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.

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1 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

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

3 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.

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

5 Análisis Ambiental. Fuentes de error y variabilidad

6 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)

7 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.

8 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

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

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

11 Técnicas de toma de muestras de aire Tipos de contaminantes orgánicos presentes en la atmósfera  Compuestos volátiles (VOCs). Presión de vapor a 20 o C se encuentre en el intervalo 1- 760 Tor, o C 1 -C 6 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 o C superior a 760 Tor o C 4 -C 25 o peso molecular equivalente  Hidrocarburos aromáticos, plaguicidas halogenados, PCBs, etc.

12 Técnicas de toma de muestras de aire Fases atmosféricas  GAS Volátiles (VOCs) Semivolátiles (SOCs)  MATERIAL PARTICULADO Semivolátiles (SOCs) Compuestos de C 20 a C 40 o peso molecular equivalente

13 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)

14 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.

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

16 SELECCIÓN DEL ADSORBENTE La selección del adsorbente depende:  Volumen de aire a captar  Estabilidad del analito durante el muestreo, conservación y desorción térmica  Interferencias  Afinidad al agua  Eficacia de desorción 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

17 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

18 ADSORBENTES

19 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 : 1.Afinidad del analito por el adsorbente 2.Volumen de adsorbente (mucho adsorbente, mayor caída de presión) 3.Temperatura ambiente

20 CAPTADOR DE ALTO VOLUMEN Fase particulada Fase gas

21 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 m 3 a flujos altos (1,5 m 3 /min)  Volumen de aire bajos y tiempos cortos (evolución de la concentración a lo largo de un tiempo)  Tiempos largos (muestras integrada)

22 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 (O 3 o NO x ) sobretodo en ambientes urbanos e industriales

23 SOCs. MATERIAL PARTICULADO Y FASE GAS Filtro + adsorbente  SOCs : volúmenes de lecho grandes (< 635 cm 3 ) y flujos altos (1,5 m 3 /min) Espumas de poliuretano Amberlitas XADs Tenax Florisil Silica

24 SOCs. Tipos de Adsorbentes SOCs  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 m 3, problema para compuestos a bajas concentraciones) Problemas en condiciones meteorológicas de lluvia, nieve o niebla (espumas húmedas dificultan la extracción posterior con disolventes orgánicos)

25 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

26 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

27 Aire. Preservación de la muestra  Material particulado: congelación a –20 o C 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 –20 o C en potes de vidrio sellados. Tiempo máximo de análisis: 1 semana.  VOCs. A 4 o C en atmósfera inerte. Tiempo máximo de análisis : 1 día.

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

29 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

30 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.

31 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

32 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.

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

34 Agua : Volúmenes grandes

35 Separación de fases y extracción “en discontinuo”

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37 Agua: Fase particulada, filtros de fibra de vidrio

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

39 Agua. Fase disuelta. Adsorbentes  Amberlites oSubstancias no polaresXAD-1, 2 y 3 (estirenodivinilbenceno) oSubstancias polaresXAD-7 y 8 (metacrilato y metilmetacrilato)  Tenax oSubstancias volátiles (VOCs)  Carbón activado oSubstancias poco funcionalizadas. Hidrocarburos  Resinas de intercambio iónico oCompuestos polares, fenoles  Espumas de poliuretano (PUF) oCaudales mayores que con amberlitas y SPE. oProblemas de blancos es muestras poco contaminadas  Extracción en fase sólida (SPE). Sílica modificada químicamente oMuy versátil (PAHs, OCs, plaguicidas) oVolúmenes de muestra menores que XAD (1-30 L dependiendo del tamaño del disco C 18, del tipo y concentración de los compuestos)

40 CARACTERISTICAS DE LOS POLIMEROS EMPLEADOS EN LA CONCENTRACION DE LA MUESTRA PolímeroComposiciónDiámetro poro (  ) Superficie específica (m 2 g -1 ) XAD-1Estireno-divinilbenceno200100 XAD-2Estireno-divinilbenceno85-90290-330 XAD-4Estireno-divinilbenceno50750 XAD-7Metacrilato80450 XAD-8Metilmetacrilato250140 Porapak QEtilvinilbenceno- divinilbenceno 75-500630-840 Chromosorb 102 Estireno-divinilbenceno85-95300-400 TenaxOxido 2,6-difenil-p- fenileno 144019-30

41 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

42 Tiempo de conservación Botellas oAnalizar cuanto antes (1 a 4 semanas) Liofilización y conservación a –20 o C oEstabilidad depende del compuesto (1 mes- 1 año) Amberlitas oAnalizar cuanto antes SPE oGuardados a –20 o C varios meses.

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

44 Deposición atmosférica total (seca+húmeda)

45 Deposición atmosférica seca y húmeda Sensor de humedad Brazo mecánico

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

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

48 Particulas sedimentables Trampas de sedimento

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

50 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.

51 Métodos de monitorización. Sedimentos

52 Cambio Climático. Toma de muestra

53

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

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

56 Métodos de monitorización. Matrices biológicas Tipos de contaminantes  Compuestos hidrofóbicos (lipofílicos) Selección del tipo de matriz  Tejido muscularContaminantes bioacumulables no metabolizables  HígadoContaminantes y metabolitos  RiñónMetales pesados  CerebroBioacumulación  BranquiasIntroducción contaminantes  Otros (sangre, leche materna, pelo, etc) Tipo de estudio  Bioacumulación, biomagnificación, biodegradación  Estudio de vigilancia (Mejillones –Mussel watch)  Efectos en los organismos

57 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,....