DETERMINACIÓN DE BTEX EN AIRE
AMBIENTE DEL DISTRITO METROPOLITANO
DE QUITO MEDIANTE CROMATOGRAFÍA
DE GASES CON DETECTOR DE IONIZACIÓN
DE LLAMA
DETERMINATION OF BTEX IN AMBIENT AIR OF DISTRITO
METROPOLITANO DE QUITO BY GAS CHROMATOGRAPHY
WITH FLAME IONIZATION DETECTOR
Camila Altamirano
1
& Lorena Meneses
2
Recibido: 18 septiembre 2017 / Aceptado: 28 noviembre 2017
Palabras claves: BTEX, cromatografía, Quito, ultrasonido, validación.
Key words: BTEX, chromatography, Quito, ultrasonic, validation.
RESUMEN
La contaminación ambiental puede ser natural o antropogénica, que causa la
presencia de determinadas sustancias que interfieren con la salud y el bienestar
de los habitantes. En el caso específico del Distrito Metropolitano de Quito
(DMQ), los contaminantes se encuentran principalmente en las gasolinas, por
esta razón se determinó benceno, tolueno, etilbenceno, m/p-xileno y o-xileno
(BTEX), considerados como contaminantes de origen antropogénico, en el aire
25
1 Secretaría de Ambiente del Distrito Metropolitano de Quito, Quito, Ecuador (camila.altamirano@
quito.gob.ec)
2 Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Escuela de Cien-
cias Químicas, Quito, Ecuador (lmmeneses@puce.edu.ec)
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ambiente del DMQ, para identificar las fuentes y períodos de contaminación,
con el fin de controlarlas y reducir el impacto ambiental. La determinación de
BTEX se realizó mediante el muestreo pasivo junto con una extracción por ul-
trasonido, utilizando hexano como solvente, para su posterior análisis mediante
cromatografía de gases con detector de ionización de llama. Las condiciones
cromatográficas permitieron la separación, identificación y cuantificación de
los compuestos de interés. Se monitoreó BTEX en 43 puntos distribuidos a lo
largo y ancho de todo el DMQ con un tiempo de exposición de 30 días. El rango
de concentración promedio encontrado durante los meses de octubre 2016 a
enero 2017 para benceno fue 0,07 – 13,85 μg/m
3
; valor que superó la normativa
ambiental anual establecida por la Comisión Europea, con un valor de 5 μg/m
3
.
El aumento de la concentración de BTEX en el año 2017 frente a los años ante-
riores, se debe al aumento en la congestión vehicular, así como el uso de com-
bustible en las festividades del mes de diciembre 2016 y enero 2017.
ABSTRACT
The environmental contamination can be natural or anthropogenic, so this can
cause the presence of certain substances that may affect health and comfort of
habitants. Because of this, Benzene, Toluene, Ethylbenzene, m/p-Xylene and o-
Xylene was analyzed in the air of Distrito Metropolitano de Quito (DMQ). In
Quito these compounds are present in car fuel, so the pollution sources and pe-
riod of contamination can be identified and controlled, causing a reduction in
the environmental impact. The determination of these compounds was done by
passive sampling and then ultrasonic extraction using hexane as solvent for the
further analysis in gas chromatography with flame ionization detector. The sepa-
ration, identification and quantification of the compounds were possible because
of the chromatography conditions that were used. BTEX was monitored in 43
places along DMQ, with a period of exposition of 30 days. The mean annual
concentration obtained for benzene during October 2016 to January 2017 was
0,07 – 13,85 μg/m
3
, value that exceed the environmental regulation established
by the European Commission, 5 μg/m
3
. The concentration of BTEX have been in-
creasing in 2017 compared to previous years because of vehicular congestions
as well as the use of fuel in festivities of December 2016 and January 2017.
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Los compuestos orgánicos volátiles
(COVs), están constituidos funda-
mentalmente por carbono, y su ca-
racterística principal es la facilidad
de pasar a estado gaseoso debido a
que su presión de vapor es baja a 20
ºC (Sánchez & Alcántara, 2008). Ade-
más, son compuestos que participan
en las reacciones fotoquímicas en la
atmósfera y que con los óxidos de ni-
trógeno en presencia de calor y luz
solar producen “esmog” fotoquímico
(Secretaría de Medio Ambiente, Re-
cursos Naturales y Pesca, 1998).
Se denomina “esmog” fotoquímico a
la contaminación del aire originado
por la mezcla de contaminantes de
origen primario (óxidos de nitrógeno,
hidrocarburos volátiles) con contami-
nantes secundarios (ozono, radicales,
etc.). Los contaminantes secundarios
son originados cuando la luz solar in-
cide sobre los contaminantes prima-
rios (Sánchez & Alcántara, 2008). La
manifestación del “esmog” es la for-
mación de una neblina amarillenta-
grisácea, aerosol de baja humedad y
un olor desagradable por la presencia
de algunos compuestos gaseosos
(Delgado, 2005).
Los compuestos orgánicos volátiles
presentes en el aire pueden provenir
de fuentes naturales como bosques,
zonas húmedas, animales rumiantes,
etc., o de fuentes antropogénicas
como industria automotriz, uso do-
méstico o industrial de pinturas y sol-
ventes y de reservas de hidrocar-
buros, donde la fuente antropogénica
es la que más aporta a la contamina-
ción del ambiente (Vernier, 1998).
Los principales representantes de los
compuestos orgánicos volátiles son
los BTEX: benceno, tolueno, etilben-
ceno y xilenos, que se caracterizan
por encontrarse en estado gaseoso a
temperatura ambiente y por ser inso-
lubles en agua pero solubles en otras
sustancias (Ramírez, 2012). Estos
com puestos se encuentran en la clasi-
ficación de contaminantes peligrosos
del aire en la escala nacional de sus-
tancias tóxicas del aire de la Agencia
de Protección Ambiental de los Esta-
dos Unidos de Norteamérica, debido
a que estudios han demostrado que
algunos compuestos son canceríge-
nos o posibles carcinógenos (Agencia
de Protección Ambiental de los Esta-
dos Unidos de Norteamérica, 2016).
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INTRODUCCIÓN
En Ecuador, el 76 % de la contami-
nación atmosférica actual proviene
del parque automotor, 5 % de indus-
tria, 4 % de generación eléctrica y 15
% de fuentes naturales, por lo que el
monitoreo continuo es necesario,
más aún en el Distrito Metropolitano
de Quito, debido a las condiciones
geográficas que posee, donde la al-
tura a la que se encuentra la ciudad
provoca una menor cantidad de oxí-
geno, lo cual genera que la combus-
tión sea incompleta. Además, las
condiciones geográficas que sufre la
ciudad al estar rodeada de montañas
de la cordillera occidental, provocan
que la ventilación sea limitada y
como consecuencia, la contamina-
ción se ve atrapada (Marcillo, 2010).
Por esta razón, se han establecido di-
ferentes métodos de control para
cuantificar estos contaminantes,
donde la técnica de análisis químico
más usada es desorción térmica aco-
plada a cromatografía de gases y de-
tección por espectrofotometría de
masas (DT-CG-EM). Sin embargo, la
técnica resulta ser costosa, por lo que
se han desarrollado nuevas de menor
costo, dentro de las cuales se en-
cuentra la cromatografía de gases
con detección de ionización de
llama. El análisis puede desarrollarse
in situ mediante uso de bombas de
succión, o por captación pasiva
donde se usan captadores multilecho
(Instituto Nacional de Seguridad e
Higiene en el Trabajo, 2013).
Por lo anteriormente expuesto, el ob-
jetivo principal de este estudio fue
cuantificar benceno, tolueno, etil-
benceno y xilenos (BTEX) en aire en
el Distrito Metropolitano de Quito
mediante cromatografía de gases con
detector de ionización de llama (FID)
con el fin de determinar la calidad
del aire ambiente.
MATERIALES Y MÉTODOS
Muestreo
El principio del método es el mues-
treo pasivo, el cual implica la prepa-
ración del muestreador al colocar un
sorbente sólido en un contenedor
inerte con aberturas de dimensión
conocida, que permitan que los va-
pores de los compuestos orgánicos
volátiles (COVs) pasen a través del
pasivo a un flujo constante, de ma-
nera que puedan quedar adsorbidos
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para su posterior extracción y análisis
por cromatografía de gases (EPA,
2014). El muestreador pasivo utili-
zado fue el de tipo tubo, que consta
de un tubo de vidrio relleno con car-
bón activado que se retiene dentro,
al colocar las tapas de difusión, para
lo cual se utilizó algodón.
Se determinó que el tiempo de mues-
treo sería de 30 días y se establecie-
ron los puntos de muestreo, tomando
en cuenta la Red de Monitoreo Pasivo
de la Secretaría de Ambiente del Dis-
trito Metropolitano de Quito, por lo
que se analizaron 43 puntos, que
están divididos en las rutas que se in-
dican en la Figura 1. Se muestrearon
los meses de octubre, noviembre y
diciembre del 2016 y enero del
2017. Se colocó cada mes un mues-
treador pasivo por punto de mues-
treo; por lo que se obtuvieron 172
muestras en los 4 meses.
Optimización del método
Se optimizó el método tomando en
consideración la elección del sol-
vente, las condiciones cromatográfi-
cas y el tiempo de agitación. Los
solventes que se probaron fueron me-
tanol, acetonitrilo y hexano. Las con-
diciones cromatográficas que va ria-
ron fueron la rampa de temperatura,
el modo de inyección y el flujo de la
columna. Se probaron tres tiempos
de agitación, 10, 15 y 20 minutos en
baño ultrasonido.
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Figura 1. Puntos de muestreo en el Distrito
Metropolitano de Quito (DMQ).
Se representan los puntos de muestreo
de las rutas: Centro-Sur, Estaciones Fijas,
Periféricos y Noroccidente.
Preparación de los muestreadores
pasivos
La preparación de los muestreadores
pasivos se realizó colocando 0,6 gra-
mos de carbón activado de 80-60
“mesh” en el tubo muestredor para
luego ser sellados con papel alumi-
nio y papel parafilm. Al carbón acti-
vado se le realizó un acondiciona-
miento previo, el cual se basó en so-
meter el carbón a 150 ºC durante 48
horas.
Extracción de muestras
La extracción de las muestras se re-
alizó al colocar hexano en el carbón
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activado y someter a agitación de ul-
trasonido. El extracto se filtró usando
un filtro de membrana de celulosa re-
generada de 0,45 μm. Luego se co-
locó el extracto en los viales ámbar
de 2 mL para analizar en el cromató-
grafo de gases Shimadzu, GC-2014.
Análisis de muestras
Las muestras se analizaron utilizando
un cromatógrafo de gases con detec-
tor de ionización de llama. Se utilizó
una columna RTX-624 (crossbond 6
% cianopropilfenil/ 94 % dimetil po-
lisiloxano, de 60 metros, 0,25 mm de
ID, 1,4 um df.). Las temperaturas del
inyector y del detector fueron 250 ºC
y 300 ºC respectivamente. La rampa
de temperatura empezó en 45 ºC por
2 minutos, luego incrementó 10
ºC/min hasta llegar a 150 ºC para
luego alcanzar a 220 ºC a 20 ºC/min
y mantenerse ahí por 3 minutos. El
gas de arrastre fue helio.
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RESULTADOS
La optimización del método, en es-
pecial las condiciones cromatográfi-
cas y la elección del solvente,
per mitió identificar los 5 picos de in-
terés, benceno, tolueno, etilbenceno,
m/p-xileno y o-xileno. Los picos fue-
ron resueltos, estrechos y simétricos
de manera que se pudieron cuantifi-
car. En la Figura 2 se puede observar
el cromatograma obtenido al mues-
trear BTEX en la estación Jipijapa en
el mes de diciembre utilizando he-
xano como solvente.
Figura 2. Cromatograma del muestreo de BTEX
realizado en la estación Jipijapa en el mes de diciembre de 2016
5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 min
5
10
15
20
25
30
35
mV
SFID1
BENCENO /10,408
TOLUENO/12,736
ETILBENCENO/15,026
M/P-XILENO/15,286
O-XILENO/16,081
Con las condiciones de operación es-
tablecidas, se determinó BTEX en el
aire ambiente del DMQ en los meses
de octubre, noviembre y diciembre
de 2016 y enero de 2017. El com-
puesto de interés fue el benceno, por-
que está determinado en la Norma
de Calidad del Aire Ambiente del
Ecuador, Tulsma libro VI, anexo 4,
valor tomado de la Comisión Euro-
pea con un límite máximo permisible
anual de 5 µg/m3 (Comisión Euro-
pea, 2016).
Se realizó un promedio de las con-
centraciones de benceno de los 4
meses de muestreo de manera que se
pueda comparar con la normativa
ambiental vigente en el DMQ. En la
Figura 3, se puede observar las con-
centraciones de benceno para cada
punto de muestreo de los 4 meses de
muestreo y en la Figura 4, se pueden
observar las concentraciones prome-
dio de benceno de los 4 meses de
muestreo.
Promedio anual: 5µg/m
3
Figura 3. Concentraciones de benceno en los 4 meses
de muestreo, en función de los puntos de muestreo
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La optimización del método permitió
identificar los 5 compuestos de inte-
rés al seleccionar el solvente de ex-
tracción y optimizar las condiciones
cromatográficas, porque se evitó la
pérdida o coelución de compuestos
de interés. Las condiciones cromato-
gráficas permitieron obtener picos es-
trechos, simétricos y resueltos como
se pueden observar en la Figura 2.
Además, se controló el tiempo de
análisis así como las interferencias
posibles en el método.
El monitoreo de BTEX en el Distrito
Metropolitano de Quito fue riguroso,
ya que los puntos de muestreo cu-
brieron casi en totalidad a la ciudad,
lo que permitió identificar las zonas
que se ven más afectadas por estos
contaminantes, los puntos de mues-
treo se pueden observar en la Figura
1. Las concentraciones de benceno,
como se puede observar en la Figura
3, para los meses de octubre, no-
viembre y enero se encuentra por de-
bajo de la normativa ambiental, 5
µg/m³, a excepción de Jipijapa. El
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Promedio anual: 5 µg/m
3
Figura 4. Concentraciones promedio de benceno
en los 4 meses de muestreo,
en función de los puntos de muestreo
DISCUSIÓN
punto de muestro localizado en Jipi-
japa presenta una concentración de
13,85 µg/m³. Esto se debe a que en el
punto donde se colocó el pasivo se
pintaron las cercas, provocando así
un aumento repentino de ese punto,
porque la pintura generalmente usa
ciertos compuestos como solvente,
en especial benceno y tolueno. Ade-
más, las concentraciones de benceno
de los puntos de muestreo Ama-
guaña, La Kennedy y Cumbayá, pre-
sentan valores cercanos a la norma.
La tendencia general en el mes de di-
ciembre es incrementar la concentra-
ción del contaminante, esto se debe
a varias festividades como las fiestas
de Quito, Navidad y Año Nuevo,
dónde el tránsito vehicular aumenta.
Se queman fuegos pirotécnicos, se
lanzan globos de papel, así como
muñecos de fin de año, los cuales
están conformados por aserrín, el
desperdicio de la madera y papel pe-
riódico. Para encender estos muñe-
cos y globos se utiliza generalmente
gasolina, por lo que se convierten en
una fuente de contaminación antro-
pogénica. Al ser festividades, el au-
mento de venta de cigarrillo aumen-
ta, el cual es otra fuente importante
de benceno que puede afectar al aire
ambiente del DMQ. Por este motivo,
para el mes de diciembre las concen-
traciones para los BTEX aumentan
exponencialmente versus los otros
meses de muestreo.
En la Figura 3, en el mes de enero se
puede observar que los puntos de
muestreo La Marín, Guajaló y La
Ecuatoriana presentan valores supe-
riores a 2 µg/m³, valores que son altos
frente a los otros puntos de muestreo
en ese mes. Esto se debe a la gran
afluencia vehicular que presentan
esas zonas en especial.
En el caso de La Marín, presenta la
mayor concentración de benceno, lo
que se debe a que en el lugar en el
cual se colocó el pasivo hay gran
afluencia de buses que provoca un
estancamiento vehicular y una mayor
emanación de gases.
En el caso de Guajaló, el punto de
muestreo se ubicó cerca a una gaso-
linera y rodeado por el parque indus-
trial del sur de Quito, lo que provoca
una mayor concentración de ben-
ceno en dichos puntos.
Hay ciertas estaciones que poseen
concentraciones de benceno cerca-
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nas a la normativa, y el punto de
muestreo Jipijapa la supera, por lo
que es necesario considerar la incer-
tidumbre que aporta el muestreo pa-
sivo, que puede afectar a que dichos
valores varíen.
En la Figura 4, se puede observar que
la tendencia general de benceno en
aire ambiente en el DMQ es de 2
µg/m³, donde ciertos puntos obtienen
concentraciones cercanas a la nor-
mativa. Además, se puede observar
que el muestreo de 4 meses no fue
suficiente para determinar cumpli-
miento o incumplimiento con la nor-
mativa ambiental, debido a la
presencia de un episodio puntual de
contaminación como lo fue el mes
de diciembre de 2016. Se recomen-
daría muestrear todo el año para
tomar en consideración todas las va-
riables que afectan al contaminante,
es especial abarcar la variabilidad de
las condiciones atmosféricas.
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CONCLUSIONES
La elección de hexano como sol-
vente, la optimización de las condi-
ciones cromatográficas y establecer
un tiempo de extracción de 20 minu-
tos, permitió la identificación de los
5 compuestos de interés, benceno,
tolueno, etilbenceno, m/p-xileno y o-
xileno para su posterior cuantifica-
ción.
El aumento de la concentración de
benceno en el mes de diciembre se
debe a los días festivos que se presen-
tan, como fiestas de Quito, Navidad,
y Año Nuevo.
El punto de muestreo que sobrepasó
la normativa ambiental fue Jipijapa,
debido a la captación del contami-
nante por usar pinturas cercanas al
muestreador pasivo.
Los puntos de muestreo de La Marín,
Guajaló y La Ecuatoriana presentan
valores cercanos a la norma, esto se
debe a la congestión vehicular que
existe en estos puntos y la existencia
de gasolineras cercanas que provo-
can un aumento en los contaminan-
tes.
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