Métodos de toma de muestras de contaminantes químicos en aire - Observaciones generales

Bomba de muestreo

Para la toma de muestras en aire, a veces se requiere una bomba de muestreo portátil capaz de mantener un funcionamiento continuo durante todo el tiempo de muestreo. El caudal de la bomba ha de mantenerse constante dentro de un intervalo de ± 5%.

La calibración de la bomba debe realizarse con el mismo sistema de captación que se vaya a utilizar en el muestreo con el fin de que la pérdida de carga sea similar a la que se tendrá durante el mismo.

Para la calibración de la bomba se utilizará preferentemente un medidor de burbuja de jabón.

Para conectar la bomba al sistema de captación se utilizará un tubo de goma o plástico de longitud y diámetro adecuados, a fin de evitar estrangulamientos y fugas en las conexiones.

Volumen de ruptura

El volumen de ruptura de un compuesto orgánico en un adsorbente es el volumen de aire contaminado que puede pasarse a través de un tubo, que contenga una cantidad determinada de ese adsorbente antes de que la concentración en el aire eluyente alcance un determinado porcentaje de la de entrada. Este porcentaje suele ser el 5%, aunque en otros trabajos se utiliza el 1%, por lo que en cada ficha se especificará a qué volumen de ruptura nos referimos. La cantidad de adsorbente utilizada para la determinación experimental del volumen de ruptura es la contenida en la primera parte de los tubos que se utilizan para la toma de muestras.

Es, por tanto, una medida del volumen de aire que se puede muestrear para un contaminante en particular en el adsorbente utilizado.

No obstante, además del contaminante y el adsorbente, existen una serie de variables que modifican el valor del volumen de ruptura, como son:

• la cantidad de adsorbente
• la geometría del tubo y empaquetamiento del mismo
• la concentración de contaminante en el ambiente
• la presencia de otros compuestos
• el caudal utilizado durante la toma de muestra
• la humedad
• la temperatura

En general, se puede afirmar que un aumento de la concentración de contaminante, de caudal, de humedad o de temperatura, afectarían al volumen de ruptura, disminuyéndolo. El mismo efecto tendría la presencia de otros compuestos en el aire a muestrear.

Como es lógico suponer, un aumento de la cantidad de adsorbente en la primera parte del tubo, conllevaría un aumento del volumen de ruptura, aunque no de un modo lineal.

En cuanto a la geometría del tubo, en principio, un aumento de la longitud del lecho o una disminución del diámetro (aunque esto último depende también del tamaño de grano del adsorbente) aumentaría el volumen de ruptura, siempre y cuando el resto de las variables, incluida la cantidad de adsorbente, permaneciesen constantes. Si en la toma de muestras se observa que el tubo no está conveniente y uniformemente empaquetado, lo mejor es desecharlo.

Una disminución en el caudal empleado (siempre que no sea inferior a 50 ml/min) aumentaría ligeramente el volumen de ruptura.

Por último, es conveniente indicar que, aunque el adsorbente sea el mismo (carbón activo de coco, carbón activo de petróleo, gel de sílice, etc.), las posibles diferencias en la procedencia y particularidades del mismo (porosidad, tratamiento a que haya podido estar sometido, etc.), es decir, marca y lote del adsorbente, afectarían al volumen de ruptura, sin que se pueda predecir en qué sentido.

Por todos estos motivos, en las tablas de volúmenes de ruptura de las fichas se indican todas las condiciones (concentración, humedad relativa y caudal) así como la marca y el lote del adsorbente que se utilizaron en la determinación de dichos volúmenes, sin que esto signifique que haya que utilizar la misma marca y el mismo lote. Cuando en la humedad relativa figura una interrogación, es porque el autor no la indica, aunque es de suponer que no sería muy elevada.

Como recomendación general, dado que es muy difícil repetir todas las variables que se dieron en la determinación del volumen de ruptura, nunca es aconsejable sobrepasar los 2/3 del valor indicado en las tablas, para similares o más desfavorables condiciones.

Muestreadores pasivos por difusión

Un muestreador pasivo por difusión es un dispositivo capaz de tomar muestras de contaminantes ambientales en forma de gas o vapor, a velocidad controlada por un proceso físico tal como la difusión a través de orificios, membranas o medios porosos, sin que precise un movimiento activo de aire a través del muestreador.

Para tomar la muestra se expone el muestreador pasivo (que contiene el adsorbente adecuado para los compuestos que se quieren captar) a los vapores de disolventes presentes en el aire, durante un periodo de tiempo determinado, sin necesidad de utilizar ningún otro tipo de accesorios.

Aunque un muestreador pasivo que actúe por difusión no precisa de aspiración de aire a su través, sí es necesario que exista un ligero movimiento de aire en las proximidades del extremo abierto del muestreador; su colocación en la solapa del trabajador es suficiente para conseguir este movimiento. Es decir, este tipo de muestreadores no puede utilizarse para tomar muestras fijas en ambientes donde no exista movimiento de aire, por ejemplo en un almacén.

La utilización de muestreadores pasivos es un sistema adecuado para determinar concentraciones medias ponderadas en el tiempo, pero no se deben emplear para medir concentraciones instantáneas o fluctuaciones de concentración en periodos cortos de tiempo.

Aunque la principal ventaja de los muestreadores pasivos es que se pueden utilizar en periodos de tiempo más largos que los activos del mismo relleno, pueden utilizarse también para periodos de tiempo cortos. En cualquier caso no deben utilizarse para tiempos inferiores a 30 minutos.

Como la cantidad de contaminante que recoge un muestreador pasivo es, generalmente, inferior a la que se recogería con un muestreador activo (tubo adsorbente), que estuviese funcionando durante el mismo tiempo, es conveniente consultar con el laboratorio que analizará la muestra para saber si se puede utilizar el muestreador pasivo para un corto periodo de tiempo, en función del límite de detección del compuesto o compuestos que se quieran determinar.

La cantidad de contaminante que recoge un muestreador pasivo es función de la velocidad de muestreo. Esta velocidad de muestreo, SR, es una constante característica para cada compuesto químico y cada modelo de muestreador, que engloba la constante de diseño geométrico del mismo y el coeficiente de difusión del mencionado compuesto. Dimensionalmente, SR tiene unidades de caudal y puede identificarse con el caudal de aspiración para el cual un muestreo dinámico, durante el mismo periodo de tiempo, captaría la misma masa de contaminante que el pasivo.

La velocidad de muestreo permite, por tanto, relacionar la masa de contaminante recogida con la concentración ambiental del mismo y el tiempo de muestreo. Los datos de velocidades de muestreo han de ser obtenidos experimentalmente utilizando un sistema de generación de atmósferas controladas, o bien haber sido determinados previamente por el fabricante del muestreador, por lo que debe consultarse previamente al laboratorio que realizará la determinación analítica, para saber si dispone de estos datos.

Una vez finalizado el periodo de captación, se deben anotar todos los datos de referencia y el momento en que se inició y finalizó el muestreo. Es importante anotar también temperatura, humedad, y si hay variaciones importantes de estas variables durante el muestreo. Anotar también aquellos datos que puedan resultar de interés desde el punto de vista higiénico, como contaminantes presentes en el ambiente, aunque no se requiera la determinación de los mismos, o turbulencias en el aire. Si la humedad relativa es elevada, superior al 70%, o se sospecha la presencia de elevadas concentraciones de contaminantes, es aconsejable utilizar un tiempo de muestreo inferior al recomendado por el fabricante.

Para la utilización de los muestreadores pasivos, así como para su manipulación en campo después de la toma de muestra, conservación y envío al laboratorio, es imprescindible atenerse a las instrucciones específicas del modelo utilizado.

Tubos colorimétricos de lectura directa

Un tubo colorimétrico es un vial que contiene una preparación química que reacciona con la sustancia a medir cambiando de color. La mayoría de los tubos colorimétricos están graduados, de tal manera que la longitud de la mancha indica la concentración de la sustancia medida. La escala, para facilitar la interpretación de los resultados, viene graduada en ppm o en porcentaje en volumen, dependiendo de la sustancia de que se trate.

En algunos casos, la interpretación cuantitativa de los resultados se hace por comparación de colores.

Al venir indicada la escala en los tubos no es necesaria la calibración previa de los mismos por parte del usuario. Sí es importante conocer que los tubos, aunque vienen cerrados por ambos extremos y deben conservarse en lugar refrigerado, tienen fecha de caducidad, por lo que deberán consultarse las indicaciones del fabricante al respecto.

La lectura del tubo debe hacerse inmediatamente después de terminar el muestreo, ya que la coloración y extensión de la mancha pueden variar con el tiempo. Los tubos son de un solo uso.

La mayoría de las reacciones utilizadas en los tubos colorimétricos no son selectivas en el estricto sentido de la palabra, ya que con frecuencia no distinguen entre compuestos similares. El fabricante indica en el correspondiente manual de utilización los compuestos que constituyen interferencias en la determinación tanto cualitativa como cuantitativa. La mayor parte de estas interferencias están recogidas en el presente manual, aunque se recomienda consultar también el del fabricante.

El usuario de tubos debe tener siempre presentes la presión y la temperatura en el lugar y momento del muestreo y hacer las correcciones oportunas, siguiendo las instrucciones del fabricante, ya que la lectura puede variar si las condiciones a las que han sido calibrados los tubos son sensiblemente diferentes.

Existen dos tipos de tubos colorimétricos: los de corta y los de larga duración. En los de corta duración, el método de medida consiste en hacer pasar el aire que contiene el contaminante a través del tubo mediante una bomba mecánica de fuelle con un recorrido constante de 100 cc de aire por embolada. El número de éstas es el recomendado por el fabricante y está indicado en el apartado "CAPTACIÓN DE LA MUESTRA" en la correspondiente ficha de toma de muestra. En algunos casos es posible utilizar distintos números de emboladas, teniendo en cuenta que entonces la escala graduada del tubo debería corregirse de acuerdo con las instrucciones del fabricante (ver, por ejemplo el método 302.2.A/95 para formaldehído). El tiempo necesario para el muestreo está comprendido entre 10 segundos y 15 minutos, dependiendo del número de emboladas necesarias, por lo que estos tubos de corta duración están recomendados para:

• estimar la concentración puntual del contaminante en el aire, para compararla con un valor límite de corta duración (por
• ejemplo un valor TLV-STEL) o con un valor techo (por ejemplo un valor TLV-C)
• calcular la concentración del contaminante cerca de la fuente de emisión
• calcular la variación de la concentración de un contaminante en el espacio o en el tiempo. Estos procedimientos se utilizan para
• localizar períodos de exposición elevada para, posteriormente, fijar los tiempos de muestreo
• detectar fugas
• conocer la presencia del contaminante en espacios cerrados, como por ejemplo un tanque
• emisiones de corta duración
• determinación de concentraciones pico

Estos tubos están calibrados junto con la bomba recomendada por el fabricante, por lo que no es recomendable utilizarlos con otra bomba distinta aunque suministre el mismo volumen de aire, ya que podría afectarse el perfil o la longitud de la mancha.

Los tubos colorimétricos de larga duración proporcionan una medida integrada que representa la concentración media del contaminante durante el período de muestreo. La duración del muestreo con este tipo de tubos está comprendida entre 1 y 8 horas, por lo que se utilizan para:

• estimar la concentración promedio del contaminante en el aire, para compararla con un valor límite de larga duración (por ejemplo un valor TLV-TWA)

Dentro de los tubos de larga duración existen dos tipos distintos:

• aquéllos en los que se hace pasar el aire a través del tubo mediante una bomba peristáltica o similar, a un caudal de 15 cm³/min
• los que miden la concentración del contaminante basados en la difusión del aire y, por tanto, no necesitan bomba.

En el caso de los tubos colorimétricos de larga duración de lectura directa, cuando se utilicen períodos de muestreo diferentes al indicado en el apartado "CAPTACIÓN DE LA MUESTRA", se obtendrá la concentración promedio aplicando el siguiente factor de corrección:

t indicado (h)
conc. verdadera = conc. leída x
--------------------------------------------------------------------------------
t muestreo (h)

Cuando se utilice un tubo de difusión de lectura directa, la concentración de contaminante vendrá dada por:

indicación del tubo
conc. verdadera =
--------------------------------------------------------------------------------
duración de la medida en horas

La principal ventaja de la utilización de los tubos colorimétricos es su rapidez de respuesta, ya que no es necesario un análisis posterior y, por consiguiente, están particularmente indicados en aquellos casos en los que se precisa conocer con rapidez la presencia de un compuesto que puede ocasionar daños agudos. Cuando para la determinación de la concentración promedio de un contaminante en el aire existan dos procedimientos, uno de ellos colorimétrico y otro en el que se requiera la captación y posterior análisis del contaminante mediante una técnica instrumental, se recomienda utilizar:

• el procedimiento instrumental siempre que las concentraciones de contaminante estén comprendidas entre la mitad y el doble del valor límite con el que se pretenda comparar la exposición

• el procedimiento colorimétrico cuando las concentraciones de contaminante sean inferiores a la mitad o superiores al doble del valor límite con el que se pretenda comparar la exposición

• el procedimiento colorimétrico cuando lo que se pretenda sea realizar un "screening" de las concentraciones ambientales.

Los procedimientos de "screening" proporcionan información se m ¡cuantitativa de¡ nivel de exposición. Se utilizan para decidir si no existe riesgo o puede haberlo. Los métodos de toma de muestra y análisis que se utilizan en los procedimientos de "screening" no se deben utilizar para determinar conformidad con los valores límite, a no ser que cumplan también los requisitos debidos. Para que un método de toma de muestra y análisis sea aceptable para un procedimiento de "screening" basta con que su incertidumbre relativa sea inferior al 50%. Sin embargo, para su utilización para determinar conformidad con un valor límite se exige que su incertidumbre relativa sea inferior al 30%, a menos que las concentraciones encontradas sean inferiores a la mitad del correspondiente valor límite en cuyo caso basta con que la incertidumbre sea inferior al 50%. (Estrategia de muestreo para la evaluación de la exposición laboral a contaminantes químicos. José N. Tejedor y Mª Jesús García-Gutiérrez. Documentos Técnicos, n.°78: 94, Anexo A. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo).

Se considera que la incertidumbre es:

incertidumbre = Isesgol + 2 x CV

Siendo CV el coeficiente de variación del procedimiento analítico.