Existen múltiples maneras de recolectar y analizar el gas del suelo para la Intrusión de Vapores (IV), pero actualmente en los Estados Unidos la mayoría de las muestras se recolectan en recipientes de acero inoxidable pasivado (también conocidos como recipientes Summa Canisters®). Dado que los Canisters® y sus reguladores de flujo son voluminosos, complejos y propensos a fallos mecánicos, la comunidad de IV busca un dispositivo más simple, y algunos miembros de la comunidad ambiental han comenzado a adoptar también muestreadores pasivos con adsorbentes.
En este artículo discutiremos varios tipos de dispositivos de muestreo, junto con una discusión sobre el uso de instrumentos electrónicos.
En los Estados Unidos, el método USEPA TO-15 es considerado el principal método utilizado para el análisis de Compuestos Orgánicos Volátiles (VOC) en matrices de aire del suelo y aire ambiente.
El método USEPA TO-15 especifica no solo el procedimiento de análisis mediante Cromatografía de Gases y Espectrometría de Masas (GC/MS), sino también el tipo de recipiente para recolectar aire ambiente, gases y vapores subslab, considerando principalmente los recipientes evacuados y especialmente preparados de acero inoxidable, comúnmente conocidos como Summa Canisters®. Sin embargo, debido a que las concentraciones de gas en el suelo en áreas fuente son relativamente altas en comparación con el aire interior, también pueden ser necesarios recipientes más pequeños y económicos, que resultan igualmente adecuados.
Los Canisters® normalmente están equipados con reguladores para controlar el tiempo de llenado, generalmente entre 5 minutos y 24 horas. Los reguladores de flujo son complejos y propensos a fugas, obstrucciones y tasas de flujo inadecuadas, especialmente cuando se manipulan de manera incorrecta. Además, los cilindros son voluminosos, generalmente con tamaños que van desde ½ litro hasta 6 litros. Un kit con cilindro y regulador tiene un costo elevado, por lo que los laboratorios suelen tener un inventario limitado. Los equipos deben limpiarse y probarse entre cada muestreo, considerándose un tipo de costo de alquiler para el usuario. Cuando se usan adecuadamente, los Canisters® proporcionan una indicación directa de las concentraciones de vapores en el aire ambiente o aire del suelo.
Los frascos de vidrio y las bolsas tipo Tedlar® son útiles para el muestreo de gas del suelo, pero presentan limitaciones para su uso en el muestreo de aire interior, el cual normalmente se recolecta durante períodos de 8 a 24 horas. Los recipientes de vidrio son especialmente útiles para localizar zonas fuente de contaminación, pero pueden no proporcionar límites de cuantificación lo suficientemente bajos para evaluaciones de IV. Los recipientes de vidrio (tipo vial) y las bolsas Tedlar® tienen la ventaja de ser desechables, lo cual reduce el riesgo de contaminación cruzada. Sin embargo, los frascos de vidrio son preferibles ya que ofrecen una vida útil de muestra más prolongada en comparación con las bolsas Tedlar®.
Los dispositivos con adsorbentes son diferentes, ya que en realidad no recolectan aire. El adsorbente captura los compuestos químicos presentes en el aire del suelo y, en algunos casos, del agua subterránea. De esta manera, proporciona la masa de contaminación y no la concentración del compuesto químico, ya que se desconoce el volumen de aire equivalente a dicha concentración.
Existen básicamente dos tipos de muestreo con adsorbentes: activo y pasivo. Las muestras con adsorbente activo más comunes consisten en tubos de acero inoxidable de ¼ de pulgada de diámetro (mostrados abajo). El aire puede ser aspirado a través de ellos usando una bomba o una jeringa. Para fines de IV, las muestras con adsorbentes se analizan con mayor frecuencia mediante el Método USEPA TO-17, que también incluye el análisis por GC/MS como el TO-15.
El aire no se aspira a través de los adsorbentes pasivos. Los adsorbentes pasivos simplemente absorben los productos químicos del aire circundante mediante difusión molecular. En Europa, los adsorbentes pasivos se han utilizado durante años para muestrear el aire interior, principalmente en el ámbito de la salud ocupacional. Sin embargo, el uso de muestreadores pasivos para el gas del suelo es relativamente nuevo. Existen varios diseños, incluida una versión modificada del tubo para TO-17, pero ninguno de ellos puede caber en el orificio de pequeño diámetro normalmente utilizado para el muestreo subslab.
Además de sus ventajas de ser compactos, simples y de bajo costo, las campañas que utilizan muestras con adsorbentes son superiores a los recipientes para medir COV en concentraciones muy bajas. Se alcanzan niveles de detección más bajos al extraer más aire a través de muestreadores activos o al aumentar el tiempo de exposición de los muestreadores pasivos. La capacidad de recolectar grandes volúmenes de aire con adsorbentes también permite capturar compuestos orgánicos semivolátiles (SVOC) más pesados, que suelen estar asociados a hidrocarburos de petróleo (PHC). Los adsorbentes también pueden usarse para muestrear vapor de mercurio, el cual no puede ser recolectado mediante recipientes evacuados. Los adsorbentes pasivos son ventajosos para muestreos de larga duración y pueden proporcionar concentraciones medias durante un período de dos o más semanas, en comparación con los recipientes evacuados que raramente permiten una duración de muestreo superior a 48 horas.
No obstante, los muestreadores con adsorbentes presentan serias limitaciones, una de las cuales es que el cálculo del volumen de aire representado por el adsorbente no es necesariamente directo. Cuando un laboratorio analiza muestras de adsorbentes, mide la masa de un producto químico en el adsorbente. Con adsorbentes activos, quien toma la muestra informa al laboratorio cuánto aire fue extraído, y el laboratorio divide la masa del compuesto por el volumen de aire para calcular las concentraciones. Sin embargo, las muestras activas a menudo se recolectan con bombas alimentadas por batería y, si la bomba se ralentiza por agotamiento de batería o por un filtro obstruido, el volumen real de aire podría no conocerse.
En el caso de los adsorbentes pasivos, los productos químicos ingresan al adsorbente mediante difusión molecular, no por flujo de aire, y el laboratorio debe determinar las tasas de absorción específicas del compuesto y del dispositivo de muestreo. El laboratorio analiza las masas químicas de una muestra y considera las tasas de absorción para calcular las concentraciones, lo que nuevamente introduce incertidumbres. El aspecto positivo es que, como los productos químicos ingresan a los adsorbentes pasivos por difusión molecular, los adsorbentes pasivos a veces pueden enterrarse en suelos compactados o húmedos que no producirían suficiente gas del suelo para el muestreo activo. Por consiguiente, las muestras pasivas pueden enterrarse en una configuración de malla para localizar fuentes de contaminación, pero los resultados pueden ser más cualitativos que cuantitativos, y puede que no sea posible evaluarlos frente a niveles de cribado u otros límites.
Otra limitación de los adsorbentes es que estos adsorben diferentes productos químicos de distintas maneras y es necesario utilizar el adsorbente apropiado para los compuestos presentes. También es fundamental exponer el dispositivo de muestreo a una cantidad adecuada de aire. Si el muestreador se expone a muy poco aire, algunos compuestos no serán detectados. Si se expone a demasiado aire, el adsorbente se satura y las concentraciones más altas de ciertos compuestos no se registran. Estos problemas dificultan el uso de adsorbentes en sitios poco comprendidos.
La humedad y la temperatura también afectan la capacidad de adsorción de los adsorbentes, lo que puede requerir el uso de correcciones por humedad y temperatura. Estas limitaciones pueden evitarse hasta cierto punto recolectando varias muestras con diferentes adsorbentes, volúmenes de aire y tiempos de exposición, pero esto puede contrarrestar el dinero ahorrado al evitar el uso de recipientes. Y aunque los adsorbentes pasivos funcionan bien con compuestos más pesados, incluidos algunos hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), tienen un rendimiento relativamente pobre con algunos compuestos más ligeros, especialmente el cloruro de vinilo.
Quizás la mayor limitación de los adsorbentes pasivos es que no permiten la recopilación de datos de campo en tiempo real. Utilizando instrumentos electrónicos portátiles comunes y puntos convencionales de muestreo de gas del suelo, los COV, el oxígeno (O₂), el dióxido de carbono (CO₂) y los Límites Inferiores de Explosividad (LEL) del gas del suelo pueden medirse instantáneamente. Las concentraciones de COV pueden medirse con distintos grados de precisión dependiendo de la sofisticación del dispositivo. Medidores portátiles básicos pueden proporcionar niveles totales de COV, O₂, CO₂ y LEL, mientras que cromatógrafos de gases portátiles (GC/MS o GC/FID/PID) pueden ofrecer concentraciones de compuestos químicos individuales. La capacidad de recopilar datos en tiempo real es especialmente útil para la prospección de fuentes, ya que el área de interés puede ajustarse o expandirse en respuesta a los datos de campo sin tener que esperar los resultados analíticos.
Los detectores portátiles de fotoionización (PID) generalmente no son lo suficientemente sensibles para detectar gas del suelo en los valores guía de Intrusión de Vapores (VISL) de la EPA, pero son excelentes herramientas complementarias que la mayoría de los consultores ya poseen, y su sensibilidad es adecuada para localizar la fuente principal de las áreas estudiadas. Algunos medidores multigás combinan las funciones de los PID, LEL, O₂ y CO₂, y además de proporcionar información útil sobre el gas del suelo, pueden utilizarse para purgar el gas antes del muestreo.
El enfoque común de purgar tres volúmenes de gas del suelo antes del muestreo se basa en investigaciones en las que el gas fue muestreado tras purgar uno, dos, tres o más volúmenes de aire “muerto” en la línea de muestreo y en el punto de muestreo. Las investigaciones encontraron que, en la mayoría de los entornos, las concentraciones del gas del suelo se estabilizan tras la purga de tres volúmenes de aire “muerto”. Un enfoque más directo consiste en monitorear las lecturas de O₂ y PID durante la purga con un medidor multigás y tomar la muestra inmediatamente después de que se estabilicen.
Instrumentos más sofisticados tienen la capacidad de detectar vapores en concentraciones más bajas y distinguir entre diferentes compuestos. Los GC de campo, como el Frog 4000, pueden diferenciar varios compuestos y alcanzar niveles de detección más bajos que la mayoría de los PID. El GC/MS también tiene el potencial de detectar compuestos para los cuales no está calibrado, debido a su capacidad para detectar líneas espectrales que coinciden con los pesos de los fragmentos moleculares. Sin embargo, debido a las limitaciones del trabajo de campo, un GC o GC/MS portátil es menos confiable que un instrumento de laboratorio fijo, y sus resultados se consideran datos preliminares que deben confirmarse con muestras TO-15. Un GC o GC/MS portátil también es costoso en comparación con un medidor multigás y requiere más experiencia para operarlo. Además, el costo de un Hapsite nuevo puede superar los USD $100,000, por lo que la mayoría de las empresas prefieren alquilar esta herramienta, la cual también puede estar sujeta a problemas de uso y mantenimiento constante.
Para finalizar, un GC o GC/MS puede utilizarse en modo fijo para proporcionar datos continuamente durante períodos prolongados. Esto puede ser útil para ciertos compuestos como el tricloroeteno (TCE), que puede causar problemas de salud con exposiciones breves. La capacidad de recopilar datos de forma continua durante largos periodos permite detectar picos de concentración a corto plazo, pero presenta un costo relativamente alto y requiere considerable experiencia, lo que lo hace inadecuado para la gran mayoría de las evaluaciones de IV. Además, aunque el costo del monitoreo continuo a veces pueda justificarse para el muestreo de aire interior, rara vez tiene sentido para el muestreo de gas del suelo.
En el próximo artículo, discutiremos las características, ventajas y aplicaciones de cada método en mayor detalle y proporcionaremos una tabla que puede simplificar el proceso de toma de decisiones al elegir qué tipo de muestras recolectar.
