Monitoreo de la calidad del aire significa la medición sistemática de los contaminantes del aire ambiente para poder evaluar la exposición de los receptores vulnerables (p. ej., personas, animales, plantas y obras de arte) sobre la base de normas y directrices derivadas de los efectos observados, y/o establecer la fuente de la contaminación del aire (análisis causal).

Las concentraciones de contaminantes del aire ambiente están influenciadas por la variación espacial o temporal de las emisiones de sustancias peligrosas y la dinámica de su dispersión en el aire. Como consecuencia, se producen marcadas variaciones diarias y anuales de las concentraciones. Es prácticamente imposible determinar de forma unificada todas estas diferentes variaciones de la calidad del aire (en lenguaje estadístico, la población de estados de calidad del aire). Por lo tanto, las mediciones de las concentraciones de contaminantes en el aire ambiente siempre tienen el carácter de muestras espaciales o temporales aleatorias.

Planificación de la medición

El primer paso en la planificación de la medición es formular el propósito de la medición con la mayor precisión posible. Las preguntas importantes y los campos de operación para el monitoreo de la calidad del aire incluyen:

Medida de área:

• determinación representativa de la exposición en un área (monitoreo general del aire)
• medición representativa de la contaminación preexistente en el área de una instalación planificada (permiso, TA Luft (Instrucción técnica, aire))
• advertencia de smog (smog de invierno, altas concentraciones de ozono)
• mediciones en puntos calientes de contaminación del aire para estimar la exposición máxima de los receptores (EU-NO₂ directriz, mediciones en cañones de calles, de acuerdo con la Ley Federal Alemana de Control de Inmisiones)
• comprobar los resultados de las medidas de reducción de la contaminación y las tendencias a lo largo del tiempo
• mediciones de detección
• investigaciones científicas, por ejemplo, el transporte de contaminación del aire, conversiones químicas, calibración de cálculos de dispersión.

Medida de instalaciones:

• mediciones en respuesta a quejas
• determinación de fuentes de emisiones, análisis causal
• mediciones en casos de incendios y fugas accidentales
• comprobar el éxito de las medidas de reducción
• monitorear las emisiones fugitivas de la fábrica.

El objetivo de la planificación de la medición es utilizar procedimientos adecuados de medición y evaluación para responder preguntas específicas con suficiente certeza y con el mínimo gasto posible.

En la tabla 1 se presenta un ejemplo de los parámetros que deben utilizarse para la planificación de la medición, en relación con una evaluación de la contaminación del aire en el área de una instalación industrial planificada. Reconociendo que los requisitos formales varían según la jurisdicción, cabe señalar que aquí se hace una referencia específica a los procedimientos alemanes de concesión de licencias para instalaciones industriales.

Tabla 1. Parámetros para la planificación de mediciones en la medición de concentraciones de contaminación del aire ambiente (con ejemplo de aplicación)

El ejemplo de la tabla 1 muestra el caso de una red de medición que se supone debe monitorear la calidad del aire en un área específica de la manera más representativa posible, para compararla con los límites de calidad del aire designados. La idea detrás de este enfoque es que se hace una selección aleatoria de sitios de medición para cubrir ubicaciones equitativas en un área con calidad de aire variable (por ejemplo, áreas residenciales, calles, zonas industriales, parques, centros urbanos, suburbios). Este enfoque puede ser muy costoso en grandes áreas debido a la cantidad de sitios de medición necesarios.

Por lo tanto, otra concepción de una red de medición comienza con sitios de medición que se seleccionan de manera representativa. Si se realizan mediciones de diferente calidad del aire en los lugares más importantes y se conoce el tiempo que los objetos protegidos permanecen en estos “microambientes”, entonces se puede determinar la exposición. Este enfoque se puede extender a otros microambientes (p. ej., habitaciones interiores, automóviles) para estimar la exposición total. El modelado de difusión o las mediciones de detección pueden ayudar a elegir los sitios de medición correctos.

Un tercer enfoque consiste en medir en los puntos de supuesta exposición más alta (p. ej., para NO₂ y benceno en cañones callejeros). Si se cumplen los estándares de evaluación en este sitio, hay suficiente probabilidad de que este también sea el caso para todos los demás sitios. Este enfoque, al centrarse en puntos críticos, requiere relativamente pocos sitios de medición, pero estos deben elegirse con especial cuidado. Este método particular corre el riesgo de sobrestimar la exposición real.

Los parámetros del período de tiempo de medición, la evaluación de los datos de medición y la frecuencia de medición se dan esencialmente en la definición de los estándares de evaluación (límites) y el nivel deseado de certeza de los resultados. Se relacionan los límites de umbral y las condiciones periféricas a considerar en la planificación de la medición. Mediante el uso de procedimientos de medición continuos, se puede lograr una resolución que temporalmente es casi perfecta. Pero esto es necesario solo para monitorear valores máximos y/o para advertencias de smog; para monitorear los valores medios anuales, por ejemplo, las mediciones discontinuas son adecuadas.

La siguiente sección está dedicada a describir las capacidades de los procedimientos de medición y el control de calidad como otro parámetro importante para la planificación de la medición.

Garantía de Calidad

Las mediciones de las concentraciones de contaminantes del aire ambiental pueden ser costosas de realizar y los resultados pueden afectar decisiones importantes con implicaciones económicas o ecológicas graves. Por lo tanto, las medidas de aseguramiento de la calidad son una parte integral del proceso de medición. Aquí conviene distinguir dos áreas.

Medidas orientadas al procedimiento

Cada procedimiento de medición completo consta de varios pasos: muestreo, preparación de la muestra y limpieza; separación, detección (paso analítico final); y recopilación y evaluación de datos. En algunos casos, especialmente con la medición continua de gases inorgánicos, se pueden omitir algunos pasos del procedimiento (p. ej., separación). Al realizar las mediciones, debe procurarse el cumplimiento integral de los procedimientos. Deben seguirse procedimientos estandarizados y, por lo tanto, ampliamente documentados, en forma de normas DIN/ISO, normas CEN o directrices VDI.

Medidas orientadas al usuario

El uso de equipos y procedimientos estandarizados y probados para la medición de la concentración de contaminantes en el aire ambiente no puede por sí solo garantizar una calidad aceptable si el usuario no emplea métodos adecuados de control de calidad. La serie de normas DIN/EN/ISO 9000 (Normas de gestión y garantía de la calidad), EN 45000 (que define los requisitos para los laboratorios de ensayo) y la Guía ISO 25 (Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de calibración y ensayo) son importantes para los usuarios. medidas orientadas a garantizar la calidad.

Los aspectos importantes de las medidas de control de calidad del usuario incluyen:

• aceptación y práctica del contenido de las medidas en el sentido de buenas prácticas de laboratorio (BPL)
• mantenimiento correcto de los equipos de medición, medidas cualificadas para eliminar las interrupciones y garantizar las reparaciones
• realizar calibraciones y comprobaciones periódicas para garantizar el correcto funcionamiento
• realización de pruebas entre laboratorios.

Procedimientos de medición

Procedimientos de medición para gases inorgánicos

Existe una gran cantidad de procedimientos de medición para la amplia gama de gases inorgánicos. Diferenciaremos entre métodos manuales y automáticos.

Procedimientos manuales

En el caso de procedimientos de medición manual para gases inorgánicos, la sustancia a medir normalmente se adsorbe durante el muestreo en una solución o material sólido. En la mayoría de los casos, se realiza una determinación fotométrica después de una reacción de color adecuada. Varios procedimientos de medición manual tienen un significado especial como procedimientos de referencia. Debido al costo de personal relativamente alto, estos procedimientos manuales se llevan a cabo rara vez para mediciones de campo hoy en día, cuando se dispone de procedimientos automáticos alternativos. Los procedimientos más importantes se describen brevemente en la tabla 2.

Tabla 2. Procedimientos de medición manual para gases inorgánicos

DL = límite de detección; s = desviación estándar; rel. s = relativo s.

Una variante de muestreo especial, utilizada principalmente en relación con los procedimientos de medición manual, es el tubo de separación por difusión (denuder). La técnica del denudador tiene como objetivo separar las fases de gas y partículas utilizando sus diferentes velocidades de difusión. Por lo tanto, a menudo se usa en problemas de separación difíciles (p. ej., amoníaco y compuestos de amonio; óxidos de nitrógeno, ácido nítrico y nitratos; óxidos de azufre, ácido sulfúrico y sulfatos o haluros/haluros de hidrógeno). En la técnica clásica del denudador, el aire de prueba se aspira a través de un tubo de vidrio con un revestimiento especial, según el material a recolectar. La técnica del denudador se ha desarrollado aún más en muchas variaciones y también parcialmente automatizada. Ha ampliado mucho las posibilidades del muestreo diferenciado, pero dependiendo de la variante puede ser muy laborioso y su correcta utilización requiere mucha experiencia.

Procedimientos automatizados

Hay numerosos monitores de medición continua diferentes en el mercado para dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono y ozono. En su mayor parte se utilizan particularmente en redes de medición. Las características más importantes de los métodos individuales se recogen en la tabla 3.

Tabla 3. Procedimientos de medición automatizados para gases inorgánicos

Debe enfatizarse aquí que todos los procedimientos de medición automáticos basados ​​en principios químico-físicos deben calibrarse utilizando procedimientos de referencia (manuales). Dado que los equipos automáticos de las redes de medida suelen funcionar durante largos periodos de tiempo (p. ej., varias semanas) sin supervisión humana directa, es indispensable que su correcto funcionamiento se compruebe de forma periódica y automática. Esto generalmente se hace usando gases cero y de prueba que pueden ser producidos por varios métodos (preparación de aire ambiente, cilindros de gas a presión, permeación, difusión, dilución estática y dinámica).

Procedimientos de medición de contaminantes atmosféricos formadores de polvo y su composición

Entre las partículas contaminantes del aire, se diferencian las precipitaciones de polvo y las partículas en suspensión (MPS). La caída de polvo consiste en partículas más grandes, que se hunden en el suelo debido a su tamaño y grosor. SPM incluye la fracción de partículas que se dispersa en la atmósfera de manera cuasi-estable y cuasi-homogénea y por lo tanto permanece suspendida por un tiempo determinado.

Medición de material particulado en suspensión y compuestos metálicos en SPM

Como es el caso de las mediciones de contaminantes atmosféricos gaseosos, se pueden diferenciar los procedimientos de medición continuos y discontinuos para SPM. Por regla general, el SPM se separa primero en filtros de fibra de vidrio o de membrana. Sigue una determinación gravimétrica o radiométrica. Dependiendo del muestreo, se puede distinguir entre un procedimiento para medir el SPM total sin fraccionamiento según el tamaño de las partículas y un procedimiento de fraccionamiento para medir el polvo fino.

Las ventajas y desventajas de las mediciones de polvo fraccionado en suspensión son discutidas internacionalmente. En Alemania, por ejemplo, todos los límites de umbral y los estándares de evaluación se basan en el total de partículas en suspensión. Esto significa que, en su mayor parte, solo se realizan mediciones de SPM totales. En Estados Unidos, por el contrario, es muy común el llamado procedimiento PM-10 (partículas £ 10μm). En este procedimiento solo se incluyen partículas con un diámetro aerodinámico de hasta 10 μm (50 por ciento de porción de inclusión), que son inhalables y pueden ingresar a los pulmones. El plan es introducir el procedimiento PM-10 en la Unión Europea como procedimiento de referencia. El costo de las mediciones fraccionadas de SPM es considerablemente mayor que el de la medición del polvo suspendido total, porque los dispositivos de medición deben estar equipados con cabezales de muestreo especiales, de construcción costosa que requieren un mantenimiento costoso. La Tabla 4 contiene detalles sobre los procedimientos de medición de SPM más importantes.

Tabla 4. Procedimientos de medición de partículas en suspensión (SPM)

Recientemente, también se han desarrollado cambiadores de filtros automáticos que contienen una mayor cantidad de filtros y los suministran al muestreador, uno tras otro, en intervalos de tiempo. Los filtros expuestos se almacenan en un cargador. Los límites de detección para los procedimientos de filtrado se encuentran entre 5 y 10 μg/m³ de polvo, por regla general.

Finalmente, se debe mencionar el procedimiento de humo negro para las mediciones de SPM. Procedente de Gran Bretaña, se ha incorporado a las directrices de la UE para SO₂ y polvo en suspensión. En este procedimiento, el ennegrecimiento del filtro revestido se mide con un fotómetro réflex después del muestreo. Los valores de humo negro así obtenidos fotométricamente se convierten en unidades gravimétricas (μg/m³) con la ayuda de una curva de calibración. Dado que esta función de calibración depende en gran medida de la composición del polvo, especialmente de su contenido de hollín, la conversión a unidades gravimétricas es problemática.

Hoy en día, los compuestos metálicos a menudo se determinan de forma rutinaria en muestras de inmisión de polvo en suspensión. En general, la recolección del polvo en suspensión en los filtros es seguida por una disolución química de los polvos separados, ya que los pasos analíticos finales más comunes presuponen convertir los compuestos metálicos y metaloides en una solución acuosa. En la práctica, los métodos más importantes con diferencia son la espectroscopia de absorción atómica (AAS) y la espectroscopia con excitación de plasma (ICP-OES). Otros procedimientos para determinar compuestos metálicos en polvo en suspensión son el análisis de fluorescencia de rayos X, la polarografía y el análisis de activación de neutrones. Aunque los compuestos metálicos se han medido durante más de una década como un componente de SPM en el aire exterior en ciertos sitios de medición, quedan importantes preguntas sin respuesta. Por lo tanto, el muestreo convencional mediante la separación del polvo suspendido en los filtros asume que la separación de los compuestos de metales pesados ​​en el filtro es completa. Sin embargo, se han encontrado indicaciones anteriores en la literatura que cuestionan esto. Los resultados son muy heterogéneos.

Otro problema radica en el hecho de que diferentes formas de compuestos, o compuestos individuales de los elementos respectivos, no pueden distinguirse en el análisis de compuestos metálicos en polvo en suspensión utilizando los procedimientos de medición convencionales. Si bien en muchos casos se pueden realizar determinaciones totales adecuadas, sería deseable una diferenciación más completa con ciertos metales especialmente cancerígenos (As, Cd, Cr, Ni, Co, Be). A menudo hay grandes diferencias en los efectos cancerígenos de los elementos y sus compuestos individuales (p. ej., los compuestos de cromo en los niveles de oxidación III y VI, solo los del nivel VI son cancerígenos). En tales casos, sería deseable una medición específica de los compuestos individuales (análisis de especies). A pesar de la importancia de este problema, solo se están realizando los primeros intentos de análisis de especies en la técnica de medición.

Medición de caída de polvo y compuestos metálicos en caída de polvo

Se utilizan dos métodos fundamentalmente diferentes para recoger la caída de polvo:

• muestreo en recipientes colectores

• muestreo en superficies adhesivas.

Un procedimiento popular para medir la caída de polvo (polvo depositado) es el llamado procedimiento de Bergerhoff. En este procedimiento, toda la precipitación atmosférica (deposiciones secas y húmedas) se recoge durante 30 ± 2 días en recipientes a una altura de entre 1.5 y 2.0 metros sobre el suelo (deposición a granel). Luego, los recipientes colectores se llevan al laboratorio y se preparan (se filtran, se evapora el agua, se secan, se pesan). El resultado se calcula en base a la superficie del recipiente colector y el tiempo de exposición en gramos por metro cuadrado y día (g/m²d). El límite de detección relativo es de 0.035 g/m²d.

Los procedimientos adicionales para recolectar polvo incluyen el dispositivo Liesegang-Löbner y métodos que recolectan el polvo depositado en láminas adhesivas.

Todos los resultados de las mediciones de caída de polvo son valores relativos que dependen del aparato utilizado, ya que la separación del polvo está influenciada por las condiciones de flujo en el dispositivo y otros parámetros. Las diferencias en los valores de medición obtenidos con los diferentes procedimientos pueden llegar al 50 por ciento.

También es importante la composición del polvo depositado, como el contenido de plomo, cadmio y otros compuestos metálicos. Los procedimientos analíticos utilizados para esto son básicamente los mismos que los utilizados para el polvo en suspensión.

Medición de materiales especiales en forma de polvo

Los materiales especiales en forma de polvo incluyen asbesto y hollín. La recolección de fibras como contaminantes del aire es importante ya que el asbesto ha sido clasificado como un material cancerígeno confirmado. Las fibras con un diámetro de D ≤ 3 μm y una longitud de L ≥ 5 μm, donde L:D ≥ 3, se consideran cancerígenas. Los procedimientos de medición de materiales fibrosos consisten en contar, bajo el microscopio, las fibras que han sido separadas en filtros. Solo se pueden considerar los procedimientos de microscopía electrónica para las mediciones del aire exterior. Las fibras se separan en filtros porosos recubiertos de oro. Antes de la evaluación en un microscopio de barrido electrónico, la muestra se libera de sustancias orgánicas mediante incineración de plasma directamente en el filtro. Las fibras se cuentan en parte de la superficie del filtro, se eligen aleatoriamente y se clasifican por geometría y tipo de fibra. Con la ayuda del análisis de rayos X por dispersión de energía (EDXA), las fibras de asbesto, las fibras de sulfato de calcio y otras fibras inorgánicas se pueden diferenciar sobre la base de la composición elemental. Todo el procedimiento es extremadamente costoso y requiere el mayor cuidado para lograr resultados confiables.

El hollín en forma de partículas emitidas por los motores diésel se ha vuelto relevante ya que el hollín diésel también se clasificó como cancerígeno. Debido a su composición cambiante y compleja y al hecho de que también se emiten varios componentes de otras fuentes, no existe un procedimiento de medición específico para el hollín de diésel. Sin embargo, para decir algo concreto sobre las concentraciones en el aire ambiente, el hollín se define convencionalmente como carbono elemental, como parte del carbono total. Se mide después del muestreo y una etapa de extracción y/o desorción térmica. La determinación del contenido de carbono se produce mediante la combustión en una corriente de oxígeno y la titulación culombimétrica o la detección IR no dispersiva del dióxido de carbono formado en el proceso.

El llamado etalómetro y el sensor de aerosol fotoeléctrico también se utilizan, en principio, para medir el hollín.

Medición de deposiciones húmedas

Junto con la deposición seca, la deposición húmeda en la lluvia, la nieve, la niebla y el rocío constituyen los medios más importantes por los cuales los materiales dañinos ingresan al suelo, el agua o las superficies de las plantas desde el aire.

Para distinguir claramente la deposición húmeda en lluvia y nieve (la niebla y el rocío presentan problemas especiales) de la medición de la deposición total (deposición a granel, consulte la sección "Medición de polvo y compuestos metálicos" más arriba) y la deposición seca, los colectores de lluvia, cuyo la abertura de recolección está cubierta cuando no llueve (toma de muestras solo húmeda), se utilizan para el muestreo. Con los sensores de lluvia, que en su mayoría funcionan según el principio de los cambios de conductividad, la cubierta se abre cuando comienza a llover y se vuelve a cerrar cuando deja de llover.

Las muestras se transfieren a través de un embudo (área abierta aprox. 500 cm² y más) en un contenedor de recolección oscuro y, si es posible, aislado (de vidrio o polietileno solo para componentes inorgánicos).

En general, el análisis del agua recolectada en busca de componentes inorgánicos se puede realizar sin preparación de muestras. El agua debe centrifugarse o filtrarse si está visiblemente turbia. La conductividad, el valor de pH y los aniones importantes (NO₃ ^– , ASI QUE₄ ^2- Cl^–) y cationes (Ca²⁺K⁺, Mg²⁺, N / A⁺, NH₄ ⁺ y así sucesivamente) se miden de forma rutinaria. Compuestos traza inestables y estados intermedios como H₂O₂ o HSO₃ ^– también se miden con fines de investigación.

Para el análisis, se utilizan procedimientos que generalmente están disponibles para soluciones acuosas, como conductimetría para conductividad, electrodos para valores de pH, espectroscopia de adsorción de átomos para cationes (consulte la sección "Medición de materiales especiales en forma de polvo", más arriba) y, cada vez más, cromatografía de intercambio iónico. con detección de conductividad para aniones.

Los compuestos orgánicos se extraen del agua de lluvia con, por ejemplo, diclorometano, o se soplan con argón y se adsorben con tubos Tenax (solo materiales altamente volátiles). Luego, los materiales se someten a un análisis de cromatografía de gases (consulte "Procedimientos de medición de contaminantes orgánicos del aire", a continuación).

La deposición seca se correlaciona directamente con las concentraciones en el aire ambiente. Sin embargo, las diferencias de concentración de materiales nocivos transportados por el aire en la lluvia son relativamente pequeñas, por lo que para medir la deposición húmeda, las redes de medición de malla ancha son adecuadas. Ejemplos de ello es la red de medida europea EMEP, en la que se recogen la entrada de iones sulfato y nitrato, determinados cationes y valores de pH de precipitación en aproximadamente 90 estaciones. También hay extensas redes de medición en América del Norte.

Procedimientos de medición óptica de larga distancia

Mientras que los procedimientos descritos hasta ahora captan la contaminación del aire en un punto, los procedimientos ópticos de medición a larga distancia miden de manera integrada sobre caminos de luz de varios kilómetros o determinan la distribución espacial. Utilizan las características de absorción de los gases en la atmósfera en el rango espectral UV, visible o IR y se basan en la ley de Lambert-Beer, según la cual el producto de la trayectoria de la luz y la concentración son proporcionales a la extinción medida. Si el emisor y el receptor de la instalación de medición cambian la longitud de onda, se pueden medir varios componentes en paralelo o secuencialmente con un dispositivo.

En la práctica, los sistemas de medición identificados en la tabla 5 juegan el papel más importante.

Tabla 5. Procedimientos de medición de larga distancia

LIDAR = Detección de luz y alcance; DIAL = LIDAR de absorción diferencial.

Procedimientos de medición de contaminantes orgánicos del aire

La medición de la contaminación del aire que contiene componentes orgánicos se complica principalmente por la variedad de materiales en esta clase de compuestos. Varios cientos de componentes individuales con características toxicológicas, químicas y físicas muy diferentes están amparados bajo el título general de “contaminantes atmosféricos orgánicos” en los registros de emisiones y planes de calidad del aire de las zonas congestionadas.

Especialmente debido a las grandes diferencias en el impacto potencial, la recopilación de componentes individuales relevantes ha reemplazado cada vez más a los procedimientos de suma utilizados anteriormente (por ejemplo, detector de ionización de llama, procedimiento de carbono total), cuyos resultados no pueden evaluarse toxicológicamente. El método FID, sin embargo, ha conservado cierta importancia en relación con una columna de separación corta para separar el metano, que es fotoquímicamente poco reactivo, y para recoger los compuestos orgánicos volátiles precursores (COV) para la formación de fotooxidantes.

La necesidad frecuente de separar las mezclas complejas de los compuestos orgánicos en componentes individuales relevantes hace que la medición sea prácticamente un ejercicio de cromatografía aplicada. Los procedimientos cromatográficos son los métodos de elección cuando los compuestos orgánicos son suficientemente estables, térmica y químicamente. Para los materiales orgánicos con grupos funcionales reactivos, los procedimientos separados que utilizan las características físicas de los grupos funcionales o las reacciones químicas para la detección siguen siendo válidos.

Los ejemplos incluyen el uso de aminas para convertir aldehídos en hidrazonas, con la posterior medición fotométrica; derivatización con 2,4-dinitrofenilhidrazina y separación de la 2,4-hidrazona que se forma; o formar colorantes azoicos con p-nitroanilina para la detección de fenoles y cresoles.

Entre los procedimientos cromatográficos, la cromatografía de gases (GC) y la cromatografía líquida de alta presión (HPLC) se emplean con mayor frecuencia para separar mezclas a menudo complejas. Para la cromatografía de gases, hoy en día se utilizan casi exclusivamente columnas de separación con diámetros muy estrechos (aprox. 0.2 a 0.3 mm y aprox. 30 a 100 m de largo), las denominadas columnas capilares de alta resolución (HRGC). Se dispone de una serie de detectores para encontrar los componentes individuales después de la columna de separación, como el mencionado FID, el ECD (detector de captura de electrones, específico para sustitutos electrofílicos como el halógeno), el PID (detector de fotoionización, que es especialmente sensible a los hidrocarburos aromáticos y otros sistemas de electrones p), y el NPD (detector termoiónico específico para compuestos de nitrógeno y fósforo). La HPLC utiliza detectores especiales de flujo continuo que, por ejemplo, están diseñados como la cubeta de flujo continuo de un espectrómetro UV.

Especialmente eficaz, pero también especialmente caro, es el uso de un espectrómetro de masas como detector. La identificación realmente cierta, especialmente con mezclas desconocidas de compuestos, a menudo solo es posible a través del espectro de masas del compuesto orgánico. La información cualitativa del llamado tiempo de retención (tiempo que permanece el material en la columna) que contiene el cromatograma con detectores convencionales se complementa con la detección específica de los componentes individuales mediante fragmentogramas de masa con alta sensibilidad de detección.

El muestreo debe ser considerado antes del análisis real. La elección del método de muestreo está determinada principalmente por la volatilidad, pero también por el rango de concentración esperado, la polaridad y la estabilidad química. Además, con compuestos no volátiles, se debe elegir entre mediciones de concentración y deposición.

La Tabla 6 proporciona una descripción general de los procedimientos comunes en el control del aire para el enriquecimiento activo y el análisis cromatográfico de compuestos orgánicos, con ejemplos de aplicaciones.

Tabla 6. Descripción general de los procedimientos comunes de medición cromatográfica de la calidad del aire de compuestos orgánicos (con ejemplos de aplicaciones)

GC = cromatografía de gases; GCMS = GC/espectroscopia de masas; FID = detector de ionización de llama; HRGC/ECD = GC/ECD de alta resolución; ECD = detector de captura de electrones; HPLC = cromatografía líquida de alta resolución. PID = detector de fotoionización.

Las mediciones de deposición de compuestos orgánicos con baja volatilidad (por ejemplo, dibenzodioxinas y dibenzofuranos (PCDD/PCDF), hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH)) están ganando importancia desde la perspectiva del impacto ambiental. Dado que los alimentos son la principal fuente de ingesta humana, el material transportado por el aire transferido a las plantas alimenticias es de gran importancia. Sin embargo, existe evidencia de que la transferencia de material a través de la deposición de partículas es menos importante que la deposición seca de compuestos cuasi-gaseosos.

Para medir la deposición total, se utilizan dispositivos estandarizados para la precipitación de polvo (p. ej., procedimiento de Bergerhoff), que han sido ligeramente modificados por oscurecimiento como protección contra la entrada de luz intensa. Importantes problemas técnicos de medición, como la resuspensión de partículas ya separadas, la evaporación o la posible descomposición fotolítica, ahora se están investigando sistemáticamente para mejorar los procedimientos de muestreo menos que óptimos para compuestos orgánicos.

Investigaciones Olfatométricas

Las investigaciones de inmisión olfatométrica se utilizan en el monitoreo para cuantificar las quejas de olores y determinar la contaminación de referencia en los procedimientos de concesión de licencias. Sirven principalmente para evaluar si los olores existentes o anticipados deben clasificarse como significativos.

En principio, se pueden diferenciar tres enfoques metodológicos:

• medición de la concentración de emisión (número de unidades de olor) con un olfatómetro y posterior modelización de la dispersión

• medición de componentes individuales (p. ej., NH₃) o mezclas de compuestos (por ejemplo, cromatografía de gases de vertederos), si estos caracterizan adecuadamente el olor

• determinaciones de olor por medio de inspecciones.

La primera posibilidad combina la medición de emisiones con la modelización y, en sentido estricto, no puede clasificarse bajo el término monitoreo de la calidad del aire. En el tercer método, la nariz humana se utiliza como detector con una precisión significativamente reducida en comparación con los métodos físico-químicos.

Los detalles de las inspecciones, los planes de medición y la evaluación de los resultados están contenidos, por ejemplo, en las normas de protección ambiental de algunos estados alemanes.

Procedimientos de medición de detección

A veces se utilizan procedimientos de medición simplificados para estudios preparatorios (detección). Los ejemplos incluyen muestreadores pasivos, tubos de ensayo y procedimientos biológicos. Con muestreadores pasivos (difusivos), el material a analizar se recolecta con procesos de flujo libre como difusión, permeación o adsorción en formas simples de colectores (tubos, placas) y se enriquece en filtros impregnados, mallas u otros medios de adsorción. Por lo tanto, no se produce el llamado muestreo activo (aspiración del aire de muestra a través de una bomba). La cantidad de material enriquecido, determinada analíticamente según un tiempo de exposición definido, se convierte en unidades de concentración sobre la base de leyes físicas (por ejemplo, de difusión) con la ayuda del tiempo de recolección y los parámetros geométricos del colector. La metodología proviene del campo de la salud ocupacional (muestreo personal) y la medición del aire interior, pero se utiliza cada vez más para medir la concentración de contaminantes en el aire ambiente. Se puede encontrar una descripción general en Brown 1993.

Los tubos detectores se utilizan a menudo para el muestreo y el análisis preparatorio rápido de gases. Se succiona cierto volumen de aire de prueba a través de un tubo de vidrio que se llena con un reactivo de adsorción que se corresponde con el objetivo de la prueba. El contenido del tubo cambia de color dependiendo de la concentración del material a determinar presente en el aire de prueba. Los tubos de ensayo pequeños se utilizan a menudo en el campo de la supervisión del lugar de trabajo o como un procedimiento rápido en casos de accidentes, como incendios. No se utilizan para mediciones rutinarias de la concentración de contaminantes del aire ambiente debido a los límites de detección generalmente demasiado altos y la selectividad demasiado limitada. Los tubos de prueba detectores están disponibles para numerosos materiales en varios rangos de concentración.

Entre los procedimientos biológicos, se han aceptado dos métodos en el control de rutina. Con el procedimiento estandarizado de exposición de líquenes, la tasa de mortalidad del liquen se determina durante el tiempo de exposición de 300 días. En otro procedimiento, se expone pasto francés durante 14 ± 1 días. Luego se determina la cantidad de crecimiento. Ambos procedimientos sirven como determinaciones resumidas de los efectos de la concentración de contaminantes del aire.

Redes de Monitoreo de la Calidad del Aire

En todo el mundo se utilizan los más variados tipos de redes de calidad del aire. Debe establecerse una distinción entre las redes de medición, que consisten en estaciones de medición automáticas y controladas por computadora (recipientes de medición), y las redes de medición virtuales, que solo definen las ubicaciones de medición para varios tipos de mediciones de concentración de contaminantes atmosféricos en forma de cuadrícula preestablecida. Las tareas y concepciones de las redes de medición se discutieron anteriormente.

Redes de monitoreo continuo

Las redes de medición en funcionamiento continuo se basan en estaciones de medición automáticas y sirven principalmente para monitorear la calidad del aire en áreas urbanas. Se miden los contaminantes del aire como el dióxido de azufre (SO₂), polvo, monóxido de nitrógeno (NO), dióxido de nitrógeno (NO₂), monóxido de carbono (CO), ozono (O₃), y hasta cierto punto también la suma de los hidrocarburos (metano libre, C_nH_m) o componentes orgánicos individuales (p. ej., benceno, tolueno, xilenos). Además, según las necesidades, se incluyen parámetros meteorológicos como la dirección del viento, la velocidad del viento, la temperatura del aire, la humedad relativa, las precipitaciones, la radiación global o el balance de radiación.

El equipo de medición operado en las estaciones de medición generalmente consiste en un analizador, una unidad de calibración y un sistema electrónico de control y dirección, que monitorea todo el equipo de medición y contiene una interfaz estandarizada para la recopilación de datos. Además de los valores de medición, el equipo de medición proporciona las llamadas señales de estado sobre errores y el estado operativo. La calibración de los dispositivos se comprueba automáticamente por ordenador a intervalos regulares.

Por regla general, las estaciones de medición están conectadas con líneas de datos fijas, conexiones de marcación u otros sistemas de transferencia de datos a una computadora (computadora de proceso, estación de trabajo o PC, según el alcance del sistema) en la que se ingresan, procesan y procesan los resultados de la medición. desplegado. Las computadoras de la red de medición y, si es necesario, el personal especialmente capacitado monitorean continuamente si se exceden varios límites de umbral. De esta manera, las situaciones críticas de calidad del aire pueden reconocerse en cualquier momento. Esto es muy importante, especialmente para monitorear situaciones críticas de smog en invierno y verano (fotooxidantes) y para información pública actual.

Redes de medición para mediciones de muestras aleatorias

Más allá de la red de medición telemétrica, se utilizan en mayor o menor grado otros sistemas de medición para monitorear la calidad del aire. Los ejemplos incluyen redes de medición (ocasionalmente parcialmente automatizadas) para determinar:

• deposición de polvo y sus componentes
• polvo suspendido (SPM) y sus componentes
• hidrocarburos e hidrocarburos clorados
• materiales orgánicos de baja volatilidad (dioxinas, furanos, bifenilos policlorados).

Una serie de sustancias así medidas han sido clasificadas como cancerígenas, como los compuestos de cadmio, los PAH o el benceno. Por lo tanto, monitorearlos es particularmente importante.

Para brindar un ejemplo de un programa integral, la tabla 7 resume el monitoreo de la calidad del aire que se lleva a cabo sistemáticamente en Renania del Norte-Westfalia, que con 18 millones de habitantes es el estado más poblado de Alemania.

Tabla 7. Monitoreo sistemático de la calidad del aire en Renania del Norte-Westfalia (Alemania)

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