Toma de muestras con captadores pasivos

Toma de muestras con captadores pasivos

Introducción

Estos dispositivos de toma de muestra, generalmente con forma de tubo o disco, colectan un contaminante específico por medio de su adsorción o absorción en un sustrato químico. Después de su exposición por un apropiado período de muestreo, que varía desde un par de horas hasta un mes, la muestra se regresa al laboratorio, donde se realiza la desorción del contaminante y  se analiza.

Las principales ventajas del muestreo pasivo es su simplicidad y bajo costo, por lo que se pueden colocar muchas unidades para que provean información de la distribución espacial de los contaminantes. Dado que no se muestrea a través del pasaje forzado de aire como en los muestreos activos, requiere de  tiempo para la captura del agente, por lo cual sólo puede proveer información de concentraciones promedio de contaminantes.

Debido a su simplicidad y bajo costo, las técnicas de muestreo pasivo son adecuadas para muchas aplicaciones. Existen varias técnicas de muestreos pasivos disponibles o en desarrollo para los principales contaminantes urbanos, entre las que se incluyen las de NO2, SO2, NH3,  O3 y VOC’s (Compuestos Orgánicos Volátiles).

Entre los muestreadores pasivos hay que diferenciar los que específicamente se utilizan en puntos fijos de muestreo, para monitorear calidad de aire, especialmente para estudios de fondo y muestreos de amplia cobertura espacial; y los pasivos personales, que la gente puede llevar

puestos y se utilizan principalmente en estudios epidemiológicos, donde se puede determinar por ejemplo la exposición personal durante una jornada de 8 horas de trabajo a un determinado contaminante. En estudios de calidad del aire (ambiente exterior), también pueden ser útiles usados en combinación con muestreadores activos o monitores automáticos. En este tipo de estudios híbridos, el muestreador pasivo provee los datos de calidad de aire de resolución geográfica, mientras que los otros instrumentos ofrecen información relacionada con el tiempo, como variaciones diurnas de la concentración y sus picos. Estudios de este tipo pueden ser económicamente muy convenientes y un ejemplo es el uso de muestreadores para colectar NO2, en el barrido de áreas y selección de sitios de monitoreo en varios países.

Objetivo

La descripción del método general de este sistema, señalando sus ventajas y limitaciones, con la finalidad de facilitar una correcta utilización de estos dispositivos de toma de muestras.

La captación de contaminantes ambientales mediante dispositivos pasivos es un sistema útil para la toma de muestras y posterior determinación analítica de una amplia variedad de substancias de interés en Higiene Industrial.

Fundamento del sistema de captación pasivo

El procedimiento pasivo de captación de muestras tiene su fundamento en los fenómenos de difusión y permeación, por los cuales las moléculas de un gas, que están en constante movimiento, son capaces de penetrar y difundirse espontáneamente a través de la masa de otro gas hasta repartirse uniformemente en su seno, así como de atravesar una membrana sólida que le presente una determinada capacidad de permeación.

Debido a estos fenómenos, un dispositivo que responda al esquema representado en la figura , situado en un ambiente contaminado durante cierto tiempo, será capaz de incorporar sobre el material captador dispuesto en su interior una determinada cantidad del contaminante que será proporcional, entre otros factores, a la concentración ambiental del mismo.

[pic 1]

 Captador pasivo

Considerando las leyes físicas de la difusión se llega a la expresión:

[pic 2]

Siendo:

C = Concentración ambiental media del contaminante

M = Masa de contaminante captada

t = Tiempo de captación

A = Sección frontal del dispositivo de captación

L = Longitud del espacio interno de difusión

D = Coeficiente de difusión del contaminante.

Relaciona la concentración ambiental del contaminante con los parámetros reseñados y constituye la base para, la utilización analítica de estos dispositivos de captación de muestras..

En cualquiera de las expresiones indicadas para la concentración ambiental del contaminante, el valor de M corresponde a la masa del contaminante realmente captada. La determinación de estos coeficientes se puede realizar mediante procedimientos semejantes a los empleados en los captadores activos y sus valores deben facilitarlos  los fabricantes de los dispositivos pasivos.

Campo de aplicación

Debido al mecanismo de los fenómenos de difusión, la captación pasiva de muestras sólo es posible para substancias en fase gaseosa o de vapor.

En consecuencia, el campo de aplicación de los captadores pasivos se centra en la toma de muestras de compuestos volátiles, mayoritariamente de naturaleza química orgánica, cuya presencia en el ambiente sea en estado gaseoso y excluyendo las substancias  en forma de aerosoles.

La lista de compuestos específicos que pueden ser captados con estos dispositivos es extensa y continúa incorporando nuevas substancias, por lo que es recomendable acudir a los catálogos de los fabricantes para obtener  información actualizada.

No obstante puede indicarse que, aparte de otras substancias, prácticamente todos los compuestos muestreables mediante el sistema activo sobre carbón activo también son susceptibles de captación mediante sistema pasivo.

Las características de la captación pasiva hacen que la utilización sea  ventajosa en los casos en que interesan muestras promediadas de  tiempo prolongado, de una a varias horas, así como en aquellas circunstancias en que es preciso evitar la distorsión en el ambiente  que conlleva el muestreo activo.

Cabe destacar la posibilidad de aplicación de la captación pasiva en dispositivos analíticos de respuesta directa, pero esta aplicación no debe confundirse con la de los sistemas de toma de muestras para su posterior análisis en laboratorio.

Ventajas

1. La simplicidad operativa del sistema y su mínima necesidad de mano de obra.
2. La facilidad de su empleo al no ser necesarias mantenimiento y calibración de bombas de aire
3. No requiere de operador altamente calificado.
4. Posibilidad de tiempos de muestreo prolongados.
5. Mínima probabilidad de comisión de errores personales.
6. Fiabilidad general del método aceptable.
7. Economía de costo.
8. Reducción de manipulación, y desvíos.

Limitaciones:

1. La invariabilidad del caudal equivalente de muestreo y su valor relativamente bajo.
2. La sensibilidad a factores ambientales físicos y químicos.
3. Umbral de sensibilidad, dado que no se concentra la muestra como en el sistema activo con pasaje forzado de aire.
4. No apto para muestreos ambientales en cámaras o locales con poco movimiento de aire.
5. No apto para muestreos de muy corta duración

Tipos de dispositivos

La variedad de modelos de muestreadores pasivos disponibles en el mercado es creciente. La diferencia fundamental entre ellos son los materiales empleados como soportes de captación, que incluyen una amplia gama de substancias, algunas de las cuales son las mismas utilizadas en los sistemas activos.

...