¿Cómo afectan los fuegos artificiales a nuestros lagos?

Un estudio sobre la calidad del agua del lago Michigan mediante GCxGC-HRMS

Fuegos artificiales sobre Chicago, IL (EE. UU.), tomados desde el lago Míchigan

Mientras los Estados Unidos de América celebra su 250.° aniversario, seguramente habrá muchos fuegos artificiales iluminando el cielo este Cuatro de Julio. Los estadounidenses han estado celebrando su Día de la Independencia con fuegos artificiales desde el primer aniversario de la independencia de Gran Bretaña en 1777. La tradición se ha vuelto sumamente popular a lo largo de los años, con personas de todas las edades reuniéndose en hogares, parques, playas o lugares concurridos para ver estos juegos pirotécnicos iluminar el cielo.

Casi 300 millones de libras de fuegos artificiales se lanzan cada año solo en Estados Unidos. Es común que muchos de estos fuegos artificiales se enciendan cerca de lagos, ya que la fuente de agua se considera una medida de seguridad en caso de incendios inesperados. Al pensar en cuántos fuegos artificiales se utilizan alrededor del 4 de julio, surge la pregunta: ¿Afectan los residuos de los fuegos artificiales la calidad del agua de nuestros lagos?

Encendiendo la mecha: La preparación

En 2018, los químicos de LECO se propusieron responder a esta pregunta mediante la recolección de muestras de agua del lago Michigan antes y después de los espectáculos de fuegos artificiales. Su plan consistía en analizar ambos conjuntos de muestras para identificar los cambios químicos entre ellas. Si se detectara un aumento en los compuestos químicos vinculados directamente a los fuegos artificiales, esto indicaría que los efectos pirotécnicos sí tienen un impacto directo en la calidad del agua durante esta popular época festiva.

Para realizar el análisis, se utilizó un potente flujo de trabajo analítico. La microextracción en fase sólida (SPME) con una SPME Arrow ofreció un mayor volumen de sorción para el muestreo eficiente de compuestos volátiles y semivolátiles. Para el análisis, se utilizó cromatografía de gases bidimensional comprensiva (GCxGC) para una separación mejorada, junto con espectrometría de masas de alta resolución (HRMS) para la identificación precisa de los compuestos. Este enfoque no dirigido permitió a los investigadores detectar una amplia gama de compuestos, incluidos aquellos presentes en niveles de trazas.

Los que van a la playa, los que toman el sol y los que se bañan, cerca de las casas frente al mar

Resultados explosivos:
Desafiando nuestras suposiciones

Los resultados del estudio fueron inesperados. Si bien se identificaron muchos compuestos, quedó claro que los fuegos artificiales contribuían muy poco o nada a la contaminación química directa de las muestras de agua. Aunque a menudo se supone que los fuegos artificiales introducen contaminantes, este análisis no mostró rastros químicos significativos directamente relacionados con los residuos pirotécnicos en las condiciones estudiadas.

Sin embargo, lo que los datos sí mostraron fue un aumento deslumbrante de compuestos asociados con productos de cuidado personal y la actividad humana cotidiana. Desde el primer conjunto de muestras hasta el segundo, los datos mostraron que una mayor cantidad de protector solar, repelente de insectos, acondicionadores para la piel y fragancias habían llegado al agua. Se puede suponer que estas sustancias ingresaron al agua a medida que los bañistas nadaban en el lago y se reunían a lo longo de la costa durante el tráfico vacacional pico.

Las consecuencias
Cambios químicos notables

Con GCxGC-HRMS no dirigido mediante la Pegasus GC-TRH 4D plataforma, los químicos pudieron identificar compuestos específicos que aumentaron después de los espectáculos de fuegos artificiales. Esto condujo a descubrimientos significativos, como el modo en que algunos compuestos relacionados con el protector solar aumentaron cuarenta veces la cantidad inicial documentada, algo sorprendente, y los compuestos acondicionadores de la piel y cosméticos se multiplicaron por diez. También se detectaron varios compuestos relacionados con fragancias por primera vez solo después del evento.

LECO Pegasus GC-HRT: espectrómetro de masas de tiempo de vuelo de alta resolución

Detectar estos cambios sutiles requiere más que técnicas convencionales. La combinación de GCxGC y HRMS ofreció varias ventajas clave:

Mejor separación de mezclas complejas, revelando compuestos que se superpondrían en los métodos tradicionales.
Excelente precisión de masa, lo que permite un cálculo confiable de la fórmula molecular para ayudar en la anotación de compuestos.
Análisis no dirigido, que permite la detección de contaminantes tanto esperados como desconocidos.
Claras comparaciones de antes y después que muestran cómo evoluciona la química del agua durante eventos de alto tráfico.

Este nivel de comprensión es fundamental al analizar muestras ambientales con composiciones complejas y variables.

Las consecuencias: Puntos clave para el monitoreo ambiental

Mientras los fuegos artificiales atraen la atención como contaminantes potenciales, este experimento reveló que los productos de consumo, como los protectores solares y los repelentes de insectos, también tienen un efecto medible. Esto no quiere decir que la gente no deba usar protector solar ni repelente de insectos en la playa; el protector solar es especialmente importante para protegerse de los rayos UV dañinos.

Para los científicos ambientales y las autoridades reguladoras, esto indica que las estrategias de monitoreo deben tomar en cuenta los patrones de actividad humana y que los métodos analíticos no dirigidos son esenciales para detectar cambios químicos transitorios. Los estudios no dirigidos tienen la capacidad de desafiar las expectativas químicas y ofrecen una perspectiva imparcial de los procesos ambientales subyacentes.

Al combinar instrumentación de clase mundial, como el Pegasus GC-HRT 4D, con problemas ambientales del mundo real, los investigadores pueden comprender mejor no solo lo que hay en nuestra agua, sino por qué está ahí.