Estrategia del muestreo y métodos

En función de los objetivos se pueden definir distintos procedimientos de medición, habiendo quedado recogidos los más significativos, así como los requisitos que deben cumplir, en la UNE-EN-482 sobre «requisitos generales relativos al funcionamiento de los procedimientos para la medición de agentes químicos».

La evaluación más característica en Higiene Industrial, y en la que resulta más crítica la representatividad de los resultados, es aquella que pretende valorar el riesgo, por lo que con objeto de armonizar los métodos de actuación y los conceptos básicos, se ha elaborado la norma UNE-EN-689 sobre «directrices para la evaluación de la exposición por inhalación de agentes químicos para la comparación con los valores límite y estrategia de muestreo.

En el apartado de objeto y campo de aplicación deja completamente claro su alcance ya que señala:

«Esta Norma Europea proporciona las directrices para la evaluación de la exposición a los agentes químicos en las atmósferas de los lugares de trabajo. Describe una estrategia para comparar la exposición laboral por inhalación de los contaminantes químicos en el lugar de trabajo con los valores límite y una estrategia para la medición».

Se entiende por Estrategia: La forma en que tiene lugar el desarrollo operativo de un proceso de toma de muestras. Antes de emprender un programa de muestreo es preciso tener en cuenta:

Elección del método de muestreo

Selección de los puestos de trabajo

Número de muestras a tomar

Duración de cada muestra

Elección del método de muestreo

  • El método de muestreo de un contaminante está estrechamente relacionado con el método analítico.
  • Se recomienda seguir las normas establecidas por los órganos competentes de la administración o en su defecto instituciones nacionales (INSHT) e internacionales (NIOSH, ACGIH) de reconocido prestigio en higiene industrial.

En todo método de muestreo deben figurar los conceptos siguientes:

  • Contaminante para el que se aplica
  • Dispositivo de captación
  • Volumen de aire a recoger
  • Caudal del muestreador
  • Cantidad mínima de muestra que debe captarse

Siempre que sea posible debe recurrirse al personal, poniendo el dispositivo de captación cerca de las vías respiratorias del operario portador del equipo.

Si se lleva acabo un muestreo ambiental o estático igualmente se debe situar a la altura respiratoria de los operarios y lo más cerca posible de su espacio de trabajo, evitando la proximidad al punto de emisión del contaminante.

Selección de los puestos de trabajo

Desde un punto de vista teórico riguroso para tener la absoluta certeza de detectar la persona o personas sometidas a la máxima exposición debería muestrearse cada puesto/s o trabajador potencialmente expuesto/s.

(Asumir que la Concentración media de un grupo representa a todo el conjunto puede conducir a errores que llegan a superar incluso el 100%).

En la práctica la selección de puestos o personas puede simplificarse teniendo en cuenta :

  1. Proximidad al foco generador del contaminante
  2. Trayectoria de las corrientes de aire natural o forzadas
  3. Tiempo de permanencia en un puesto determinado.

Cuando no sea posible seleccionar con garantías a la totalidad de trabajadores se debe recurrir a criterios estadísticos de muestreo parcial aleatorio, cuya finalidad es localizar un subconjunto de tamaño adecuado, que con un determinado nivel de confianza permita encontrar al menos un trabajador sometido a exposición máxima.

Número de muestras a tomar

Una sola muestra tomada al azar no suele ser suficiente en la valoración del riesgo higiénico pues los contaminantes químicos no se generan a velocidad constante y por lo tanto su concentración en el ambiente de trabajo varía de modo continuo a lo largo de la jornada de trabajo.

Tomando como base las 8 horas de una jornada laboral, que además suele coincidir con el tiempo de definición de los valores limite, con el que se comparan los resultados de las muestras tomadas, caben distinguir cuatro formas diferentes de realizar el muestreo:

  • Muestras consecutivas tomadas en periodo completo: Tomar 2 o más muestras consecutivas de igual o distinta duración en toda la jornada laboral. Se considera la mejor forma de muestrear y su representatividad crece con el n° de muestras.
  • Muestra única en periodo completo: Mediante este método, se toma una sola muestra para toda la jornada. Aunque se considera la 2a mejor opción sólo se suele utilizar cuando el volumen a recoger es muy grande.
  • Muestras consecutivas tomadas en periodo parcial: Consiste en tomar muestras de igual o distinta duración para parte de la jornada laboral. Sólo válido si es al menos el 70% de la jornada y si no varían las condiciones de trabajo sensiblemente en el tiempo «t» donde no se toma la muestra.
  • Muestras puntuales: Consiste en tomar diversas muestras de corta duración y aleatoriamente en la jornada. Es la menos adecuada para la evaluación del riesgo higiénico.

Figura 5-4: DIFERENTES FORMAS DE REALIZAR UN MUESTREO DE CONTAMINANTES QUÍMICOS DURANTE UNA JORNADA DE 8 HORAS

Duración de cada muestra

El tiempo de muestreo depende fundamentalmente del volumen de aire que se desea recoger y del caudal del muestreador. Así mismo dicho volumen es función de la cantidad mínima de muestra necesaria para ser detectada por el método analítico (sensibilidad del propio método).

En ocasiones viene condicionado por la duración de las actividades laborales o ciclos de trabajo por lo que se requieren métodos muy sensibles para detectar la pequeña cantidad recogida.

En general siempre es más adecuado el de larga duración que tomar muestras puntuales.

Calibración de equipos de muestreo

Se entiende por calibración como la operación o conjunto de operaciones orientadas a determinar la magnitud de los parámetros significativos de una medida. Su finalidad principal es minimizar el error instrumental.

El procedimiento más utilizado en la calibración de las unidades y equipos de muestreo de contaminantes químicos es el flujómetro de pompa de jabón, actualmente en desuso:

Utiliza una bureta invertida de vidrio, cuyo extremo inferior se haya en contacto con una disolución jabonosa, mientras que en la superior se conecta a la unidad de muestreo mediante un tubo flexible

Al poner en funcionamiento la citada unidad se forma una burbuja que asciende verticalmente por la bureta y mediante la medida del tiempo con un cronometro en el que dicha burbuja tarda en recorrer un volumen definido por dos aforos, tenemos el caudal

Q = (60xV)/t en l/min.

Donde Q es el caudal de la unidad de muestreo en litros/minuto y V el volumen en litros atravesado por la burbuja en un tiempo t en segundos.

En la actualidad se utilizan calibradores electrónicos digitales basados en el mismo principio, en los que el volumen atravesado por la burbuja, se lleva a cabo mediante células fotoeléctricas:

Figura 5-5: CALIBRADOR DIGITAL PARA EQUIPOS DE MUESTREO DE CONTAMINANTES QUIMICOS

Métodos de muestreo

El procedimiento de la toma de muestras de un contaminante químico debe siempre estar vinculado al análisis, de modo que nunca se deben improvisar ni uno ni otro. En este sentido se recurre a métodos normalizados y validados por instituciones de reconocido prestigio nacional o internacional. se recomiendan los siguientes:

  • Normas UNE: Las normas UNE propuestas para la determinación de contaminantes químicos en la atmósfera de trabajo son por ejemplo entre otras:

UNE 81-551 (89) Calidad del aire. Atmósfera en los puestos de trabajo. Determinación de fibras de amianto en aire. Método del filtro de membrana/microscopía óptica.

UNE 81-569 (91) Calidad del aire. Atmósferas en el puesto de trabajo. Determinación de plomo metálico y sus compuestos iónicos. Método de espectrofotometría de absorción atómica de llama.

UNE 81-580 (92) Calidad del aire. Atmósferas en los puestos de trabajo Determinación de n-hexano y tolueno. Método de muestreador pasivo/desorción con disolvente/cromatografía de gases.

Otros: UNE 81-581 (92) (Hidrocarburos aromáticos), UNE 81-582 (92) (Hidrocarburos clorados), UNE 81-583 (92) (Hidrocarburos alifáticos), UNE 81-584 (92) (Alcoholes), UNE 81-587 (94) (Metales), etc.

Sirva como ejemplo de la metodología que utilizan la tabla 5-1

NORMA

UNE

NOMBRE DE LA SUSTANCIA NÚMERO

CAS

SISTEMA DE CAPTACIÓN CAUDAL

(1/MIN)

VOLUMEN DE AIRE (1)
81551 (89) Fibras de amianto 12001-29-5 Filtro de ésteres de celulosa de 1,2mm(*) 1 variable(**)
81569 (91) Plomo y sus comp. inorg. 7439-92-1 Filtro de ésteres de celulosa de 0,8mm 1 -4 >200

Tabla 5-1: EJEMPLOS DE NORMAS UNE

 

Métodos de muestreo propuestos por el INSHT:

Los procedimientos de muestreo y análisis propuestos por dicho Instituto , se recogen en los llamados «MÉTODOS AMBIENTALES» (MA) de los que, cabe destacar los siguientes:

MTA/MA-010/A87:      Determinación de fibras de amianto en aire- Método del filtro de membrana/Microscopía óptica.

MTA/MA-011/A87:      Determinación de plomo en aire -Método del filtro de membrana/Espectrofotometría de absorción atómica.

Otros, MTA/MA-018/A89 (Formaldehido), MTA/MA-019/A90 (Acidos inorgánicos), MTA/MA-020/A91 (Oxidos de nitrógeno), MTA/MA-029/A92 (Hidrocar. Alifáticos), MTA/MA-030/A92 (Hidrocarburos aromáticos), etc.

Métodos desarrollados por el NIOSH:

En la tabla 5-2 se muestra un ejemplo de las condiciones de muestreo recomendadas por el NIOSH, para la toma de muestras de diversos contaminantes químicos, indicando su fórmula y número CAS (Chemical Abstracts Service, de American Chemical Society), sistema de captación, caudal de muestreador y volumen de aire requerido, así por ejemplo:

NOMBRE DE LA SUSTANCIA FÓRMULA NÚMERO

CAS

SISTEMA DE CAPTACIÓN CAUDAL

(l/min)

VOLUMEN DE AIRE(l)
Aceite mineral (niebla)   Varios Filtros ésteres celulosa apareados 0,8 mm 1,5- 2 100
Acetaldehido CH3-CHO 75-07-0 Tubo de gel de sílice 0,2 12
Tabla 5-2: CONDICIONES DE MUESTREO (NIOSH)

 

Aspectos analíticos en una toma de muestras Soporte de captación:

Soporte de captación:

  1. Naturaleza (ej. acetato de celulosa)
  2. Tipo (diámetro y porosidad)
  3. Calidad del soporte (calidad del agua o reactivos)
  4. Rendimiento
  5. Capacidad de soporte

Cantidad de muestra:

Un peso o cantidad de muestra inadecuada puede tener una influencia notable y variada, por ejemplo sobre eficacia de la captación, transporte, manipulación, determinación analítica, etc.

La cantidad de muestra recogida durante la toma de muestras es el resultado de dos parámetros

  1. – Concentración ambiental y
  2. – Volumen aire muestreado

Interferencias:

  1. – Fruto de la composición cualitativa y cuantitativa del medio ambiente muestreado.
  1. – Y de la mayor o menor especificidad del método analítico Tipo de instrumentación a utilizar y sistemática a seguir

Tipo de instrumentación a utilizar y sistemática a seguir

Para realizar la toma de muestras de los contaminantes químicos en el medio laboral y ver el tipo de instrumentación a utilizar, se deben tener en cuenta los siguientes puntos íntimamente relacionados entre sí:

  • Tiempo para el que esta definido el límite de exposición o valor referencia (TLV- TWA, TLV-C, etc ).
  • Estado físico del contaminante presente y las propiedades que de ellos se quieren medir.
  • Técnicas de muestreo-análisis.

Estos tres puntos junto con la estrategia de muestreo (n° de muestras por jornada y duración), en función del objeto del estudio y la localización de las medidas Ambientales o Personales), definen el tipo de instrumentación a utilizar.

La determinación del contaminante y su concentración se pude efectuar de una manera directa en el lugar de trabajo (Medición) o bien mediante una (Toma de muestra), que consiste en la captación de los contaminantes sobre un soporte para su posterior análisis en el laboratorio.

Figura 5-6

Tipo de instrumentación

Los sistemas de lectura directa permiten disponer de los resultados de la medición de forma inmediata, así como prescindir de la infraestructura analítica, con las ventajas de que ello comporta. Aunque en contrapartida, los errores intrínsecos de este tipo de instrumentos son, en general, elevados, repercutiendo esto en la valoración final del riesgo higiénico.

La toma de muestras se puede llevar a cabo mediante la captación directa de aire del ambiente o bien mediante la utilización de un soporte que retenga al contaminante. En ambos casos es preciso que exista una técnica analítica posterior que determine cualitativamente y cuantitativamente la presencia de los contaminantes.

Las mediciones y toma de muestras pueden ser estáticas y personales:

La medición y la toma de muestras personales suponen la utilización de instrumentos de tamaño reducido y comportamiento autónomo, pues acompañan al operario durante su trabajo.
Las mediciones y toma de muestras estáticas se basan en la determinación de concentraciones en zonas de trabajo concretas, representativas del ambiente general. No suele tener limitación de tamaño por ser de ubicación fija y permite obtener datos suficientes del grado de contaminación, siendo eficaces para la obtención de datos de cara al trabajo posterior de ingeniería de procesos y control ambiental.

Figura 5-7: EQUIPOS DE MEDICIONES Y TOMA DE MUESTRAS ESTÁTICAS O FIJAS DE CONTAMINANTES QUÍMICOS

Esta técnica da una idea más exacta de la exposición real, pues recoge información de las distintas incidencias durante el desarrollo de las diferentes tareas. El inconveniente está en que depende en exceso de los hábitos del trabajador y no informa sobre los principales focos o fuentes de información.

Figura 5-8: EQUIPO DE TOMA DE MUESTRAS PERSONAL DE CONTAMINANTES QUÍMICOS

Esta técnica da una idea más exacta de la exposición real de los trabajadores a los contaminantes, dado que recoge información de las distintas incidencias durante el desarrollo de las diferentes tareas.

El inconveniente principal de este método es que depende excesivamente de los hábitos de trabajo de cada persona, así como la escasa información que proporciona sobre las principales fuentes o focos de información.

El muestreo personal a su vez se puede realizar de dos formas:

Zonal (una sola zona) o Permanente (para distintas zonas)

Zonal: en el cual se toman diferentes muestras según zona de trabajo. De esta forma se puede valorar mejor dónde existe peligro higiénico, identificar los focos y así poder adoptar las medidas correctivas pertinentes.

Permanente: el trabajador lleva el aparato de muestreo fijo independientemente de las zonas por donde se mueva.

El muestreo personal es el más utilizado en la actualidad para la evaluación ambiental, dado que las concentraciones de un contaminante en el ambiente de trabajo son muy variables en tiempo y espacio, el sistema estático por tanto no es el más adecuado.

Duración

La medición y el muestreo puntual se basan en la determinación de la concentración en un espacio muy corto de tiempo. Este procedimiento se utiliza en seguir fases de proceso o en determinados pico de concentración que se puedan originar en el ambiente de trabajo.

La medición y el muestreo continuo se basan en la determinación de la concentración en un espacio de tiempo largo, incluso la jornada completa de 8 horas o en casos especiales de mayor extensión, con el fin de obtener concentraciones promedio representativas de la jornada laboral.

Lo ideal sería la combinación de ambos métodos con el fin de obtener la concentración promedio a lo largo de la jornada y las concentraciones pico en momentos críticos de los procesos.

Sistemas de medición de lectura directa de los contaminantes

Medición de gases y vapores
– Instrumentos colorimétricos

  • Papeles reactivos
  • Liquidos reactivos
  • Tubos colorimétricos
  • Dosimetros colorimétricos

– Instrumentos no colorimétricos: monitores de lectura directa

  • Eléctricos
  • Térmicos
  • Electromagneticos
  • Quimi-electromagneticos

– Medición directa de aerosoles

  • Instrumentos ópticos
  • Instrumentos eléctricos

Sistemas activos

Realizan el muestreo y análisis en el propio instrumento obteniendo la concentración del contaminante directamente.

Figura 5-9: EQUIPO DE LECTURA DIRECTA EN LA TOMA DE MUESTRAS DE CONTAMINANTES QUÍMICOS. BOMBA Y TUBOS CLORIMÉTRICOS

La determinación de concentraciones ambientales mediante instrumentos de medida directa presenta algunas ventajas respecto al sistema de toma de muestras, entre las que podemos destacar:

Ventajas:

  • Rapidez en las determinaciones
  • Obtención de muestras puntuales de interés
  • Economía
  • Manipulación sencilla (interpretación especializada)

Desventajas:

  • Escasa precisión
  • Frecuentes interferencias

Por la forma de presentarse los contaminantes en el ambiente clasificamos los instrumentos de lectura directa en:

1.- Gases y vapores:

Este tipo de instrumentos por su sencillez, facilidad de utilización y por la amplia gama de contaminantes que abarcan, son uno de los métodos más extendidos. Se basan en el cambio de color que sufre una sustancia (reacción colorimétrica) al reaccionar con un contaminante determinado.

Tipos:

  1. Indicadores colorimetricos: (papeles y líquidos reactivos, tubos indicadores con reactivo sólido, dosímetros colorimétricos para gases, mezcla de anteriores),
  2. Eléctricos,
  3. Térmicos,
  4. Electromagnéticos,
  5. Quimioelectromagnéticos,
  6. Magnéticos

1.- Aerosoles:

A) Ópticos,
B) Eléctricos
C) Piezoeléctricos

Figura 5-10: EQUIPOS DE LECTURA DIRECTA PARA GASES Y VAPORES DE TIPO ELECTROQUÍMICO