generales
Definición y estructura química
Los PCDFs y PCDDs constituyen dos grupos de éteres aromáticos policlorados de estructura y propiedades similares que engloban un total de 210 compuestos. La estructura básica de estas sustancias está constituida por dos anillos bencénicos unidos entre sí; en el caso de los PCDDs, la unión de estos dos anillos tiene lugar a través de dos átomos de oxígeno, mientras que en los PCDFs se realiza por medio de un átomo de oxígeno y un enlace carbono-carbono.
Ambos anillos bencénicos pueden presentar diferentes grados de cloración de manera que el número de átomos de cloro unidos a cada molécula de PCDFs o de PCDD puede variar entre 1 y 8. Según el número de átomos de cloro tendremos diferentes congéneres u homólogos: monoclorados, diclorados, triclorados, etc. Al mismo tiempo, para un mismo grado de cloración o grupo de homólogos, los átomos de cloro pueden encontrarse unidos a diferentes átomos de carbono dando lugar a un buen número de combinaciones no equivalentes, cada una de las cuales corresponderá a un isómero. En total, el número de isómeros posibles es de 75 para los PCDDs y de 135 para los PCDFs. En la Tabla N°1 puede verse como se distribuye el número de isómeros para cada grado de cloración o grupo de homólogos.
Tabla N° 1 : Abreviaturas, fórmulas, masas exactas y número de isómeros para los distintos homólogos del PCDFs y PCDDs.
FURANOS ( PCDFs)
DIOXINAS (PCDDs)
FURANOS ( PCDFs)
DIOXINAS (PCDDs)
Isómeros
Isómeros
Grupo
Sigla
Fórmula
Masa
Total
2378
Sigla
Fórmula
Masa
Total
2378
Sigla
Fórmula
Masa
Total
2378
Sigla
Fórmula
Masa
Total
2378
Monoclorados
Diclorados
Triclorados
Tetraclorados
Pentaclorados
Hexaclorados
Heptaclorads
Octaclorados
MonoCDFs
DiCDFs
TriCDFs
TCDFs
PeCDFs
HxCDFs
HpCDFs
OCDFs
TriCDFs
TCDFs
PeCDFs
HxCDFs
HpCDFs
OCDFs
C12H7OClC12H6OCl2
C12H5OCl3
C12H4OCl4
C12H3OCl5
C12H2OCl6
C12HOCl7
C12OCl8
202.0185
235.9795
269.9406
303.9016
337.8626
371.8237
405.7847
439.7457
235.9795
269.9406
303.9016
337.8626
371.8237
405.7847
439.7457
4
0
16
28
38
28
16
4
1
135
28
38
28
16
4
1
135
0
0
0
1
2
4
2
1
10
0
1
2
4
2
1
10
MonoCDDs
DiCDDs
TriCDDs
TCDDs
PeCDDs
HxCDDs
HpCDDs
OCDDs
C12H7O2Cl
C12H6O2Cl2
C12H5O2Cl3
C12H4O2Cl4
C12H3O2Cl5
C12H2O2Cl6
C12HO2 Cl7
C12O2 Cl8
218.0134
2
75
0
251.9745
285.9355
319.8965
353.8576
387.8186
421.7796
455.7406
285.9355
319.8965
353.8576
387.8186
421.7796
455.7406
2
10
14
22
14
10
2
1
14
22
14
10
2
1
75
0
0
0
1
1
3
1
1
7
0
1
1
3
1
1
7
Propiedades físico-químicas
Dada la similitud estructural entre PCDFs y PCDDs, ambos tipos de compuestos presentan también propiedades físico-químicas análogas; son sólidos cristalinos de color blanco con puntos de fusión y de ebullición relativamente elevados. Son muy estables térmicamente y sólo se descomponen a temperaturas bastante elevadas (por encima de los 750 °C en el caso de la 2378-TCDD ). Esta elevada estabilidad térmica, anormalmente alta para tratarse de compuestos orgánicos, es la razón por la cual son difícilmente destruidos en los procesos de combustión y su formación se vea favorecida termodinámicamente en procesos térmicos donde intervengan compuestos clorados.
Debido a la toxicidad de estos compuestos, sus propiedades químicas no se han evaluado completamente. Se les puede considerar bastante inertes químicamente, aunque se sabe que en condiciones forzadas pueden experimentar reacciones de sustitución. De la misma forma son difícilmente biodegradables y metabolizables. Esta alta estabilidad les convierte en contaminantes persistentes cuando son liberados en el medio ambiente. Se ha comprobado, sin embargo, que son relativamente sensibles a la radiación UV y a la luz solar y en condiciones apropiadas experimentan reacciones fotoquímicas de degradación.
Una característica fundamental de estos compuestos es su lipofilia, que contribuye a su acumulación en los tejidos ricos en lípidos del organismo de los seres vivos, y que les hace solubles en la mayoría de los disolventes orgánicos, particularmente hidrocarburos y disolventes clorados. No obstante, esta solubilidad no es excesivamente elevada, más bien discreta. En especial, cabe destacar la gran insolubilidad de estos compuestos en agua pura (0,019 g/litro para la 2378-TCDD), aunque debe tenerse en cuenta que la cantidad real de PCDFs/PCDDs contenidos en agua natural o residual puede superar ampliamente la solubilidad en agua pura, y esto es debido a la lipofilia y fuerte tendencia que presentan los PCDFs/PCDDs a ser adsorbidos por partículas materiales, de manera que un agua con partículas en suspensión puede llegar a tener mucha más cantidad de PCDFs/PCDDs adsorbidos en las partículas que la que está propiamente solubilizada en el agua.
Características Toxicológicas
Algunos PCDFs/PCDDs presentan una toxicidad extremadamente elevada tal como se ha puesto de manifiesto en estudios de laboratorio con diferentes especies animales. En algunos casos se han observado dosis letales muy bajas(toxicidad muy alta); concretamente, en el caso del “cobaya”, que se ha revelado como el animal más sensible a estos compuestos, la dosis letal es de 0,0006 mg de 2378-TCDD/kg de peso corporal administrado por vía oral para matar la mitad de una población de estos animales. Para otras especies se obtienen valores de DL50 algo más elevados. Además de su carácter letal, y de la manifestación de una gran variedad de efectos tóxicos, también se ha demostrado en diferentes estudios, la capacidad de estos compuestos para producir cáncer, mutaciones y malformaciones fetales en diferentes especies animales.
De todos los 210 posibles congéneres de PCDFs y PCDDs, por lo tanto los de mayor toxicidad y con mucha diferencia respecto al resto son los congéneres que tienen átomos de cloro ocupando simultáneamente las 4 posiciones laterales (posiciones:2,3,7,8). Existen un total de 17 congéneres que presentan esta configuración, y de ellos el más estudiado es el antes nombrado 2,3,7,8-TCDD que precisamente es el más tóxico de todas las dioxinas, y también una de las sustancias más tóxicas sintetizadas hasta ahora por el hombre.
Los primeros estudios sobre al toxicidad del isómero 2378-TCDD, realizadas por Kociba y col., en 1973, con cobayas de laboratorio fueron realmente alarmantes, precisamente porque esta especie es una de las más sensibles a la acción de este congénere, ya que presente una DL50 de solo 0,6 g/kg peso (ver Tabla N° 2 ).
