Generalmente de poliestireno, puede estar constituido de dos o tres cuerpos o secciones, siendo opcional la elección, en general de mayor utilidad es el de tres dado que mejora la distribución del contaminante y evita colmataciones en el centro.
Figura 5-21: DISTINTOS MODELOS DE PORTAFILTROS O CASSETTES
La utilización de cassettes de tres cuerpos resulta imprescindible para las captaciones de aquellos contaminantes cuyo cuerpo superior necesita ser retirado durante el muestreo, es decir cassette abierto, por ej. para fibras de amianto, que se acopla un protector metálico para evitar la pérdida de fibras por carga electrostática, aerosoles ácidos y alcalinos, etc.
En caso de polvos NEUMOCONIÓTICOS, para los que se debe captar la fracción respirable, se utiliza un cassette de dos cuerpos acoplado a un ciclón de nylón de 10 mm. Este hace que se depositen las partículas más grandes en el fondo del ciclón, mientras que las más pequeñas, de diámetro inferior a 5 micras se depositarán en el filtro.
En general el uso de toma de muestras con filtro es aplicable a contaminantes en forma particulada (polvos, nieblas, humos, etc.). Es un sistema de muestreo práctico y cómodo, tanto en la propia toma de muestras como posteriormente en el transporte y conservación de las muestras.
Accesorios o selectores de partículas
Ciclón: Selector de partículas para el muestreo de fracción respirable. Consiste en un dispositivo cilíndrico y alargado que posee una entrada de aire dispuesta tangencialmente en sentido transversal, así se permite la sedimentación de las partículas más gruesas en el fondo y la fijación de las finas en el filtro superior; deben ser independientes de la orientación.
Figura 5-22: CICLÓN: SEGÚN LA CURVA DE JOHANNESBURGO
Impactador en cascada: Dispositivo para seleccionar por tamaño de partícula y aplicar correctamente los valores PSS-TLVs.
Captador de partículas respirables: De aplicación exclusiva en el interior de minas.
Figura 5-23: ELUTRIADOR HORIZONTAL
Soluciones absorbentes. “Impingers”
Se basan en hacer pasar un volumen de aire a través de una solución absorbente apropiada, contenida en un impinger o borboteador. Fijan los contaminantes mediante procesos de solubilización, neutralización, oxidación, reducción, etc. (reacciones químicas) al pasar el aire contaminado por el líquido que lo absorbe. Su eficacia va desde el 80 al 85 %.
La unidad de captación está constituida por:
- Impinger o borboteador
- Solución absorbente
- Trampa para proteger el equipo de posibles arrastres o reabsorciones
- Cada impinger consta de dos piezas: cuerpo o vaso (generalmente de 30 ml.) y el cabezal (con el borboteador simple o fritado)
Existen distintos tipo de borboteadores o impingers para conseguir un área de contacto eficaz entre el aire contaminado y la solución absorbente, modificando el tamaño y n° de las burbujas y la cantidad de solución.
Para captar aerosoles líquidos, el proceso de retención y concentración implica una dilución por lo que basta con borboteadores con vástago de un único orificio.
Para captar contaminantes (gas o vapor) al reaccionar éstos con el líquido absorbente se necesita una mayor área de contacto por lo que los borboteadores serán de vidrio fritado en el extremo del vástago.
(Así al disminuir el tamaño de poro consigo burbujas más pequeñas y en mayor número y tengo mayor eficacia, mientras que aumenta la pérdida de carga del sistema).
Figura 5-26: DISTINTOS MODELOS DE BORBOTEADORES Y MONTAJES
Normalmente los impingers se utilizan en batería por:
- Aumentar la eficacia de retención
- Disponer de testigos de saturación de la solución absorbente
- Servir de trampa para prevenir averías por inundación en las bombas de aspiración.
Poco utilizado dado que es difícil de manejar, transportar y no contaminar. Sólo se utiliza donde no hay otra alternativa (cloro ó amoniaco).
Fijan los contaminantes, al pasar un volumen de aire determinado a través de un tubo de vidrio relleno de materiales sólidos, a veces impregnados con alguna sustancia química que mejora la adsorción de los contaminantes (gases, vapores) con una alta actividad superficial. Normalmente contenidos en tubos de vidrio en dos secciones, separadas entre sí, la segunda de las cuales sirve de testigo (ver saturación de la primera) y la primera como verdadero soporte de la muestra. Normalmente los tubos estándar de NIOSH son de 7 cm. De longitud, 4 mm. y 6 mm. de diámetros interior y exterior, estando ambos extremos sellados hasta el momento de muestreo. Los más utilizados son los de (100 mg/ 50 mg).
Las sustancias adsorbentes más utilizadas son: carbón activo, gel de sílice, hopcalita, alúmina y polímeros porosos XAD, poropak, chromosorb y tenax, que pueden estar impregnadas de sustancias químicas para mejorar su capacidad de captación.
Es el mejor método para compuestos potencialmente peligrosos presentes como gas o vapor.
La capacidad de retención de los tubos adsorbentes es limitada para cada tipo el método analítico nos indica su máxima capacidad de retención o volumen de ruptura, límite que señala el inicio de paso de contaminantes de la parte frontal a la posterior.
Su capacidad de retención esta condicionada por el desplazamiento de otros de no interés.
Aunque el método analítico recomienda un volumen de muestreo el higienista debe coordinar varios factores:
Por parte del medio a muestrear:
- Composición cualitativa,
- Concentración esperada,
- Presencia de otros contaminantes,
- Duración del ciclo de fabricación.
Por parte del método analítico:
- Margen de trabajo,
- Sensibilidad de la técnica,
- Limitación del soporte de captación,
- Márgenes operativos del equipo de muestreo.
Así la cantidad muestreada debe situarse por encima del límite de detección de la técnica analítica y dentro del rango del método de evaluación
El control de las interferencias se realiza por medio de la toma de blancos: muestra donde únicamente no se pasa aire a su través. De ella se contrasta las manipulaciones, calidad del soporte, material utilizado y tipo de contaminante captado.
Sus ventajas se basan en el alto grado de selectividad, estabilidad de las muestras, sencillez y bajo coste, por el contrario se pueden saturar.
Los muestreadores personales o bombas de aspiración son los instrumentos encargados de hacer pasar un determinado volumen de aire a través de los soportes de retención.
Deben poseer un sistema de control automático de flujo que permita regular instantáneamente las variaciones del caudal de aire aspirado producidas fundamentalmente por la saturación del soporte (precisión del +/- 5%)
- Reducido tamaño ( 1 Kg.)
- Deben poseer una autonomía de 8 horas
– Un caudal variable entre 1 y 5000 mililitros por minuto (0.02-0.5 l/min.) para bajo y (0.5-4.5 l/min.) para alto. Su elección vendrá marcada por el tipo de soporte y las necesidades del método analítico.
El fundamento de los muestreadores se basa en la utilización de sistemas de impulsión por desplazamiento volumétrico de aire, mediante sistemas mecánicos como membranas, pistones, etc.
Construidos con seguridad intrínseca.
Su calibración debe ser al empezar y terminar el muestreo y recomendablemente con medidores electrónicos.
La captación tiene lugar debido a fenómenos de difusión y permeación por los cuales las moléculas de un gas son capaces de penetrar y difundirse espontáneamente a través de la masa de otro gas, hasta repartirse uniformemente en su seno. Los soportes que se utilizan en estos sistemas son sólidos adsorbentes o sólidos impregnados con un reactivo específico.
Son dispositivos que consisten en un lecho adsorbente, normalmente carbón activo, separado del ambiente exterior por una barrera en la que se han practicado unos orificios de superficie y longitud conocidos. La cantidad de contaminantes recogido en el lecho está controlada por la longitud y el diámetro de los orificios, así como por el tamaño o peso molecular del contaminante. Debido al gradiente de concentración entre el exterior de la barrera y la superficie del adsorbente, los vapores se difunden a través de los orificios por difusión molecular, adsorbiéndose en el lecho en función de la concentración ambiental y el tiempo de muestreo (Ley de Fick). Cada contaminante tiene un coeficiente de difusión específico.
Se recoge por tanto, el aire por difusión y permeación sin forzar su paso a través del dispositivo captador y se basa en la ley de Fick (tendencia de las moléculas gaseosas a repartirse uniformemente en el seno de otro), y en la ley de Henry (capacidad de los gases a atravesar una membrana sólida con una permeabilidad específica).
La masa total del contaminante transferida desde el aire al captador pasivo viene dado por:
M= ((DxA)/L)x C x T siendo
M = Masa total transferida(mmoles)
D = Coeficiente de difusión (cm2/sg)
A = Área superficial muestreador (cm2)
L = Camino de difusión (cm)
C = Concentración ambiental (mmoles/cm3) t = Tiempo de muestreo (sg)
Los parámetros D,A y L se resumen en Q (Caudal equivalente)= (DxA)/L en cm3/sg Los valores de Q son específicos de cada fabricante y oscilan entre 1 y 100 cm3/sg
LA CONCENTRACIÓN AMBIENTAL por tanto
C= (M/Qxt)
M, se determina en laboratorio por técnica analítica
t, se delimita haciendo uso del dispositivo de abrir y cerrar el captador
La variedad de modelos de captadores pasivos es grande, y la diferencia fundamental estriba en los materiales empleados como soporte, en cerramientos frontales porosos o mediante membranas y en sus formas (redondos, rectangulares, en forma de tubo, etc.), pero siempre de dimensiones y peso muy reducidos..
Los captadores pasivos pueden clasificarse en específicos e inespecifícos. Los primeros están diseñados para la captación de un compuesto o grupo reducido de compuestos en concreto, utilizando el material adsorbente apropiado, que suele actuar por adsorción química (formaldehído, vapores de mercurio, óxido de etileno, etc.). Los segundos, permiten el muestreo de un conjunto de compuestos muy amplio (vapores orgánicos).
Los muestreadores pasivos son inespecíficos en compuestos orgánicos (excepto para formaldehído y óxido de etileno) mientras que para los inorgánicos hay varios específicos.
Su utilidad se pone de manifiesto ante la necesidad de estudios en quirófanos, zonas estériles, muestreos largos o controles específicos periódicos.
Finalmente indicar que cuando se realiza la toma de muestras con captadores pasivos, interesa que la masa de aire alrededor no esté en reposo absoluto, se recomienda una velocidad frontal de aire mayor a 7 cm/s, valor que normalmente se supera en las tomas de muestras personales.
Debido a su funcionamiento espontáneo, los captadores deben de estar perfectamente cerrados antes y después de la toma de muestras para evitar posible contaminación. El almacenamiento es preferible realizarlo en nevera, y evitar durante su manipulación y traslado situaciones de calentamiento anormal.
Muestreo de contaminantes sobre soporte mixto
Las características físico-químicas de algunas sustancias contaminantes obligan a utilizar, en ocasiones, soportes mixtos para su captación. Dichos soportes están formados generalmente por un montaje en serie de dos tubos, de un tubo y un filtro o de un filtro (generalmente de fibra de vidrio o prefiltro) precediendo a un impinger o a un tubo. .A continuación se citan algunos ejemplos representativos propuestos por el National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).:
- Acrilamida: Filtro de fibra de vidrio, seguido de tubo de gel de sílice (150/75mg).
- Aldrin: Filtro de fibra de vidrio seguido de impinger conteniendo 15 ml de isooctano.
- Cloruro de metilo: Dos tubos de carbón activo, el primero de 400/200 mg y el segundo de 100/50 mg, conectados en serie.
- Hidrocarburos aromáticos policíclicos: Filtro de PTFE de 2mm, en serie con tubo de XAD-2 (100/50 mg).
En todo dispositivo de medida de un contaminante existe un error.
Para obtener una medida cuantitativa de contaminante a estudiar es necesario valorar el error del resultado de la medición, éste en la práctica no es sencillo pues toda medición del contaminante va acompañada de distintos factores que influyen en la misma por lo que el objeto es el porcentaje de certeza.
El grado de certeza de la medida depende de los factores tenidos en cuenta en la determinación.
La magnitud absoluta del error se determina por factores subjetivos tales como, habilidad, escrupulosidad, prolijidad y grado de preparación del higienista.
Para facilitar el análisis del error del resultado conviene clasificar los errores de la medición de acuerdo con los motivos que lo provocan
- Errores sistémicos. Los que sin variar prácticamente durante el muestreo y análisis entran de igual modo en cada resultado.
- Errores causales, accidentales o aleatorios
- Fuentes del error sistémico (no estadísticos y se revelan y analizan con la observación):
Errores instrumentales (defectos o irregularidades del equipo de medición).
Error por condiciones ambientales (metereológicas).
Errores subjetivos o personales (particularidades del higienista).
Errores de calibrado de equipos.
Errores del método de medición (por su carácter aproximado entre la cantidad presente y retenida).
- Fuentes de error aleatorio
Fluctuaciones de la concentración de un contaminante ambiental.
Variaciones del equipo tanto de muestreo (fluctuaciones caudal bomba) como de análisis.