Los componentes de un sistema de monitoreo de la contaminación del aire incluyen la recolección o muestreo de contaminantes del aire ambiental y de fuentes específicas; el análisis o medición de la concentración de los contaminantes; y la notificación y uso de la información recopilada.
Los datos de las concentraciones de los contaminantes del aire se usan para determinar el cumplimiento de las normas de calidad del aire. También se usan para diagnosticar las condiciones de un área antes de construir una nueva fuente de contaminación, para desarrollar modelos de dispersión de contaminantes, para realizar estudios científicos y para evaluar la exposición humana a contaminantes y el daño al medio ambiente.
Los datos de emisiones de fuentes puntuales se usan para determinar el cumplimiento de los reglamentos de contaminación del aire, la eficacia del control de la contaminación del aire, la eficiencia de producción y para apoyar la investigación científica.
Las instituciones responsables del monitoreo de la calidad del aire generalmente designan los métodos de referencia para el muestreo y análisis de los contaminantes y de las fuentes de emisión. Los métodos especifican procedimientos precisos que se deben seguir para cualquier actividad de monitoreo relacionada con el cumplimiento de la reglamentación.
Estos procedimientos orientan el muestreo, análisis, calibración de instrumentos y cálculo de las emisiones. La elección del método específico de análisis depende de un número de factores, siendo los más importantes las características químicas del contaminante y su estado físico -sólido, líquido o gaseoso. Los métodos de referencia se diseñan para determinar la concentración de un contaminante en una muestra. La concentración se expresa en términos de masa por unidad de volumen, usualmente en microgramos por metro cúbico.
Hay algunos principios básicos y terminología asociada al muestreo y análisis del contaminante. La recolección de la muestra puede realizarse mediante técnicas manuales o automáticas. El análisis y medición de los contaminantes puede hacerse por diversos medios, según las características químicas y físicas del contaminante. Uno de los métodos para la medición del material particulado es emplear principios gravimétricos. Las partículas se atrapan o recogen en filtros y se pesan. El peso del filtro con el contaminante recolectado menos el peso de un filtro limpio da la cantidad del material particulado en un determinado volumen de aire.
Peso del filtro con el contaminante recolectado + Peso del filtro limpio = Cantidad de material particulado en un determinado volumen de aire
Métodos de medición y análisis de los contaminantes de aire:
Técnica de sedimentación por gravedad:
El método de sedimentación en placa Petri ha sido el más ampliamente utilizado desde que Frankland y Hart lo emplearan por primera vez en 1887. Las placas con medio de cultivo estéril, permanecen abiertas durante determinados períodos de tiempo, permitiendo la sedimentación de los microorganismos. Este método es sencillo y económico. Tiene la ventaja de que se pueden identificar de los cultivos los microorganismos viables, pero su interpretación es difícil porque no pueden relacionarse con el volumen de aire muestreado. La deposición varía con el tamaño y forma de los microorganismos, la velocidad y la turbulencia del aire. El método no es cualitativa ni cuantitativamente exacto y nos detecta principalmente los microorganismos que más persisten en el aire, no detectándose, sin embargo, los microorganismos más pequeños.
Filtración:
La filtración se realiza a través de un material poroso, fibra de vidrio, alginato
o filtros de membrana (éstos son los más utilizados en la actualidad). Los filtros recogen los microorganismos por sedimentación, impacto, difusión o atracción electrostática, dependiendo del tipo. Los filtros de membrana utilizados son de policarbonato, ésteres de celulosa o cloruro de polivinilo, con un diámetro de poro desde 0,01 a 10 m, según la naturaleza de los bioaerosoles. Para realizar la filtración se han diseñado aparatos portátiles con una bomba de vacío y un flujo de aire de 1 a 50 litros por minuto (Millipore). Entre los problemas que destacan, encontramos la pérdida de viabilidad de las células vegetativas debido a la desecación durante el muestreo. En las muestras obtenidas en los filtros de membrana se pueden estudiar los microorganismos por microscopía o por cultivo, colocando los filtros en medios de cultivo sólidos, para determinar el número de colonias.
Absorcion atómica
Se usa para medir el plomo. Después que se recolectan las partículas de plomo mediante métodos gravimétricos, el plomo se extrae de la muestra mediante ácidos. En el proceso de absorción atómica, el plomo absorbe pequeñas cantidades de radiación. La radiación emitida por la muestra permite conocer la cantidad de átomos de plomo en la muestra.
Los contaminantes gaseosos se pueden medir con diversos métodos. Las técnicas más comunes son la espectrofotometría, quimiluminiscencia de fase gaseosa e ionización de llama.
Espectrofotometría
Se basa en principios colorimétricos y comúnmente se usa para medir la concentración de dióxido de azufre. En este proceso, los colorantes y productos químicos se combinan con una solución que contiene dióxido de azufre. El color de la solución da lugar a diferentes cantidades de luz absorbida. La cantidad de luz absorbida, medida con un espectrofotómetro, indica la cantidad presente de dióxido de azufre.
Quimiluminiscencia de fase gaseosa
método para medir el ozono. En este método, por reacción química con etileno, el ozono emite luz y esa luz se mide con un tubo fotomultiplicador. La cantidad de luz indica la cantidad presente de ozono.
Ionización de llama
En este método, se quema la muestra de aire gaseoso con una pequeña llama de hidrógeno. El número de iones o electrones que se forma es proporcional al número de átomos de carbono que se encuentra en la muestra y se cuenta electrónicamente. Esta técnica puede usarse para medir los compuestos orgánicos volátiles (hidrocarburos). Como este método también detecta los carbonos en el metano, un gas relativamente inofensivo que se encuentra naturalmente en la atmósfera, se deben realizar correcciones para justificar su presencia.
Ejemplos de métodos de medición y análisis de los contaminantes de aire
Método | Principio | Contaminante |
Ionización de llama | Responde en proporción al número de átomos de carbono en la muestra de gas | COV |
Absorción infrarroja | La muestra absorbe la radiación en la región infrarroja del espectro; se mide la diferencia en la absorción. Se usan otras regiones del espectro, por ejemplo, UV | Monóxido de carbono |
Absorción atómica | La muestra absorbe la radiación; la radiación emitida depende de los átomos presentes. | Plomo |
Espectroscopía defluorescencia | La muestra excitada puede reemitir el exceso de energía excitada | Ozono, NO2 |
Recolección de partículas | Gravimetría; la masa de material particulado se determinado por el peso | PM10 |
Espectrofotometría | Se forman soluciones coloreadas mediante la mezcla de los reactivos con los contaminantes | SO2 |
El resultado final de los procedimientos de muestreo y análisis son los datos cuantitativos. La validez de los datos depende de la exactitud y precisión de los métodos usados para generar datos. Para asegurar la validez, se emplean diversas medidas de control de calidad para cada uno de los métodos de referencia. La principal medida de control de calidad es la calibración. La calibración comprueba la exactitud de una medición al establecer la relación entre el resultado de un proceso de medición y un estándar de concentración conocida. Cada uno de los métodos de referencia tiene procedimientos precisos de calibración que se deben seguir para asegurar resultados exactos. También se han desarrollado programas extensos de garantía de la calidad para asegurar la validez de los datos. Un componente esencial del programa de garantía de la calidad de datos son las auditorias. En una auditoria, uno o varios laboratorios analizan una muestra estándar conocida de un contaminante. Si los laboratorios obtienen el resultado esperado, pueden estar seguros que sus métodos y procedimientos son precisos.
Normas de calidad del aire
Particulas en suspension: El promedio geométrico de los resultados de todas las muestras, diarias recolectadas en forma continua durante 24 horas, en un intervalo de 12 meses, no deberá exceder de cien microgramos por metro cúbico (100 ug/m3). La máxima concentración de una muestra recolectada en forma continua durante 24 horas que se puede, sobrepasar, por una sola vez en un período de 12 meses, es de cuatrocientos microgramos por metros cúbicos (400 ug/m3).
Dioxido de azufre (SO2): El promedio aritmético de los resultados de todas las muestras diarias recolectadas en forma continua durante 24 horas, en un intervalo de 12 meses, no deberá exceder de cien microgramos por metro cúbico (100 ug/m3). La máxima concentración de una muestra recolectada en forma continua durante 24 horas que se puede sobrepasar, por una sola vez en un período de 12 meses, es de cuatrocientos microgramos por metro cúbico (400 ug/m3).
Monoxido de carbono (CO): La máxima concentración de una muestra recolectada en forma continua durante 8 horas es de quince miligramos por metro cúbico (15 mg/m3). La máxima concentración de una muestra recolectada en forma continua durante 1 hora es de cincuenta miligramos por metro cúbico (50 mg/m3).
Oxidantes fotoquimicos expresados como ozono (O3): La máxima concentración de una muestra tomada en forma continua durante 1 hora que se puede sobrepasar, por una sola vez en un período de 12 meses, es de ciento setenta microgramos por metro cúbico (170 ug/m3).
Oxidos de nitrogeno (medidos como Dióxido de Nitrógeno NO2): Cien microgramos por metro cúbico (100 ug/m3), como promedio aritmético de los resultados de las muestras diarias recolectadas en forma continua durante 24 horas, en un intervalo de 12 meses.
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