Diseño de un programa de toma de muestra Definición de los objetivos. Finalidad de las medidas (investigación y/o estudio de vigilancia) Objetivo de calidad de los datos Costes económicos Selección de los compuestos a determinar y método analítico Método de muestreo. Diseño estadístico (la muestra tiene que ser representativa del sistema) Seleccionar los métodos de preservación de la muestra y el tratamiento previo Elaborar un plan final. Revisarlo en función de la experiencia

Cuestiones fundamentales a determinar: Qué tipo de muestras se necesitan ? Cuál es el número mínimo de muestras a analizar?

Muestra Porción de material lo suficientemente pequeña en volumen y peso para ser transportada y manipu-lada de forma conveniente en el laboratorio, pero que mantiene todas las características del material del que se ha tomado. Las proporciones relativas o concentraciones de todos los componentes han de ser iguales en la muestra que en el material muestreado La toma de muestra no ha de originar cambios significativos en su composición antes de ser analizada.

Métodos de monitorización El resultado de cualquier tipo de análisis no puede ser mejor que la muestra sobre la que se realiza ERROR toma de muestra > ERROR analítico

Análisis Ambiental. Fuentes de error y variabilidad

ERRORES EN LA TOMA DE MUESTRA Contaminación ambiental externa (función de los niveles a analizar) Equipos de muestreo Preparación de la muestra (filtración, división, etc) Preservación Recipientes, pH, protección de la luz solar, ausencia de espacio de cabeza, adición de substancias químicas, control de la temperatura, tiempo máximo de análisis Recipientes Interferencias Plásticos Adsorciones PVC (plaguicidas) Vidrio (plaguicidas, compuestos aromáticos halogenados) Contaminación cruzada por limpieza defectuosa del material entre muestras Precipitación (óxidos de metales e hidróxidos)

Dos tipos de muestras: Muestras ambientales de un determinado lugar, usadas para valorar el tipo y nivel de contaminación en ese lugar específico Muestras de control de calidad, que se usan para valorar la magnitud de la dispersión e imprecisión en las medidas. Tienen que ser representativas de las muestras reales.

Técnicas de muestreo. Control de calidad Muestras control Blancos de campo (dopados?) Blancos de laboratorio (dopados?) Blancos de transporte Blancos del material utilizado Blancos de almacenaje

COMPARTIMENTOS AMBIENTALES ATMOSFERA    Gas VEGETACIÓN Deposición seca Deposición húmeda SUELO ORGANISMOS AGUA Disuelto SEDIMENTO

COMPARTIMENTOS AMBIENTALES ATMOSFERA PARTICULAS d 5nm a 30 µm    Gas VEGETACIÓN Deposición húmeda Deposición seca SUELO ORGANISMOS AGUA Disuelto SEDIMENTO

Técnicas de toma de muestras de aire Tipos de contaminantes orgánicos presentes en la atmósfera Compuestos volátiles (VOCs). Presión de vapor a 20 oC se encuentre en el intervalo 1-760 Tor, o C1-C6 o peso molecular equivalente alcanos, alquenos, hidrocarburos aromáticos Hidrocarburos Halogenados (diclorometano, cloroformo, tricloroetileno) Compuestos oxigenados (alcoholes, aldehídos, cetonas) Compuestos semivolátiles (SOCs), presión de vapor a 20 oC superior a 760 Tor o C4-C25 o peso molecular equivalente Hidrocarburos aromáticos, plaguicidas halogenados, PCBs, etc.

Técnicas de toma de muestras de aire Fases atmosféricas GAS Volátiles (VOCs) Semivolátiles (SOCs) MATERIAL PARTICULADO Compuestos de C20 a C40 o peso molecular equivalente

Técnicas de muestreo de aire Métodos de muestreo: Activo : muestreo de aire utilizando una bomba de succión o un sistema de vacío Pasivo: Muestreo por difusión, gravedad o cualquier otro medio no forzado Periodos de muestreo Integrados (12 h, 24 h, etc), concentraciones medias Continuos o secuenciales (medidas automáticas) Flujos de muestreo en métodos activos Bajo (<10 L/min) Medio (10-100 L/min) Alto (>100 L/min)

Equipos de Muestreo de Aire CAPTADOR DE BAJO VOLUMEN Bomba de succión de flujo bajo acoplada a un cartucho relleno de adsorbente (generalmente carbón activo o Tenax) Fase gas. Compuestos volátiles CAPTADOR DE ALTO VOLUMEN Bomba de succión de alto caudal, equipada con filtros (partículas) y un material absorbente (fase gas) Material particulado (equipo comercial), adaptación para el muestreo simultáneo de fase gas.

Aire. VOCs en fase gas VOCs : Condiciones de muestreo Volumen de lecho pequeño : < 10 cm3 Caudales: < 600 ml/min. (50 ml/min) V aire: 1 – 2 litros

SELECCIÓN DEL ADSORBENTE Fenómeno de adsorción: es un fenómeno físico en el que las moléculas de gas se mantienen unidas a la superficie del sólido (adsorbente) mediante fuerzas intermoleculares de Van der Waals relativamente débiles Volumen de aire a captar Estabilidad del analito durante el muestreo, conservación y desorción térmica Interferencias Afinidad al agua Eficacia de desorción La selección del adsorbente depende:

TIPOS DE ADSORBENTES Carbon grafitado: Material no poroso a base de Carbón Hidrofóbico Tamiz molecular: Esqueleto estructurado de carbón después de la pirólisis del precursor polimérico Hidrofóbico Tenax TA: Poliòxido de p-2,6-difenileno Hidrofóbico

ADSORBENTES

TOMA DE MUESTRA. FASE GAS Problemas. Volumen de ruptura. Volumen de aire máximo que puede pasar a través de un adsorbente, a partir del cual se induce una arrastre de los compuestos adsorbidos por diferencia concentración (o por saturación) Depende de : Afinidad del analito por el adsorbente Volumen de adsorbente (mucho adsorbente, mayor caída de presión) Temperatura ambiente

CAPTADOR DE ALTO VOLUMEN Fase gas Fase particulada

Captadores de Alto Volumen. Material particulado Filtros Fibra de vidrio (más comunes) Cuarzo Teflon, celulosa, nylon, polycarbonato Tamaño de poro variable, entre 1 y 1,6 µm Separación de fases operacional Volumen de aire entre 50 y 1000 m3 a flujos altos (1,5 m3/min) Volumen de aire bajos y tiempos cortos (evolución de la concentración a lo largo de un tiempo) Tiempos largos (muestras integrada)

Material particulado Parámetros meteorológicos a tener en cuenta Temperatura, dirección y velocidad del viento, radiación solar Problemas Condensación de los compuestos volátiles sobre el material particulado Pérdidas de los compuestos más volátiles por arrastre o volatilización (volumen de aire y temperatura) Reacción de las especies más lábiles con los oxidantes atmosféricos (O3 o NOx) sobretodo en ambientes urbanos e industriales

SOCs. MATERIAL PARTICULADO Y FASE GAS Filtro + adsorbente SOCs : volúmenes de lecho grandes (< 635 cm3) y flujos altos (1,5 m3/min) Espumas de poliuretano Amberlitas XADs Tenax Florisil Silica

SOCs. Tipos de Adsorbentes Espumas de poliuretano (PUF) Ventajas: Aplicable a una gran variedad de compuestos, barato, fácil de manipular, fácil de limpiar y de recuperar los analitos recogidos, baja resistencia al flujo de aire Inconvenientes : los compuestos más volátiles tienen volúmenes de ruptura bajos (limita el volumen de aire a no mas de 100-120 m3, problema para compuestos a bajas concentraciones) Problemas en condiciones meteorológicas de lluvia, nieve o niebla (espumas húmedas dificultan la extracción posterior con disolventes orgánicos)

Otros muestreadores para la separación fase gas-partícula Denuder Se basan en la mayor capacidad de los gases para la difusión con respecto a las partículas Tubos recubiertos de material adsorbente unidos entre si por los que pasa el aire a flujo bajo. El material particulado se retiene al final por medio de filtros de fibra de vidrio

AIRE. Muestreadores pasivos Acumulación de los contaminantes en materiales naturales o artificiales (Tenax, membranas lipídicas...) No válida para estudios de concentración, niveles integrados durante el tiempo de exposición Gran influencia en las medidas de la capacidad de las membranas para retener los contaminantes

Aire. Preservación de la muestra Material particulado: congelación a –20 oC de los filtros doblados sobre el lado de la muestra y envueltos en papel de aluminio. Tiempo máximo de análisis : varios meses Espumas de poliuretano: Congelación a –20oC en potes de vidrio sellados. Tiempo máximo de análisis: 1 semana. VOCs. A 4 oC en atmósfera inerte. Tiempo máximo de análisis : 1 día.

COMPARTIMENTOS AMBIENTALES ATMOSFERA    Gas VEGETACIÓN Deposición seca Deposición húmeda SUELO ORGANISMOS AGUA Disuelto SEDIMENTO

Métodos de monitorización. Agua Tipo de contaminantes Compuestos polares solubles en agua, compuestos hidrofóbicos adsorbidos a las partículas Tipos de muestras Efluentes industriales, tuberías (grifo), escorrentías, canales de riego, pozos, lluvia, aguas subterráneas, ríos, lagos, estuarios, mar Fases Materia particulada en suspensión (SPM). Filtro, separación operacional. Coloides Fase disuelta. Adsorbentes

Tipo de muestras Simple o discreta, muestra individual tomada en un periodo de tiempo pequeño (< 15 min) en un recipiente individual. Representa las condiciones en ese momento Recomendada en casos de concentraciones con variabilidad muy alta o muy baja. Compuesta, serie de muestras simple tomadas a lo largo del tiempo que se juntan. Representan la concentración media durante ese tiempo. Temporales, muestras simples de igual volumen tomadas en periodos de tiempo iguales Proporcionales al flujo. Muestras del mismo periodo de tiempo pero con volúmenes proporcionales a los flujos de agua o viceversa.

Agua. Volúmenes pequeños, muestreo manual Recipientes de vidrio, generalmente opacos. Recomendaciones generales: Grifo, tubería, etc: dejar salir agua durante un tiempo superior a 15 min. Corriente de agua (efluente industrial, río, canales, escorrentías): a profundidades mayores de 30 cm y a una distancia similar por encima del fondo

Agua. Volúmenes grandes (> 50 L) Separación de fases y extracción “en discontinuo” Toma de muestra en grandes depósitos de acero inoxidable (hasta 500 L) Filtración Extracción líquido-líquido, adsorción, extracción en fase sólida. Separación de fases y extracción “en continuo”. Bombas de succión.

Toma de muestra en grandes depósitos de acero inoxidable (hasta 500 L) Agua. Volúmenes grandes (> 50 L) Toma de muestra en grandes depósitos de acero inoxidable (hasta 500 L)

Agua : Volúmenes grandes

Separación de fases y extracción “en discontinuo”

Separación de fases y extracción “en discontinuo”

Agua: Fase particulada, filtros de fibra de vidrio

Separación de fases y extracción “en continuo”. Bombas de succión.

Agua. Fase disuelta. Adsorbentes Amberlites Substancias no polares XAD-1, 2 y 3 (estirenodivinilbenceno) Substancias polares XAD-7 y 8 (metacrilato y metilmetacrilato) Tenax Substancias volátiles (VOCs) Carbón activado Substancias poco funcionalizadas. Hidrocarburos Resinas de intercambio iónico Compuestos polares, fenoles Espumas de poliuretano (PUF) Caudales mayores que con amberlitas y SPE. Problemas de blancos es muestras poco contaminadas Extracción en fase sólida (SPE). Sílica modificada químicamente Muy versátil (PAHs, OCs, plaguicidas) Volúmenes de muestra menores que XAD (1-30 L dependiendo del tamaño del disco C18, del tipo y concentración de los compuestos)

Superficie específica (m2 g-1) CARACTERISTICAS DE LOS POLIMEROS EMPLEADOS EN LA CONCENTRACION DE LA MUESTRA Polímero Composición Diámetro poro (A) Superficie específica (m2 g-1) XAD-1 Estireno-divinilbenceno 200 100 XAD-2 85-90 290-330 XAD-4 50 750 XAD-7 Metacrilato 80 450 XAD-8 Metilmetacrilato 250 140 Porapak Q Etilvinilbenceno-divinilbenceno 75-500 630-840 Chromosorb 102 85-95 300-400 Tenax Oxido 2,6-difenil-p-fenileno 1440 19-30

Preservación de la muestra Control de pH Adición de substancias químicas Refrigeración/Congelación Uso de containers ámbar u opacos (vidrio, acero inoxidable, teflon Problemas de adsorciones Liofilización Filtración SPE

Tiempo de conservación Botellas Analizar cuanto antes (1 a 4 semanas) Liofilización y conservación a –20oC Estabilidad depende del compuesto (1 mes- 1 año) Amberlitas Analizar cuanto antes SPE Guardados a –20oC varios meses.

COMPARTIMENTOS AMBIENTALES ATMOSFERA PARTICULAS    Gas VEGETACIÓN Deposición seca Deposición húmeda SUELO ORGANISMOS AGUA Disuelto SEDIMENTO

Deposición atmosférica total (seca+húmeda)

Deposición atmosférica seca y húmeda Sensor de humedad Brazo mecánico

Muestras de deposición Toma de muestra: Fase particulada: Filtro GF/B, 1,0 µm, Whatman. Fase disuelta: Adsorción XAD-2 o similar, extracción en fase sólida, extracción líquido-líquido...

Deposición atmosférica : Nieve Columna de nieve: deposición atmosférica integrada a lo largo de un periodo de tiempo

Particulas sedimentables Trampas de sedimento

COMPARTIMENTOS AMBIENTALES ATMOSFERA PARTICULAS    Gas VEGETACIÓN Deposición seca Deposición húmeda SUELO ORGANISMOS AGUA Disuelto SEDIMENTO

Métodos de monitorización. Sedimentos Destino final de muchos contaminantes orgánicos persistentes. Hidrofóbicos Niveles integrados de una gran variedad de fuentes Ríos, escorrentías, aguas residuales, deposición atmosférica.. Posibilidad de obtención de grandes cantidades de muestra. Fácil de conservar Niveles de contaminación En el presente. Sedimento superficial A lo largo del tiempo. Registros históricos. Columna sedimentaria o core.

Métodos de monitorización. Sedimentos

Cambio Climático. Toma de muestra

Cambio Climático. Toma de muestra

2001 1950 Contaminante 1930 Contaminante Columna sedimentaria. Registro histórico de la contaminación 2001 1950 Contaminante 1930 Contaminante Disuelto Sedimentación

Sedimentos. Métodos de preservación de la muestra Conservación en recipientes de vidrio o papel de aluminio a –20 oC En el mismo tubo del muestreador a –20 oC en posición vertical Eliminición del agua Liofilización

Métodos de monitorización. Matrices biológicas Tipos de contaminantes Compuestos hidrofóbicos (lipofílicos) Selección del tipo de matriz Tejido muscular Contaminantes bioacumulables no metabolizables Hígado Contaminantes y metabolitos Riñón Metales pesados Cerebro Bioacumulación Branquias Introducción contaminantes Otros (sangre, leche materna, pelo, etc) Tipo de estudio Bioacumulación, biomagnificación, biodegradación Estudio de vigilancia (Mejillones –Mussel watch) Efectos en los organismos

Métodos de monitorización. Organismos acuáticos Plancton Redes de un determinado tamaño de malla, Bombas de succión, trampas de sedimento Bacteria Recipientes de vidrio, equipos especiales basados en bombas de succión Bentos Dragas, corers (posterior separación) Peces Pesca con caña, redes, electropesca (fuente de corriente alterna o directa) Aves Focas y leones marinos,....