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Química del Ozono

Quimica del Ozono

INTRODUCCIÓN

El aire es una mezcla gaseosa compuesta por:

  • 21%
    O2
    78%
    N2
    1%
    otros gases

Cuando se utiliza aire atmosférico para producir ozono también se generan oxidos de nitrógeno (NOx).
Los óxidos de nitrógeno son tóxicos conocidos, que afectan los procesos fisiológicos normales, alterando la homeostasis (equilibrio) de los sistemas vivos. Por tanto, su presencia en el gas utilizado con fines terapéuticos es indeseable.

Es decir:
- Durante el proceso de generación de ozono, utilizando como alimentación aire atmosférico, ambos gases mayoritarios (O2 y N2) sufren oxidación produciendo O3 y NOx (óxidos de nitrógeno NO, N2O, NO2,
N2O5). 

Durante el proceso de generación de ozono utilizando como alimentación oxígeno puro, se elimina la interferencia de los óxidos de nitrógeno (NOx)

En base a esto diseñamos un protocolo de experimentación que nos permita encontrar cual es la magnitud de la interferencia de los óxidos de nitrógeno cuando usamos aire atmosférico en la generación de ozono.

FUNDAMENTO, MATERIALES Y MÉTODO

- La mezcla resultante de la generación de ozono empleando aire atmósferico (O2, N2, O3, NOx y otros gases)  se hace burbujear en agua. Aquellos compuestos que no reaccionen, quedarán disueltos y serán cuantificados por el método yodométrico.

- La mezcla resultante de la generación de ozono empleando oxigeno puro (proveniente de un concentrador de oxígeno o de un tubo de oxigeno medicinal) se hace burbujear en agua, ante igualdad de condiciones de reacción, sólo el ozono disuelto será cuantificado por el método yodométrico.

Se empleó un Generador de Ozono portátil bajo dos condiciones: 
1) alimentado con aire atmosférico. 
2) alimentado con oxígeno proveniente de un concentrador de oxígeno.
(Fluido de entrada de oxígeno al reactor 1 L/min y concentración de ozono 30 µgO3 /100 mL).

En ambos casos,
- El gas proveniente del Generador de ozono se hace burbujear en 1000 mL de agua de red a 20ºC durante 20 minutos, en recipiente cerrado y utilizando un difusor cerámico. 
- El contenido de ozono se determinó por el método yodométrico a partir de una alícuota de 100 mL, por duplicado.
- A su vez, se controló la técnica recurriendo al método DPD colorimétrico de HACH, utilizando vidrio de color (Test Kit O3, Hach).
Para realizar la yodometría, en un matraz de 250 mL se colocan 10 mL de KI 0.2 N y sobre él se agregan los 100 mL de muestra. Se acidifica con 3 mL de H2SO4 3 N y se titula con Na2S2O3 0.0011 N desde bureta. Se agregan 2 mL de solución de almidón al 1% recién preparada, y se titula hasta desaparición del color azul. La concentración de ozono se calcula según:

                   1000       PM (O3)
mg O3/L = V * N * ------- * ------------- * 1000
a             2000

donde:
V = volumen gastado de titulante, en mL
N = normalidad del titulante, en N.
a = volumen de alícuota de muestra, en mL.
PM (O3) = Peso molecular del ozono, g/mol

Nota: Para el método del DPD se siguieron las instrucciones del fabricante del Test Kit O3.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Utilizando el concentrador de oxígeno, ambos métodos analíticos (yodometría y DPD) arrojan resultados similares dentro del error experimental: 0.4 mg O3/L por DPD y 0.38 mg O3/L por yodometría. 
Utilizando aire atmosférico, se obtuvieron 0.7 mg O3/L y 0.69 mg O3/L, respectivamente.

 

CONDICION 1

CONDICION 2

DIFERENCIA

METODO YODOMÉTRICO

0.69 mg O3/L

0.38 mg O3/L

0.31 mg O3/L

METODO DPD

0.7   mg O3/L

0.4   mg O3/L

 

CONDICION 1: alimentado con aire atmósferico 
CONDICION 2: alimentado con oxígeno proveniente de un concentrador de oxígeno

La buena correlación entre ambos métodos (yodométrico y DPD) se debe a que están sujetos a los mismos interferentes, aquellos compuestos capaces de oxidar el yoduro a yodo también reaccionan con el DPD y son leídos como ozono.
Comparando ambos resultados, el valor mayor encontrado en el caso 1 (0.69 mg O3/L) se debe a que los óxidos de nitrógeno presentes cuando se utiliza aire atmosférico para alimentar el ozonizador son determinados en conjunto con el ozono en ambas metodologías analíticas. Esta es la razón de la discrepancia (0.31 mg O3/L ) entre los valores de concentración obtenidos en ambos casos (1 y 2).

Entonces, se formaron Nox; ahora el interrogante es: ¿Cuanto oxido de nitrógeno se produce? Para encontrar la respuesta buscamos el factor de corrección a aplicar a la lectura aparente de mg O3/L cuando se utiliza aire atmosférico para alimentar el ozonizador. Para esto realizamos el siguiente procedimiento deductivo:

- Los mEq gastados de titulante equivalen a los mEq de I2 generados por oxidación del I-, los que a su vez son los mismos mEq de oxidantes presentes en la muestra. Utilizando O2 para alimentación del ozonizador, el agente oxidante predominante será el O3 (los demás oxidantes que pudieren estar presentes después de burbujear ozono en agua serán los mismos en ambos metodologías de ensayo, por lo que es válido no tenerlas en cuenta); mientras que cuando se utiliza aire atmosférico los agentes oxidantes serán O3 y NOx (siendo el NO2 el oxidante predominante). Teniendo en cuenta lo anterior, puede plantearse un factor que relacione los mEq de NOx presentes con los mEq de oxidantes totales:

         Va * Na – Vo * No         mEq NOx
F = --------------------------- = ----------------
Va * Na                     mEq totales

donde el subíndice “a” denota aire atmosférico y “o” denota oxigeno, V y N son volumen y normalidad de titulante.
En nuestros ensayos determinamos un factor F = 0.4421. Por tanto, podemos plantear que los mEq correspondientes realmente al O3 serán (1 – F) * V * N. 
Luego:

                                                  PM (O3)       1000
mg O3/L (reales) = 0.5579 * V * N * -------------- * -------- * 1000 
2000             a

En conclusión, el valor real de ozono presente en solución de agua de red cuando se utiliza aire atmosférico como gas de alimentación para el ozonizador corresponde aproximadamente al 56% del valor leído, ya sea por el método del DPD como por yodometría.

Este protocolo analítico demuestra que para obtener una oxidación real de O2 a O3, se debe partir de un fluido de O2 (oxigeno medicinal) y no de aire atmosférico, porque se producen óxidos de nitrógeno en un 44%.  Los mismos son capaces de unirse a la hemoglobina induciendo su oxidación a metahemoglobina. Por tanto, se afectan los procesos de oxigenación tisular,  quedando O2 libre por falta de transportador, favoreciendo el desarrollo del estrés oxidativo.

Los óxidos de nitrógeno son tóxicos conocidos, que afectan los procesos fisiológicos normales, alterando la homeostasis (equilibrio) de los sistemas vivos. Por tanto, su presencia en el gas utilizado con fines terapéuticos es indeseable.

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Asociación Argentina del Ozono - ADELO