Análisis atmosférico

Atmósfera. Tomas de muestra. Tipos de matriz. Sistemas de análisis. Muestreo. Captador. Bomba. Sistema pasivo. Medidor de flujo. Gases. Partículas. Recipientes. Tubos de absorción. Disolvente. Sistemas criogénicos. Ciclones. Filtración

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TOMA DE MUESTRA EN ANÁLISIS ATMOSFÉRICO.

ASPECTOS DETERMINANTES:

Para tomar una muestra se debe tomar una porción del ambiente para su análisis, la cuál debe ser representativa de la información que se quiere obtener (tanto en el espacio como en el tiempo).

- Espacialmente: hay que ver el número de muestras que hay que coger para que la información que obtengamos sea adecuada.

- Temporalmente: cuantas muestras a los largo del tiempo hay que tomar, según la variabilidad.

Podemos obtener información puntual en un determinado instante, información promediada en el tiempo, o continua (que van dando información constantemente).

Los equipos de toma de muestra serán distintos según el tipo de ambiente estudiado. Dentro de cada ambiente debemos concretar el tipo de matriz pues podemos estar interesados en la fase gaseosa o en la fase particulada, que tendrán distintos equipos de muestra y también podemos estar interesados en ambos.

A veces un equipo de toma de muestra es independiente del sistema de análisis posterior, pero hay muchos equipos de toma de muestra que se encuentran incorporados al sistema de análisis (analizador).

A veces hay que tener en cuenta algunas características del analito, fundamentalmente la reactividad, la volatilidad y el rango de concentración a la hora de elegir el método.

ESQUEMA GENERAL DEL EQUIPO DE MUESTREO:

Podemos encontrar dos tipos de esquemas, el sistema pasivo (los analitos entran solos en el equipo de muestra) y el sistema activo (forzamos a la muestra para que pase).

  • Sistema activo:

CAPTADOR MEDIDOR DE FLUJO BOMBA.

Captador: donde quedan retenidos los analitos (m).

Bomba: lo que fuerza a la muestra a entrar en el sistema.

El orden de estos tres elementos es muy importante debido a que:

  • Algunos gases o partículas pueden quedar retenidos en la bomba o medidor de flujo produciendo obstrucciones.

  • La bomba o el medidor de flujo pueden aportar nuevas partículas a la muestra contaminándola.

Por ello la forma más adecuada del esquema es hacer pasar primero la muestra por el captador siempre que sea posible.

Cuando se hace un muestreo de este tipo lo que quiere conocerse es la concentración de masa en el ambiente.

Captador = m m/v debemos averiguar el volumen.

Medidor = v/t. Flujo * tiempo = volumen de muestra.

[] ambiente = m / (f * t).

  • Sistema pasivo:

Sólo tienen el elemento captador, donde el analito entra por difusión, por diferencia de concentración.

La cantidad de analito se puede relacionar con la concentración en el ambiente mediante la Ley de FICK:

“La cantidad de analito que difunde al captador es igual al coeficiente de difusión por el área del captador por el tiempo y por la diferencia de concentración, entre la longitud que recorre el analito dentro del captador”.

M = D*A*t*Ac / L.

M = masa del analito que ha quedado retenida dentro del captador.

Ac = Diferencia entre la concentración en el ambiente y justo en la superficie del captador. Ahí que conseguir mediante un captador adecuado que la concentración justo en la superficie del captador sea 0, utilizando un sólido o líquido muy absorbente.

¿Cómo se puede evaluar si la muestra es o no representativa? Se puede ver en función del parámetro de eficiencia del captador: cociente entre la cantidad retenida y el total * 100.

Hay dos formas de obtener el valor de eficiencia:

  • Utilizando una concentración conocida, un patrón preparado que pasamos por el captador y lo analizamos. Si el resultado es igual a lo que hemos preparado tendrá una eficiencia del 100%. Para cada muestra hay que realizar el cociente pero el ambiente sufre muchas variaciones pues no está en condiciones ideales, por ello es más eficaz emplear el otro método.

  • Ponemos 2 captadores iguales en serie, y los analizamos de forma independiente. Si en el primero se obtiene una concentración determinada y en el segundo, 0, el captador tiene una eficiencia del 100%. Pero si en el primero hay una concentración A y en el segundo una concentración B no se sabe como es de eficiente.

En el primer caso, en le que usamos un patrón conocido:

% = Ca / Cp * 100 (Eficiencia).

Ca = concentración analizada.

Cp = Concentración conocida del patrón.

El valor obtenido de esta forma es el más optimista por que se obtiene en condiciones ideales.

Pero a la hora de analizar un ambiente real esté no será ideal y la eficacia puede variar, por lo que para calcular la eficacia debemos acudir al segundo método.

Procedimiento a seguir para el segundo método:

  • Debemos poner 2 captadores en serie haciendo pasar la muestra a través de ellos.

  • Cogemos cada uno de los captadores y los analizamos de forma independiente.

  • Obtendremos en cada uno de ellos una concentración de analito (C1 y C2).

    La eficiencia del sistema será bueno cuando C1 >>>> C2.

    La eficiencia del sistema será ideal cuando C1 # 0 y C2 = 0.

    Si C1 y C2 = 0 puede indicar dos cosas, o que no haya analito en la muestra o que la eficiencia sea desastrosa.

    En este último caso para comprobarlo debemos acudir a un método totalmente distinto.

    En un estudio ambiental, para dar un valor de una concentración, tendremos que haber puesto un sistema de toma de muestra donde en C2 la concentración sea 0.

    TIPOS DE BOMBAS:

    Hay distintos tipos de bombas en función del flujo de muestra que necesitemos. Para obtener un gran volumen de analito necesitamos un gran flujo de muestra. El flujo también será alto cuando necesitemos información temporal en corto espacio de tiempo.

    El tipo de estudio nos influye en el tipo de bomba:

    • Bomba diafragma: Para concentraciones altas de analito, es decir, un flujo bajo y promedios altos (2-3 l/min).

    • Bomba centrífuga: Para un flujo alto de analito (>30l/min).

    • Bomba pistón: Si son de pistón pequeño se emplean para un flujo bajo, pero si son de pistón grande se emplearan para flujo alto.

    MEDIDORES DE FLUJO:

    - Patrón primario: Tienen una gran exactitud (0´3%). Se suelen utilizar en la fabricación de otros medidores de flujo, por lo que no son estudios reales.

    Son por ejemplo el espirómetro, la botella de desplazamiento o el medidor de burbuja.

    - Patrón intermedio: Tienen una exactitud entre 1-2%. Se utilizan para hacer calibraciones dentro del laboratorio.

    Son por ejemplo el método de gas seco o el método de ensayo húmedo.

    - Medidores: Son lo sutilizados en campo, por lo que son muy versátiles. Tienen una exactitud del 5%.

    Son por ejemplo el manómetro, el rotámetro, el medidor de orificio, el medidor de flujo másico o el tubo pitot.

    SISTEMAS DE TOMA DE MUESTRA:

    Algunos se utilizan para recoger gases, otras partículas y otros para recoger tanto gases como partículas.


    SISTEMAS DE TOMA DE MUESTRA.


    GASES EN AMBIENTES EXTERIORES:

    Para realizar la toma de muestra de gases en ambientes exteriores se pueden emplear diversos métodos:

    - Recipientes.

    - Trenes de absorción.

    - tubos de adsorción.

    - Tubos de difusión.

    - Sistemas criogénicos.

    - Filtros impregnados.

    Equipos que a continuación serán estudiados con mayor detalle.

    Recipientes:

    Los recipientes toman la muestra globalmente, no van a tomar la muestra discriminando sustancias. Vamos a tener recipientes con distintos materiales (vidrio, acero y plástico).

    Ofrecen información puntual y pueden actuar tanto en sistemas pasivos como en activos.

    Pueden formar tanto sistemas activos como pasivos si hacemos el vacío previo.

    En el sistema pasivo no se puede preconcentrar la muestra por lo que para poder analizar el analito debe encontrarse a altas concentraciones, lo cuál sólo ocurrirá en ambientes exteriores.

    Ofrecen información temporal a corto plazo, salvo que la válvula no la tengamos al máximo.

    En el modo activo se puede preconcentrar la muestra y la información promediada dependerá de la apertura de la válvula.

    El captador debe estar el último por que pueden surgir problemas de contaminación de la muestra.

    - Recipientes de acero (Canister): recipiente cuyas paredes internas están electro pulidas para que no pueda absorber ninguna sustancia. Tiene una única válvula que sirve de entrada y de salida.

    - recipientes de vidrio: como jeringas estancas, que llevan incorporadas una válvula que sirve de barrera impidiendo que salga el gas.

    La muestra no se preconcentra y actúan mediante un sistema pasivo, aunque se fuerce a la muestra a entrar, con lo cuál no será necesaria una bomba.

    - Recipiente de plástico: (Bolsas de plástico). Suelen presentar unas válvulas y a veces un septum (trozo de goma). Si se utiliza este sistema el sistema pasivo no sirve, por lo que siempre habrá que utilizar una bomba.

    Tenemos una única válvula por lo que la muestra pasa antes por la bomba pudiendo sufrir problemas de contaminación, pero con este método podemos usar un tipo de bombeo indirecto denominado bolsa en botella.

    Se conecta la bomba al orificio que va a la botella.

    Se hace el vacío en la botella por lo que la bolsa tenderá a expandirse acumulando aire en su interior, es un bombeo indirecto.

    Para sacar la muestra ponemos la bomba en el otro lado o utilizamos una jeringa si tiene septum.

    Trenes de absorción:

    Este método consiste en hacer pasar la muestra a través de unos recipientes que contienen un líquido o una disolución capaz de retener el analito mediante un proceso de absorción física (disolución) o mediante un proceso de absorción química (reacción).

    Es decir, se basa en el método de captación mediante la absorción física y la absorción química.

    Esquema genérico:

    Si la muestra que pretendemos analizar lleva partículas deberá pasar antes por un filtro.

    Este método es un sistema activo en el que se produce la preconcentración del analito ya que al pasar la muestra por los distintos recipientes, éste va quedando retenido en la disolución por lo que adquieren mayor concentración.

    Uno de los mayores problemas que presenta este método es que el absorbente se puede saturar de analito, dejándolo escapar y presentando una mala eficiencia.

    Para evaluar la eficiencia del sistema se pone otro recipiente de absorbente en el tren, tal como se muestra en la figura, por eso los recipientes deben ir de dos en dos.

    Para ver la eficiencia del sistema se analizan ambos recipientes por separado y si el sistema es eficiente, en el segundo recipiente la concentración del analito deberá ser 0.

    El medidor de flujo y la bomba pueden quedar dañados durante el proceso por que las disoluciones son acuosas y pueden pasar vapores. Para evitarlo se coloca un tercer recipiente cuya finalidad será eliminar dichas sustancias para que no dañe el sistema.

    Estas sustancias que nos pueden dañar el sistema son por lo general polares, y por ello lo que se suele colocar es gel de sílice que absorbe estas sustancias polares.

    Una vez pasada la muestra analizamos las concentraciones de los recipientes:

    R1 = Ca.

    R2 = 0.

    Ahora estas concentraciones deben ser relacionadas con la concentración de analito que haya en el aire (C).

    [] = analito / volumen de muestra.

    Volumen muestra: valor que indica el medidor de flujo por el tiempo.

    Masa del analito: cantidad de analito por volumen de muestra.

    Concentración de analito en el aire:

    C = Ca * V2 / f * t.

    Para conseguir que nuestra muestra, que se encuentra en estado gaseoso entre en el absorbente, que se encuentra en estado líquido, debemos conseguir que el área de contacto sea el mayor posible y/o tenga el mayor tiempo de contacto posible (flujo bajo).

    El objetivo de de tener el mayor área de contacto posible es que a la vez que pasa la muestra se irán formando unas gotitas muy pequeñas.

    Pero además hay que añadirle a la muestra unas sustancias denominadas dispersantes que ayudan a la formación de estas gotitas y en la medida de lo posible pondremos surfactantes en el líquido absorbente, sustancia que produce espuma.

    Existen tres tipos de sistemas dispersantes:

    - Burbujeador: este sistema consigue burbujas bastante grandes con una superficie específica pequeña y un área de contacto también pequeña. Para que haya un buen contacto, el tiempo de contacto debe ser muy largo con un flujo muy bajo. (1-2 l/min).

    - Capilar: Forma pequeñas burbujas, pero únicamente con flujos altos (10-20 l/min).

    - Fritado: o vidrio sintetizado. Las burbujas son pequeñas, con área de contacto grande, pero es necesario utilizar un flujo grande (2-20 l/ min).

    Utilizar un sistema u otro no depende de la eficiencia, sino de la información temporal que necesitemos.

    Características del absorbente en los trenes de absorción:

    - Deben tener una concentración elevada.

    - El absorbente debe ser específico del analito que queremos analizar pues podría influir en los resultados del análisis.

    - Alta velocidad de reacción.

    - No volátil.

    - Debe retener al analito de la forma más sencilla posible, y para ello debe ser una reacción química que transforme el gas en otra sustancia, ya sea líquida o sólida.

    SO2 (G) -------> SO2 (GL).

    SO2 + H2O2 -------- SO4=.

    SO2 + H2O2 + Ba 2+-------- BaSO4! (precipita como sílice).

    - La reacción que se produce debe ser irreversible y cuantitativa.

    - Resistente a la oxidación.

    La eficiencia de los trenes de absorción es función de:

    - Velocidad de bombeo.

    - Concentración del analito.

    - Temperatura y humedad: a bajas temperaturas la reacción se favorece.

    - Incompatibilidad química.

    Tubos de adsorción:

    El analito llega a la superficie del sólido y se queda allí retenido.

    Puede funcionar tanto de forma activa, por medio de una bomba, como de modo pasivo.

    Tenemos un tubo en cuyo interior colocaremos el sólido, seguido de un medidor de flujo y una bomba.

    Si el sistema funciona, los analitos quedarán adheridos a las paredes del tubo.

    Una vez realizada la toma de muestra, analizaremos el contenido del sólido y determinaremos la cantidad de analito.

    Por tanto, la concentración que hay en el aire se determinará con la siguiente expresión:

    Cantidad de analito retenido / flujo * tiempo

    Los dos tramos se analizan independientemente para comprobar que el sistema es eficiente. Todos los analitos se deben quedar retenidos en el primer tramo y en el segundo no se debe encontrar nada de analito.

    Tenemos que analizar el contenido del sólido en el que ha quedado retenido el analito y para ello debemos liberarlo mediante dos métodos:

    - Térmicamente.

    - Con disolventes.

    • Con disolventes:

    Consiste en disolver el analito contenido en el sólido. EL procedimiento a seguir es el siguiente, se toma el sólido y con una pequeña pipeta añadimos un volumen de disolvente adecuado, para que nos arrastre los analitos.

    Ahora se analiza la disolución y se calcula la concentración del analito.

    Esta concentración, multiplicada por el volumen de disolvente, nos dará la concentración de analito.

    • Térmicamente: Calentamos el tubo, de forma que los analitos pasen a forma gaseosa, pasando al mismo tiempo un gas de arrastre.

    Con este método no se puede calcular la concentración de analito, aunque si se puede determinar la cantidad de analito.

    Diferencias existentes entre os dos métodos de liberación del analito:

  • Disolvente:

  • Los sistemas de análisis no suelen poder tratar con todo el volumen de disolvente empleado, por tanto, tenemos que emplear una porción de ese volumen, es decir, empleamos una alícuota.

    M aire = concentración disolución * volumen disolución.

    C aire = m aire / f * t.

    Ventaja: podemos tomar muchas alícuotas, podemos tener muchos valores de concentración. El resultado final será la media ± desviación estándar.

    Podremos obtener valores de precisión.

    Desventaja: Tomamos una porción muy pequeña del analito, por lo que la sensibilidad es muy mala.

  • Térmicamente:

  • El analizador puede aceptar todo el gas de una sola vez. Por tanto, la sensibilidad es mejor, al analizar todo el analito.

    No tenemos valores de precisión, por que se realiza un único análisis, lo cuál se puede solventar realizando varias tomas de muestras.

    Si los analitos son termolábiles, es decir, se descomponen con el calor, no podremos emplear esta técnica.

    La complejidad del equipo es mayor en la técnica térmica que la de disolvente.

    Tipos de adsorbentes:

    Hay una amplia variedad, desde el carbotrap C hasta el carbón activo.

    Estos adsorbentes pueden ser inorgánicos, de polímeros orgánicos, carbón grafítico o carbón activo.

    El carbón activo es el único que va a tener mayor poder de retención, debido a que tiene una superficie específica muy elevada.

    ¿Cuándo utilizar un adsorbente u otro?

    Cuando el analito sea muy volátil, emplearemos el carbón activo, que tiene una gran capacidad de retención.

    Si el analito es poco volátil, no necesitamos emplear un adsorbente con tanta capacidad de retención.

    Pero con este planteamiento puede surgir un problema: y si tenemos a la vez un analito muy volátil y otro poco volátil, es decir, analitos de volatilidades diferentes ¿Qué adsorbente utilizar?

    La solución consiste en emplear 2 o 3 sólidos en serie, lo que se conoce como adsorbentes múltiples, como por ejemplo:

    CARBOTRAP C CARBÓN ACTIVO

    El problema que presentan los tubos de adsorción son:

    - Los adsorbentes no son específicos del analito.

    - La pureza del adsorbente influirá en el análisis.

    Tubos de difusión:

    Consiste en un tubo abierto por uno de los dos extremos, cuyo tamaño es:

    Largo: 7´1 cm.

    Corto: 4 cm.

    Por el extremo cerrado tiene un sólido o un líquido, que serán los encargados de absorber el analito.

    Los analitos entran en el tubo por diferencia de concentración, es decir, por difusión, por tanto es un sistema pasivo que no requiere de bomba..

    Una vez realizado el análisis, para relacionar la concentración de analito obtenido con la concentración que hay en la atmósfera debemos aplicar la Ley de Pick:

    M = K * D * A * t * AC / L

    K = Constante que suele tener valor 1.

    D = Coeficiente de difusión del analito en el aire.

    A = Área que tiene que atravesar el analito hasta llegar al sólido.

    T = tiempo.

    L = Longitud de difusión, longitud que recorre el analito desde que entra en el tubo hasta que alcanza el sólido o el líquido.

    AC = diferencia de concentración entre el aire y la que hay en el sólido-líquido.

    C ambiente - C superficie del sólido o el líquido.

    La concentración que hay en la superficie del sólido o el líquido tiene que ser 0, por tanto, AC = C ambiente.

    Para aumentar la sensibilidad de este método:

    - Menos longitud del tubo, por que entrará más cantidad de analito para una misma concentración.

    - Mayor tiempo = mayor sensibilidad.

    - Mayor área = mayor sensibilidad.

    Pero la utilización de un tubo corto puede traer inconvenientes, y es que en presencia de viento se originarán turbulencias y el analito no entraría por difusión.

    Estos sistemas tienen una seria de ventajas como es que son baratos, simples y de fácil construcción, por lo que nos permite realizar un muestreo de un número elevado de puntos.

    Pero presentan como inconvenientes su baja exactitud y precisión.

    Sistemas criogénicos:

    Se basa en enfriar el aire hasta condensar el analito que queramos estudiar.

    El sistema está formado por un tubo, bien hueco, bien relleno de “bolitas” o algo que favorezca la retención de los analitos que se encuentre inmerso en un baño con una sustancia que mantenga el sistema suficientemente frío.

    La muestra se hace pasar por el interior gracias a una bomba, con lo que es un sistema activo, empleando un medidor de flujo.

    El analito retenido va a depender de la sustancia que pongamos en el baño que se localiza en el tubo.

    Así, por ejemplo:

    - Si usamos hielo, se retendrán aquellos gases que condensen a 0ºC.

    - Si utilizamos nitrógeno líquido se congelarán la mayor parte de los gases del aire pues actúa a - 186ºC.

    - El más empleado es una mezcla de hielo seco (CO2 sólido) y acetona --> -80ºC. Se retienen muchos componentes del aire, sin que lleguen a condensarse los componentes mayoritarios del aire (O2, N2, Ar, etc).

    A esta temperatura condensa el vapor de agua, con lo que bloquearía el sistema y para evitarlo se emplea un desecante que elimina el vapor de agua.

    A la hora de liberar el analito calentamos el sistema y empleamos un gas de arrastre para llevarlo al analizador.

    PARTÍCULAS EN AMBIENTES EXTERIORES

    Para realizar la toma de muestra de partículas en ambientes exteriores se pueden emplear diversos métodos:

    - Sedimentador por gravedad.

    - Precipitación electrostática.

    - Filtración.

    - Ciclones.

    Sedimentador por gravedad:

    Sistema empleado para partículas grandes, con diámetro mayor a 10 m.

    Las partículas caen en un recipiente y se recogen, es un método muy simple.

    'Análisis atmosférico'

    Ciclones:

    Es un método más sofisticado basado en la fuerza de inercia.

    Se fuerza a pasar el aire por el filtro vertical, para que después ascienda siguiendo un movimiento helicoidal, buscando la salida lateral.

    A continuación, se colocaría el medidor de flujo y la bomba.

    'Análisis atmosférico'

    Las partículas pequeñas siguen el trayecto del aire y salen, mientras las partículas con un tamaño adecuado (> 5 m) chocan con las paredes y caen al fondo del ciclón, pero el diseño del ciclón y la velocidad de paso van a permitir recoger partículas más grandes, que pueden ser incluso superiores a 10 m.

    Por ello, un ciclón puede emplearse como un preselector de partículas, pudiendo seleccionar las partículas que nos interesa para emplear posteriormente otro sistema.

    Filtración:

    Consiste en hacer pasar la muestra, con ayuda de una bomba, y midiendo el flujo, a través de un dispositivo (filtro) que retiene a las partículas.

    Los mecanismos por los que puede actuar el filtro es por inercia, por choque directo o por difusión.

    El esquema general sería:

    Podemos tener dos tipos de carcasas:

    - Abierta: El aire tiene la misma posibilidad de pasar por cualquier punto del filtro. Por tanto, las partículas quedan en el filtro de forma homogénea.

    - Cerrada: El aire no tiene las mismas probabilidades de pasar por todas las zonas del filtro, por lo que las partículas tienden a pasar por el centro, zona donde quedaran concentradas en su mayoría.

    Esto es importante a la hora de analizar posteriormente el filtro, ya que si analizamos todo el filtro no será relevante, pero si analizamos sólo una parte del filtro será muy importante tenerlo en cuenta.

    Esto no ocurre en una carcasa abierta pues existe la misma probabilidad en todo el filtro.

    Los filtros pueden ser de dos tipos principalmente:

    - De membrana orgánica.

    - De fibra.

    Los filtros de fibra pueden ser de distintos materiales, como son:

    - Fibra de vidrio: Está hecho con silicato de Al u otro material al que se pueden agregar muchos metales y debe ser tenido en cuenta a la hora de medir compuestos como el Pb.

    - Ester de celulosa: toma humedad del ambiente, hecho a tener en cuenta pues no puede ser utilizado en caso de tener que hacer una pesada.

    - Fibra de cuarzo.

    Para los compuestos orgánicos no se puede emplear el filtro de celulosa, al ser también materia orgánica, por lo que se debe emplear el filtro de cuarzo o de vidrio.

    A la hora de seleccionar el filtro a utilizar deben tenerse en cuenta una serie de características:

    - Estabilidad mecánica.

    - Estabilidad térmica.

    - Estabilidad química.

    - Eficiencia.

    - Capacidad de carga.

    - Resistencia al flujo.

    - Pureza.

    - Coste y disponibilidad.

    Existen distintos tipos de muestreadores:

    - Muestreadores de alto volumen: El flujo empleado es alto, normalmente de 1.000 l/min. Se emplean cuando necesitamos información a corto plazo y una gran sensibilidad.

    - Muestreadores de volumen medio: 100 l/min.

    - Muestreadores de volumen bajo: 20 l/min.

    - Muestreador dicotómico: recoge dos muestras (iguales o diferentes) de forma simultánea.

    Un tipo especial de filtro es el impactador de cascada:

    Este sistema se utiliza para obtener distintas muestras, cada una con un rango distinto, con distinto tamaño de partículas.

    Se basan en utilizar un momento físico constante: (masa * velocidad).

    La muestra pasa a través de unos orificios y atraviesa el filtro en distintas etapas. La cantidad de aire que entra en le filtro es siempre la misma por lo que el momento físico es el mismo.

    Los orificios del impactador son cada vez más chicos, por lo que la velocidad del aire aumente.

    Como el momento es siempre el mismo (masa * velocidad), llegará un momento en que algunas masas no pedan seguir en movimiento, que son las que quedan retenidas en el filtro.

    SEPARADORES GAS-PARTÍCULAS EN AMBIENTES EXTERIORES:

    Una opción para llevar a cabo este tipo de toma de muestra es combinar los equipos de muestreo ya estudiados:

    - Filtro + tubo adsorbente.

    - Filtro + borboteador.

    - Filtro + tubo de difusión.

    - Sistemas denuder.

    - Separadores de flujo laminar.

    Sistemas denuder:

    Tubo hueco cuya pared interna está recubierta de una sustancia que retiene a nuestro gas analito. Al final del tubo hueco hay un filtro que recoge las partículas y puede separar al gas de las partículas debido a la diferencia del coeficiente de difusión, que será mayor en un gas.

    Las partículas sufren un movimiento debido a la bomba al tener un coeficiente de difusión bajo.

    El gas tiende a seguir la dirección de la bomba, pero como tiene un alto coeficiente de difusión, difunde a todas las direcciones, entre ellas la dirección radial hacia las paredes del tubo donde quedan retenidos.

    La concentración del aire justo en el tubo es 0 por lo que el analito tiende a ir a las paredes del tubo, siendo la dirección radial la que más predomina.

    Para que este flujo radial sea el que predomine debemos favorecer un flujo lento y un tubo largo y estrecho.

    Normalmente se utilizan muchos tubos muy estrechos para que la longitud no sea muy grande.

    El tipo de sustancia adsorbente a utilizar dependerá del analito que se quiera analizar:

    - Para las bases, como el NH3 debemos utilizar un ácido como adsorbente para favorecer que el NH3 pase a NH4+ que es establece en disolución y se suele mezclar con glicerol.

    - Sustancias orgánicas polares, deberemos utilizar un adsorbente líquido polar.

    TOMA DE MUESTRA EN EMISIONES PUNTUALES:

    Consideraciones generales:

    • Antes de tomar muestras en emisiones puntuales debemos hacer un estudio preliminar donde consideremos el número de puntos a analizar y su localización.

    • Se debe tener en cuenta a la hora realizar la toma de muestra que en la emisión puede haber un exceso de aire variable, o de vapor de agua.

    • En este tipo de ambientes las concentraciones son altas, por lo que la sensibilidad no es un problema y los equipos de muestra no tiene que preconcentrar.

    • Las emisiones son bastante corrosivas y tóxicas por lo que los equipos deberán ser resistentes.

    • Las emisiones suelen llevar una temperatura muy alta, por lo que para que la toma de muestra sea eficiente, vamos a tener que enfriar la muestra antes de tomarla.

    • Además la emisión lleva un flujo propio lo que afectará a los equipos que toman partículas, y muchos de ellos tendrán un flujo propio, que puede ser igual o distinto al flujo de la emisión.

    En función de los flujos tendremos tres tipos de muestreo para las partículas:

  • M. isocinético: Para que el muestreo sea representativo deberemos tener la misma velocidad de flujo tanto para la emisión como para el equipo, así no habrá discriminación del tamaño de las partículas.

  • 'Análisis atmosférico'

  • M. subcinético: La velocidad con la que salen los gases es mayor que la velocidad de toma de muestra por lo que tenderá a recoger sólo las partículas más grandes. El muestreo no es representativo.

  • 'Análisis atmosférico'

  • M. supercinético: La velocidad de muestreo es mayor que la velocidad de emisión y el equipo sólo recogerá las partículas pequeñas, quedando una muestra empobrecida de partículas grandes. Este tipo de muestreo tampoco es representativo.

  • 'Análisis atmosférico'

    Si queremos recoger partículas, la bomba debe impulsar la muestra a la misma velocidad que sale la emisión, para ello debemos medir el flujo de la chimenea con el tubo Pitot y decirle a la bomba que funcione con ese mismo flujo.

    Los equipos de muestreo son semejantes a los utilizados en ambientes exteriores, siendo:

    - Líneas de transferencia a analizadores.

    - Recipientes.

    - Trenes de absorción.

    - Trenes con adsorbentes.

    - Precipitación térmica.

    TOMA DE MUESTRA EN EMISIONES NO PUNTUALES (DIFUSAS):

    Existen diferentes sistemas de muestreo, como son:

    - Cámara de flujo aislado.

    - Perfil de concentración.

    - Muestreo en transeptos.

    El método más utilizado es la cámara de flujo aislado, que consiste en una cámara cuya base no existe, no tiene, y que se coloca sobre el medio que queremos estudiar.

    A esta columna se le introduce un gas inerte que la inunda, y cuyo objetivo es despejar todo el aire que contenga la cámara.

    La cámara tiene un orificio de salida que llega a un analizador a tiempo real, o bien a un punto de muestreo.

    El objetivo es ver lo que se está emitiendo a partir de la base o dentro de la cámara.

    Al principio se registrara una bajada de concentración que llegado un momento se estabiliza, es el momento en el cuál todo el gas inerte a expulsado el aire de la cámara y sólo queda la emisión que queremos estudiar.

    TOMA DE MUESTRA EN AMBIENTES DE TRABAJO:

    El objetivo de este tipo de muestreo es analizar lo que un trabajador respira, por lo cuál deben ser equipos portátiles que reflejan lo que afecta a la salud de los individuos.

    Los equipos deben ser baratos y estar disponibles comercialmente.

    El tiempo de muestreo oscila entre 15 minutos y 8 horas, que es lo que dura la jornada laboral de un trabajador.

    El volumen de aire que pueden analizar oscila entre 1 y 50 litros, dependiendo del equipo.

    Suelen tener una exactitud del 25%, con una confianza del 95%.

    Los equipos que se utilizan para este tipo de toma de muestra son:

    Tubo

    - Con adsorbentes. ------- Pasivos -------- Insignias

    Activos

    - Tubos de difusión.

    Portátiles.

    - Filtros. ------------------ Muestreadores alto volumen (1 hora).

    - Ciclones.

    Se utilizan tubos con sólidos adsorbentes en su interior, que pueden ser tanto pasivos como activos.

    Los tubos que funcionen mediante un sistema activo deben tener pequeñas bombas en su interior, con poco peso (0´5 Kg) y que funcionen con una batería.

    El sólido adsorbente contenido en el tubo debe estar situado lo más cerca posible del sistema respiratorio del trabajador, pues lo que se intenta analizar es lo que respira.

    Si los datos no los debemos tener inmediatamente podemos usar el método pasivo que como no necesitan bomba son mucho más ligeros y cómodos para el trabajador.

    Este sistema pasivo además de forma de tubo, también puede tener forma de insignia.

    Una vez realizada la toma de muestra hay que liberar los analitos, por lo que muchos de estos métodos llevan incorporados una cámara donde se puede introducir el líquido adsorbente.

    Para analizar partículas se necesita un muestreador de bajo volumen con una bomba portátil.

    En salud laboral se utilizan índices de exposición biológicos donde la muestra que se toma no es sólo la que se aspira, sino también la que sale del sistema respiratorio, es decir, se mide el aire exhalado. Así, por diferencia se podrá saber lo que se acumula en los pulmones.

    Este sistema sólo sirve para analizar datos a corto plazo, por eso para saber lo que se ha acumulado a largo plazo se utilizan muestras de orina y sangre.

    También se suelen estudiar lo que se puede acumular en la piel mediante un muestreo dérmico que se puede realizar mediante un raspado de la piel, por vacío (aspiradora), haciendo un lavado con agua destilada o mediante parches que se pegan a la piel.

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    GASES

    PARTÍCULAS

    GAS-PARTÍCULA

    Recipientes

    Tubos Denuder

    Sistemas de flujo laminar.

    Sedimentadores

    Filtros.

    Impactadores.

    Ciclones.

    Tren de absorción

    Tubos con sólidos adsorbentes.

    Trampas frías.

    Tubos de difusión.

    Cámara de flujo aislado.

    Perfil de concentración.

    Vidrio

    Acero.

    Plástico

    BOMBA.

    BOLSA.

    BOMBA

    MEDIDOR DE FLUJO

    LÍQUIDO ABSORBENTE

    GEL DE SÍLICE

    V = f * t.

    M = Ca * V2

    BURBUJEADOR

    CAPILAR

    FRITADO

    Menos fuerte

    Intermedio

    Más fuerte

    Sistema de entrada.

    Filtro en un soporte y carcasa.

    Medidor de flujo.

    Bomba.

    Medidor de flujo y bomba.