Marina Montes, César
Anzano Lacarte, Jesús (dir.) ; Cáceres Gianni, Jorge (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2022
Abstract: Los aerosoles atmosféricos, también llamados material particulado (PM), son pequeñas partículas sólidas suspendidas en la atmósfera compuestas por mezclas complejas de diferentes especies químicas, tanto de origen natural como antropogénico. La presencia de aerosoles tiene un fuerte impacto a escala global en el clima (dispersando y absorbiendo radiación solar); y la salud, dependiendo intrínsecamente de las propiedades (composición, morfología, etc.) de las partículas que componen el aerosol atmosférico. Sus efectos en el clima son particularmente relevantes en zonas polares, como la Antártida. Esta zona, especialmente sensible a los cambios de temperatura, se comporta como un termostato global para el resto del planeta Tierra, regulando su
temperatura. De este modo, el estudio detallado de la composición de los aerosoles antárticos, así como de sus posibles fuentes, resultan de excepcional importancia puesto que los impactos de los aerosoles dependen de estos aspectos.
Dada la naturaleza compleja de las partículas que forman el aerosol, no existen técnicas analíticas exclusivas que puedan caracterizar completamente todos los aspectos de los aerosoles. Consecuentemente, el empleo de diferentes técnicas se considera esencial para realizar un estudio completo de los aerosoles. Por ello, en esta tesis doctoral se han empleado cuatro técnicas analíticas para su caracterización.
La primera técnica que se propone se corresponde con la espectroscopía de descomposición inducida por láser (LIBS) y es, dentro de las cuatro técnicas empleadas, la más novedosa en el estudio de la composición del material particulado. Esta técnica posee múltiples ventajas, y es ampliamente utilizada en numerosos campos, incluido el medio ambiente. En LIBS, un pulso láser se focaliza sobre la superficie de la muestra generando un plasma luminoso. La emisión de luz producida por el plasma es recolectada por un espectrómetro y analizada, de tal forma que el espectro generado permite obtener información de la composición de la muestra. Junto al LIBS, se han empleado otras técnicas analíticas de referencia, más experimentadas y ya establecidas en el campo del análisis de aerosoles: ICP-OES, ICPMS, Raman y SEM-EDS. El ICP, acoplado con espectrometría de masas (ICP-MS) o utilizando detección óptica de fotones emitidos (ICP-OES), es la técnica más empleada en análisis rutinarios de laboratorio de material particulado, mientras que Raman y SEM EDS, son técnicas ampliamente empleadas para el estudio de la composición y morfología de las partículas.
El principal objetivo de esta tesis es el empleo de la técnica LIBS, en combinación con las otras técnicas analíticas mencionadas, para el estudio completo de la composición de los aerosoles antárticos. El LIBS, aplicado en muestras de aerosoles, es capaz de producir información de excelente calidad, complementando los análisis desarrollados por las demás técnicas y añadiendo información de especial relevancia en los estudios atmosféricos. El LIBS introduce una nueva perspectiva en la caracterización de aerosoles, particularmente en áreas aisladas, donde no se requieren equipos complejos y son necesarias mediciones en tiempo real. Al mismo tiempo, junto al estudio de la composición química de los aerosoles, se han llevado a cabo estudios de análisis de sus orígenes principales mediante el empleo de modelos matemáticos (HYSPLIT, etc.) y herramientas estadísticas.
El muestreo de aerosoles en filtros de la presente tesis se ha desarrollado en el verano austral durante dos campañas antárticas españolas consecutivas (2019/20 - 2020/21) en las islas antárticas de Decepción y Livingston. Ambas islas de origen volcánico forman parte del Archipiélago de las Shetland del Sur. En las islas Decepción y Livingston, España dispone de las bases “Gabriel de Castilla” (Ejército de Tierra) y “Juan Carlos I”
(Consejo Superior de Investigaciones Científica), respectivamente.
Abstract (other lang.):
temperatura. De este modo, el estudio detallado de la composición de los aerosoles antárticos, así como de sus posibles fuentes, resultan de excepcional importancia puesto que los impactos de los aerosoles dependen de estos aspectos.
Dada la naturaleza compleja de las partículas que forman el aerosol, no existen técnicas analíticas exclusivas que puedan caracterizar completamente todos los aspectos de los aerosoles. Consecuentemente, el empleo de diferentes técnicas se considera esencial para realizar un estudio completo de los aerosoles. Por ello, en esta tesis doctoral se han empleado cuatro técnicas analíticas para su caracterización.
La primera técnica que se propone se corresponde con la espectroscopía de descomposición inducida por láser (LIBS) y es, dentro de las cuatro técnicas empleadas, la más novedosa en el estudio de la composición del material particulado. Esta técnica posee múltiples ventajas, y es ampliamente utilizada en numerosos campos, incluido el medio ambiente. En LIBS, un pulso láser se focaliza sobre la superficie de la muestra generando un plasma luminoso. La emisión de luz producida por el plasma es recolectada por un espectrómetro y analizada, de tal forma que el espectro generado permite obtener información de la composición de la muestra. Junto al LIBS, se han empleado otras técnicas analíticas de referencia, más experimentadas y ya establecidas en el campo del análisis de aerosoles: ICP-OES, ICPMS, Raman y SEM-EDS. El ICP, acoplado con espectrometría de masas (ICP-MS) o utilizando detección óptica de fotones emitidos (ICP-OES), es la técnica más empleada en análisis rutinarios de laboratorio de material particulado, mientras que Raman y SEM EDS, son técnicas ampliamente empleadas para el estudio de la composición y morfología de las partículas.
El principal objetivo de esta tesis es el empleo de la técnica LIBS, en combinación con las otras técnicas analíticas mencionadas, para el estudio completo de la composición de los aerosoles antárticos. El LIBS, aplicado en muestras de aerosoles, es capaz de producir información de excelente calidad, complementando los análisis desarrollados por las demás técnicas y añadiendo información de especial relevancia en los estudios atmosféricos. El LIBS introduce una nueva perspectiva en la caracterización de aerosoles, particularmente en áreas aisladas, donde no se requieren equipos complejos y son necesarias mediciones en tiempo real. Al mismo tiempo, junto al estudio de la composición química de los aerosoles, se han llevado a cabo estudios de análisis de sus orígenes principales mediante el empleo de modelos matemáticos (HYSPLIT, etc.) y herramientas estadísticas.
El muestreo de aerosoles en filtros de la presente tesis se ha desarrollado en el verano austral durante dos campañas antárticas españolas consecutivas (2019/20 - 2020/21) en las islas antárticas de Decepción y Livingston. Ambas islas de origen volcánico forman parte del Archipiélago de las Shetland del Sur. En las islas Decepción y Livingston, España dispone de las bases “Gabriel de Castilla” (Ejército de Tierra) y “Juan Carlos I”
(Consejo Superior de Investigaciones Científica), respectivamente.
Abstract (other lang.):
Pal. clave: espectroscopia optica de emision ; quimica analitica ; espectroscopia raman ; espectroscopia de masas
Titulación: Programa de Doctorado en Ciencia Analítica en Química
Plan(es): Plan 487
Nota: Presentado: 01 07 2022
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2022
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