Monitoreo de Formaldehído

El formaldehído (CH2O), también conocido como metanal, es un gas incoloro con un fuerte y notable olor (olor picante similar al de los pepinillos) que se encuentra en interiores y exteriores. Se libera de las emisiones de casi todos los hidrocarburos orgánicos volátiles. Se utiliza comúnmente en industrias para fabricar cosas como materiales de construcción, muebles y productos para el hogar. Pero cuando se trata del medio ambiente y nuestra salud, el formaldehído puede ser una verdadera preocupación. En interiores, a menudo se libera de artículos como muebles de madera prensada, pinturas y adhesivos, lo que puede disminuir la calidad del aire en hogares, escuelas y lugares de trabajo.

El formaldehído no desaparece solo en el medio ambiente. Se libera a través de procesos naturales, reacciones que involucran compuestos orgánicos volátiles en el aire, y la quema de combustibles o biomasa. Esto afecta el aire que respiramos, ya sea que estemos en la ciudad o en el campo. Aunque al principio puede no parecer dañino, incluso la exposición baja a lo largo del tiempo puede causar problemas como irritación de ojos, nariz y garganta, y en casos más graves, puede llevar a problemas respiratorios o incluso cáncer. Utilizar monitores de formaldehído es una solución viable para proporcionar una advertencia adecuada sobre la exposición peligrosa. Este artículo cubre información sobre el formaldehído, sus fuentes en el aire ambiente, niveles permisibles, impacto en la salud y el medio ambiente, posibles medidas correctivas, la necesidad de monitores de formaldehído y diferentes métodos de monitoreo de CH2O.

El formaldehído es el aldehído más simple. Está compuesto de hidrógeno, carbono y oxígeno y tiene la fórmula CH2O (o H−CHO). El formaldehído pertenece a un amplio grupo de sustancias llamadas compuestos orgánicos volátiles, que, a temperaturas normales, se evaporan y se convierten en formas gaseosas. Su forma gaseosa pura se polimeriza espontáneamente en paraformaldehído; por lo tanto, generalmente se almacena en forma líquida, formalina.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) clasificó el formaldehído (CH2O) como un Grupo 1carcinógeno humano en 2004. La Comisión Europea categorizó el formaldehído como un carcinógeno 1B y mutágeno en 2014. El formaldehído se produce por procesos naturales y fue sintetizado por primera vez en 1867; su producción global anual actualmente supera las 30 millones de toneladas.  {Ref. El formaldehído exterior es significativo y afecta sustancialmente las concentraciones de formaldehído en interiores, Building and Environment, Volumen 158, julio de 2019, pp. 145-150}

Las principales propiedades químicas y físicas del CH2O son las siguientes: 

• Peso molecular/masa molar  = 30.03 g/mol
• Densidad de vapor relativa =  1.03–1.07 (aire = 1)
• Densidad = 815 kg/m³
• Punto de fusión = −92 °C y  punto de ebullición =  −19.1 °C. 
• Soluble en agua (alrededor de 400 g/l a 20 °C), etanol, cloroformo, y miscible con acetona, benceno y éter dietílico.

El formaldehído se disuelve fácilmente en agua (conocido como formalina) pero no dura mucho tiempo allí, tampoco. La formalina se usa comúnmente como desinfectante industrial y conservante en casas funerarias y laboratorios médicos. Cuando un objeto emite formaldehído, se libera en el aire a través de un proceso llamado desgasificación. El gas formaldehído se descompone rápidamente en el aire, generalmente en unas pocas horas.

El formaldehído es el aldehído más común en el medio ambiente. La concentración natural de fondo es < 1 µg/m3 con un promedio de aproximadamente 0.5 µg/m3. [Ref- Formaldehído. En: Polvo de madera y formaldehído. Lyon, Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer, 1995, pp. 217–362.]

Siendo un químico traza ubicuo en la atmósfera ambiente, el formaldehído (CH2O) desempeña un papel importante en la fotoconductividad atmosférica porque reacciona rápidamente en la atmósfera, y su fotólisis proporciona nuevos radicales hidroxilo (OH) y hidroperóxido (HO2). CH2O también puede influir en el aerosol orgánico secundario (SOA) al proporcionar radicales que aumentan la oxidación en fase gaseosa de los hidrocarburos y aumentan el material orgánico activo en superficie. Cuando se produce en la atmósfera por la acción de la luz solar y el oxígeno sobre el metano atmosférico y otros hidrocarburos, se convierte en parte del smog. El formaldehído no se acumula en el medio ambiente porque se descompone en pocas horas por la luz solar o las bacterias en el suelo o el agua.

Fuente Natural

El formaldehído ocurre naturalmente en el medio ambiente. Se produce en la atmósfera a partir de emisiones de casi todos los hidrocarburos orgánicos volátiles. También se produce durante la descomposición de material vegetal en el suelo y en procesos químicos normales en la mayoría de los organismos vivos. También es un producto de combustión que se encuentra en el humo del tabaco. Los humanos y la mayoría de los otros organismos vivos producen pequeñas cantidades como parte de los procesos metabólicos normales.

Además, el formaldehído es un subproducto de todos los procesos de combustión, incluyendo la cocción, los gases de escape de vehículos y los incendios forestales. Los plátanos, manzanas, zanahorias y otras frutas y verduras contienen naturalmente bajas cantidades de formaldehído.

¿Sabías que? El formaldehído ocurre naturalmente en muchos productos alimenticios, con niveles que varían ampliamente. Por ejemplo, la leche contiene alrededor de 0.1-0.3 mg/kg, mientras que algunas especies de peces pueden tener más de 200 mg/kg. Muchas frutas también producen formaldehído naturalmente, incluyendo plátanos (16.3 mg/kg), peras (38.7 mg/kg), uvas (22.4 mg/kg) y manzanas (22.3 mg/kg).

Fuentes Antropogénicas

La combustión incompleta (centrales eléctricas, incineración, etc.) y otros procesos de oxidación de moléculas orgánicas de cadena más larga, como el metano y los compuestos orgánicos volátiles (COV), también pueden producir formaldehído. Fumar también produce formaldehído.

La fotooxidación del metano en el medio ambiente produce formaldehído, que está presente en cantidades traza en la atmósfera, aproximadamente una parte por mil millones. El formaldehído se utiliza comúnmente en materiales de construcción, aislamiento, pegamentos, tejidos de planchado permanente, pinturas, lacas y otros recubrimientos. También está presente en productos de madera compuesta que incorporan resinas que contienen formaldehído.

Los productos de cuidado personal que contienen formaldehído, como geles de ducha, esmaltes de uñas, champús, jabones y productos para el cabello, también emiten formaldehído a la atmósfera. Además, muchos otros productos de consumo liberan compuestos orgánicos volátiles (COV), que se combinan con ozono atmosférico para formar formaldehído.

¿Eras consciente de esto? Los humanos producen naturalmente alrededor de 1.5 onzas de formaldehído diariamente como parte del metabolismo normal. También inhalamos alrededor de 0.0007 onzas cuando estamos expuestos a niveles que coinciden con la Directriz de Calidad del Aire Interior de la Organización Mundial de la Salud (OMS). Una vez inhalado, el formaldehído se descompone rápidamente en dióxido de carbono y se exhala.

Los límites permisibles de exposición de CH2O en términos de exposición ocupacional continua se detallan a continuación:

Los límites de exposición anteriores son solo para niveles de aire. Cuando también ocurre contacto con la piel, puede estar sobreexpuesto, incluso si los niveles de aire son inferiores a los límites mencionados anteriormente.

El Límite Permisible de Exposición (PEL) estipulado por OSHA (Administración de Seguridad y Salud Ocupacional) define la concentración máxima de CH2O a la que un trabajador no protegido puede estar expuesto. El PEL puede referirse a un promedio ponderado en el tiempo de ocho horas (TWA), un límite de exposición a corto plazo de 15 minutos (STEL), o una concentración de límite máximo instantáneo (CL) que no puede ser superada por ningún período de tiempo. De manera similar, el Límite de Exposición Recomendado (REL) es el límite de exposición ocupacional recomendado por NIOSH (Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional), y losTLVs (es decir, valores límite de umbral) son las pautas de exposición proporcionadas por ACGIH (Conferencia Americana de Higienistas Industriales Gubernamentales).

Impacto en la Salud

El formaldehído causa cáncer. La evidencia muestra que el formaldehído puede causar un raro cáncer de nasofaringe, que es la parte superior de la garganta detrás de la nariz.

El formaldehído causa irritación en los ojos, la garganta y la nariz. Bajas concentraciones de formaldehído pueden causar estas irritaciones. Otros efectos secundarios a corto plazo incluyen dificultades para respirar, dolores de cabeza, moqueo y náuseas. Los silbidos, episodios de asma y otros problemas respiratorios pueden resultar después de la exposición.

A altas concentraciones, el formaldehído puede causar graves daños en los ojos y las vías respiratorias. Además, algunas personas son más sensibles a sustancias químicas como el formaldehído y pueden experimentar síntomas antes que otros.

Ambiental

El formaldehído también causa efectos nocivos en el medio ambiente y la biodiversidad.

• Sobre la calidad del aire: Es una molécula orgánica volátil (COV) que se combina con procesos fotoquímicos para generar ozono troposférico, o smog, que perjudica la salud humana.
• Sobre el agua y los suelos: El formaldehído puede ser transportado por el agua y terminar en lagos, ríos y suelos, donde puede tener un impacto negativo en los ecosistemas en tierra y en el agua.
• Sobre la biodiversidad: La sobreexposición a las emisiones de formaldehído puede dañar la biodiversidad al alterar los ecosistemas y hábitats naturales (por ejemplo, desacelerar el crecimiento de los árboles o producir hemorragias en los pulmones de las aves).
• Sobre el cambio climático: El formaldehído no causa directamente el cambio climático, pero puede hacerlo indirectamente al interactuar con otros gases en la atmósfera para crear compuestos que sí lo hacen.

La acción principal es la monitorización de formaldehído, es decir, medir las concentraciones de CH2O a las que estás expuesto. Es crítico tomar medidas para reducir la exposición al formaldehído y minimizar las emisiones. Aquí hay algunas maneras de protegerte y ayudar a disminuir el impacto ambiental del formaldehído:

En una empresa:

• Respeta las normas de seguridad:Si operas en un lugar de trabajo donde se utiliza formaldehído, asegúrate de seguir los protocolos de seguridad, usar equipo de protección adecuado y trabajar en un lugar bien ventilado.
• Sustituir el formaldehído:Siempre que sea posible, considera alternativas más seguras al formaldehído en los procesos industriales.
• Implementar estrategias de reducción de emisiones:Utiliza dispositivos de monitoreo ambiental y técnicas de control para reducir las emisiones de formaldehído en el aire.

En la casa

• Ventila regularmente:Mantén una adecuada ventilación interior para reducir los niveles de formaldehído en el aire.
• Evita productos con formaldehído:Al comprar muebles o productos de consumo, busca productos que estén certificados como "bajo en formaldehído" o "sin formaldehído añadido".
• Fumar y vapear en interiores está estrictamente prohibido:Evitar fumar y vapear en interiores puede ayudar a limitar la exposición al formaldehído. Además del formaldehído, el humo de segunda mano contiene varios otros compuestos que dañan la salud.
• Antes de usar ropa de prensado permanente, lávala. Se utiliza formaldehído en la fabricación de telas especializadas.

Diferentes principios de funcionamiento para monitorear el formaldehído en el ambiente son la espectrometría de masas por reacción de transferencia de protones (PTR-MS), semiconductores y electroquímica.

Espectrometría de masas por reacción de transferencia de protones (PTR-MS) - Este método de monitoreo de formaldehído utiliza reacciones de transferencia de protones con iones H3O+ (hidronio) para ionizar las moléculas de formaldehído atmosférico y la detección espectrométrica de los iones producto para conocer la concentración de CH2O. Basado en este principio, el monitor de formaldehído consta de una fuente de iones externa, un tubo de deriva y un sistema de detección de análisis de masas.

La química de transferencia de protones ocurre en un reactor de tubo de deriva, que aumenta la energía cinética de los iones y limita eficazmente la formación de iones de clúster con las abundantes moléculas de agua en el aire ambiente. Esto simplifica tanto la química de transferencia de protones como la interpretación de los espectros de masas. La exotermicidad de las reacciones de transferencia de protones es lo suficientemente baja como para que el grado de fragmentación de iones producto sea limitado, y las masas de los iones producto pueden utilizarse como un identificador único para detectar la concentración de formaldehído. Sin embargo, la afinidad de protones del formaldehído, ligeramente mayor que la del agua, conduce a una sensibilidad baja y fuertemente dependiente de la humedad del formaldehído en tales monitores de formaldehído.

Semiconductor - Cuando un monitor de formaldehído basado en semiconductores de óxido metálico es expuesto a la muestra de aire, las moléculas de CH2O reaccionan en la superficie de óxido metálico del sensor y se disocian en iones cargados, alterando la resistencia de la película. Esta interacción se mide como una señal y se convierte en la concentración de gas. Sin embargo, el consumo de energía de tales monitores de formaldehído es mayor que el de otros monitores.

Electroquímico - Los monitores de CH2O que funcionan según el principio electroquímico operan en base a la difusión de gas formaldehído en el sensor, lo que resulta en la producción de señales eléctricas proporcionales a la concentración de CH2O. Permite una medición precisa de incluso bajas concentraciones de CH2O, lo cual es esencial en el monitoreo de formaldehído en el aire ambiente.

[Fuente: https://docs.smartcitizen.me/Components/sensors/Electrochemical%20Sensors/]

Oizom proporciona una gama de módulos de sensores de formaldehído (CH2O) para monitorear los niveles de CH2O variables según sus necesidades. Nuestros sensores miden con precisión el CH2O en condiciones ambientales, detectando concentraciones en ppb/ppm. Este sensor monitorea el formaldehído en tiempo real. Este sensor está integrado en un casco de metal y electrónica de soporte de ruido ultra-bajo, lo que lo hace compacto y fiable. Esto permite una detección precisa de gases incluso en concentraciones muy bajas en la atmósfera. Este sensor funciona según el principio de trabajo electroquímico para medir la calidad del aire ambiental.

Este sensor pasa por calibración utilizando gases y herramientas estándar para garantizar alta sensibilidad y precisión. Cada sensor de gas se calibra con controles de cero y span en un laboratorio controlado, siguiendo la Sección 12.2 del Manual de Aseguramiento de Calidad de la USEPA para Sistemas de Medición de Contaminación del Aire Volumen II. La calibración se realiza utilizando estándares de gas rastreables por NIST para un rendimiento fiable.

El módulo de sensor de CH2O está integrado en sistemas de monitoreo de olores y calidad del aire como AQBot y Odosense. Por lo tanto, este módulo es ideal para aplicaciones como hospitales, instalaciones médicas, industrias y la fabricación de productos de madera como muebles, resinas, fertilizantes, pesticidas y refinación de petróleo.

1. Compact: Nuestros sensores son pequeños y fáciles de instalar, perfectos para su uso en cualquier espacio, lo que los hace ideales para el monitoreo portátil de la calidad del aire. Los sensores de CH2O vienen pre-calibrados y se pueden reemplazar rápidamente en solo unos minutos al quitar y reemplazar el sensor viejo con uno nuevo.
2. Duradero: Elsensor CH2O tiene una larga vida de casi dos años.
3. Eficiencia Energética: No hay necesidad de preocuparse por el consumo de energía porque nuestros sensores no solo son precisos, sino también eficientes energéticamente. ¡Funcionan con solo 3.3 a 5V para un rendimiento eficiente y confiable!
4. Tecnología de sensores interna: Oizom aplica algoritmos avanzados de procesamiento de datos para compensar los efectos de la temperatura y la humedad en la salida del sensor. El algoritmo está diseñado para actualizarse automáticamente según las condiciones climáticas y los cambios estacionales, eliminando su influencia en el rendimiento del sensor. Los algoritmos avanzados también compensan el efecto del gas cruzado.
5. Electrónica de Ultra-Bajo Ruido: El diseño del módulo del sensor es crucial para mediciones precisas. Cada sensor está alojado en una carcasa de metal con electrónica de ultra-bajo ruido y una PCB base. La carcasa de metal protege al sensor y a la electrónica de la interferencia electromagnética, previniendo lecturas erróneas.
6. Cumplimiento con RoHS: Nuestros sensores cumplen con los criterios de RoHS para restringir sustancias peligrosas en dispositivos eléctricos y electrónicos.

• El formaldehído es un gas incoloro con un fuerte olor picante similar al de los pepinillos que reacciona fácilmente en la atmósfera para formar otros compuestos o se descompone en el suelo y el agua dentro de días de emisión.
• Piensa en cualquier cambio reciente en tu hogar, como agregar nuevos artículos de madera prensada, como armarios, pisos o muebles, o utilizar recubrimientos o acabados en pisos u otras superficies.
• El contacto directo con soluciones líquidas puede causar alergias, incomodidad respiratoria o ocular, e irritación de la piel. Una concentración de 30 mg/m³ representa un riesgo vital.
• La exposición prolongada al CH2O puede rápidamente anular el sentido del olfato de una persona, lo que hace que el olor del formaldehído sea un indicador poco confiable de su presencia. Por lo tanto, otros medios, como el uso de monitores de formaldehído, son viables para proporcionar una advertencia adecuada sobre la exposición peligrosa.
• Es uno de los compuestos orgánicos volátiles (COV) más comunes que se encuentran en el aire ambiente. El monitoreo en tiempo real de los niveles de CH2O ayuda a determinar su fuente y formular un plan de acción para controlar las emisiones de formaldehído.
• Los legisladores, reguladores y empresas han logrado grandes avances en las últimas décadas en la reducción de las emisiones de formaldehído de productos de madera compuesta.