Le principali tecniche di campionamento nel monitoraggio

Le principali tecniche di
campionamento nel monitoraggio
ambientale
Dott. Valter PASSINI
[email protected]
Monitoraggio Ambientale
“… ci permette di effettuare la
valutazione dell’esposizione e dei i
rischi per la salute a essa associati
utilizzando degli appropriati limiti di
riferimento …”
ACGIH - TLV
• TWA Valore limite di soglia con media ponderata nel tempo
rappresenta la concentrazione media ponderata in una normale
settimana lavorativa (8 ore per 5 giorni) per la quale si ritiene che la
maggior parte dei lavoratori possa essere esposta ripetutamente senza
che insorgano degli effetti negativi.
• STEL Valore limite di soglia con limite per breve tempo di
esposizione rappresenta la concentrazione massima a cui i lavoratori
possono essere esposti, per un periodo di 15 minuti, senza che
insorgano problemi di irritazione o alterazione cronica, né che venga
accresciuta la probabilità di infortunio, o limitata la possibilità di
mettersi in salvo in caso di incidente o di ridotta l’efficienza lavorativa.
• CEILING Valore limite di soglia Ceiling rappresenta la
concentrazione che non deve mai essere superata in qualsiasi
momento della giornata.
Come campionare per rispettare i
relativi limiti?
• TWA
tutto il turno di lavoro
tutto il periodo di esposizione normalizzando i
valori secondo ciò che è previsto dalla norma
UNI 689
• STEL
tutto il turno di lavoro
Ogni 60 minuti un campionamento dello stesso
parametro per soli 15 minuti
• CEILING Campionamento di tipo istantaneo
Monitoraggio Ambientale
• PRELIEVO DEL CAMPIONE D'ARIA
• ANALISI DEL CAMPIONE PRELEVATO
Concetti di base importanti
• Il campione prelevato è una minima parte di un intero
• Il campione d’aria prelevato deve essere
rappresentativo della situazione
• La concentrazione degli inquinanti non è diffusa
costantemente nell’atmosfera e varia assai facilmente
anche in frazioni di tempo (concetto importante per le
misure e la loro corretta interpretazione)
Prelievo Diretto
PRELIEVO DI UN CERTO VOLUME DI
ARIA AMBIENTE CHE VIENE
DIRETTAMENTE MISURATO
Prelievo Indiretto
UN CERTO VOLUME DI ARIA VIENE FATTO PASSARE
ATTRAVERSO UN SISTEMA DI CAPTAZIONE CHE
TRATTIENE L’INQUINANTE, CHE SARA’ VARIABILE
A SECONDA DEL TOSSICO CHE VOGLIAMO
CAMPIONARE E CHE SARA’
ANALIZZATO SUCCESSIVAMENTE
Prelievo Diretto
INFRAROSSO
Impostando una lunghezza d’onda opportuna è possibile misurare
qualsiasi sostanza chimica aerodispersa (non elementi).
APPLICAZIONI
Anidride carbonica per sovraffollamento dei locali o nelle fonderie
Gas anastetici in sala operatoria
esafluoruro di zolfo o protossido di azoto per analisi dei ricambi di aria
Vantaggi : Strumentazione semplice da utilizzare e robusta
Svantaggi: possibilità di interferenti, sensibilità non elevata (ppm), analisi
solo di area
Ricambi d’aria
Nel locale oggetto di misura si è disperso il gas
tracciante fino a raggiungere una concentrazione
stabile con l’impianto di condizionamento spento.
Dopo avere nuovamente attivato l’impianto di
climatizzazione, si è misurato il tempo di
decadimento della concentrazione di esafluoruro di
zolfo utilizzando uno spettrofotometro ad infrarossi
portatile modello MIRAN SapphIRe 205 B.
Il numero di ricambi d’aria è calcolato utilizzando la
seguente formula:
R=(Ln(a) – Ln(b))/delta T
a=concentrazione iniziale gas tracciante
b=concentrazione finale gas tracciante
delta T = Tempo di decadimento
Ricambi d’aria
ppm
Concentrazione del Protossido di Azoto
Sala "2"
600
500
400
300
200
100
14
.5
0.
14 04
.5
1.
14 24
.5
2.
14 44
.5
3.
14 04
.5
4.
14 25
.5
5.
14 45
.5
6.
14 05
.5
7.
14 25
.5
8.
14 45
.5
9.
15 05
.0
0.
15 25
.0
1.
15 05
.0
2.
15 05
.0
3.
15 05
.0
4.
15 05
.0
5.
05
0
Ore
Concentrazione di protossido di azoto iniziale: 490 ppm
Concentrazione di protossido di azoto finale: 28 ppm
Tempo di decadimento: 15 minuti
N° ricambi/ora calcolati: 13,3
Ricambi d’aria
•
•
•
Nel locale oggetto mediante un anemometro si misurano le portate di aria
immessa dalle bocchette e la portata di uscita dalle riprese con impianto in
funzione.
L’aria immessa è funzione della portata e dell’area delle bocchette
L’aria estratta è funzione della portata dell’area delle riprese.
IL METODO E’
TEORICAMENTE
CORRETTO MA NON TIENE
CONTO DI EVENTUALI
CAMMINI PREFERENZIALI
DELL’ARIA O DI AREE DI
SCARSO RICAMBIO
Prelievo Diretto
MONITOR ELETTROCHIMICI
Utilizzando una cella elettrochimica opportuna è possibile misurare
molte sostanze chimiche aerodisperse.
APPLICAZIONI
Verifica della presenza di sostanze nocive (vigili del fuoco)
Formaldeide in sale di anatomia patologica
Gas permanenti inquinanti dell’aria (NO2, CO, SO2)
Vantaggi : Strumentazione semplice da utilizzare, molto selettiva e
sensibile, piccolo da permettere camp. personali
Svantaggi: Una cella elettrochimica per ogni sostanza, durata limitata
della cella (circa 1 anno)
Prelievo Diretto
Monitor fotoacustico
Impostando una lunghezza d’onda ed una frequenza acustica
opportune è possibile misurare qualsiasi sostanza chimica
aerodispersa (non elementi).
APPLICAZIONI
Gas anastetici in sala operatoria, Formaldeide in sale di anatomia
patologica, Esafluoruro di zolfo per analisi dei ricambi di aria
Vantaggi : Strumentazione molto sensibile e selettiva
Svantaggi: Strumentazione non semplice da utilizzare e delicata, costi
dello strumento molto elevati, utilizzo solo in presenza di rete elettrica,
analisi solo di area
Prelievo Diretto
Monitor a semiconduttori
Utilizzando opportuni sensori a semicondutture si possono monitorare
particolari sostanze.
APPLICAZIONI
Analisi di aria ambiente (NO2, CO, SO2, O3)
Vantaggi : Strumentazione semplice da utilizzare, robusta, selettiva e sensibile
Svantaggi: Ingombrante, almeno un’ora di accensione per ottenere dati
affidabili, sensori sensibili alla presenza di idrocarburi, analisi solo di area
Prelievo Diretto
INFRAROSSO
Impostando temperature del forno opportune è possibile separare le
sostanze presenti nella miscela gassosa (anche elementi).
APPLICAZIONI
Anidride carbonica per sovraffollamento dei locali o nelle fonderie
Gas anastetici in sala operatoria
esafluoruro di zolfo o protossido di azoto per analisi dei ricambi di aria
Vantaggi : Assenza di interferenti
Svantaggi: sensibilità non elevata (ppm), analisi solo di area
Prelievo Indiretto
Campionatori Passivi
Sono dei dispositivi in grado di raccogliere i gas e i vapori inquinanti presenti
nell'aria senza far uso di aspirazione forzata.
APPLICAZIONI
Idrocarburi Aromatici o Alifatici
Gas anastetici in sala operatoria
Vantaggi : Strumentazione estremamente semplice da utilizzare e può
effettuare valutazioni personali
Svantaggi: lunghi tempi di campionamento per arrivare alle sensibilità
richieste
Campionatori personali a basso
flusso (0,5- 5 litri/min)
Taratura dei campionatori
E’ necessario misurare il reale flusso di campionamento.
• Flussimetri primari (o di prima linea): vengono tarati
individualmente e sono certificati da enti autorizzati. Più
delicati non vengono portati sul campo.
• Flussimetri secondari: la taratura viene fatta per
confronto con i primari e vengono portati sul campo di
lavoro
Prelievo Indiretto
Fiale adsorbenti
CAPPUCCIO APPROVATO
NIOSH per prevenire la
contaminazione
ESTREMITA' DA
ROMPERE
FIBRA DI VETRO
PURIFICATA
RETINA METALLICA
per bloccare la fibra di
vetro e la fase
adsorbente
FIALA IN VETRO
FASE DI ADSORBIMENTO
(CORPO)
FASE DI CONTROLLO
(CODA)
SCHIUMA POLIURETANICA:
per mantenere uniforme la pressione
della fase adsorbente, separare le due
fasi
ESTREMITA' DA ROMPERE
SUBSTRATI ADSORBENTI (FIALE)
• CARBONI ATTIVI: sostanze inquinanti di natura organica apolare
(idrocarburi, esteri organici) o leggermente polari (chetoni), VOC
• GEL DI SILICE : sostanze organiche di tipo polare (alcooli – amine)
• ALLUMINA: sostanze organiche di tipo polare (alcooli – amine)
• Tenax
• Poropaks e Chromosorb (raramente usate)
• Resine XAD (IPA fraz. Vapore, Glicole etilenico)
• Substrati trattati con reattivi specifici per gli inquinanti da indagare
(2,4 difenilidrazina per formaldeide)
Metodo Niosh 2549
Campionamento con fiala di carbone attivo, desorbimento
con solfuro di carbonio ed analisi in GC-FID.
L’analisi è fattibile solo se già conosco la natura dei VOC
da quantizzare.
Etanolo
xilene
Fiala contentente etanolo
e xilene
Sono presenti altre
sostanze nell’area del
solfuro di carbonio?
Fiala con etanolo e xilene
assenti
Prelievo Indiretto
Canister (Sostanze organiche volatili VOC)
Il metodo si sviluppa secondo le seguenti fasi:
1. campionamento tramite canister sotto vuoto con valvola a riempimento
programmabile.
Prelievo Indiretto
2. preconcentrazione mediante intrappolamento criogenico (azoto liquido)
in apparecchiatura esterna alla linea analitica (criofocalizzatore) su
cartucce di materiale adsorbente idoneo (“trappole”)
3. analisi mediante GC/MS
APPLICAZIONI
VOC in ambienti di lavoro e di vita, verifiche di efficienza dei biofiltri
in discariche, valutazione dell’efficienza di aspirazione di cappe
Vantaggi del metodo:
-
bassissimi limiti di rilevazione (0,01 ppb)
-
in caso di alte concentrazioni di VOC, è sufficiente ridurre la
quantità di aria criofocalizzate
Svantaggi del metodo:
-
Attrezzatura costosa e necessità di tecnico specializzato
-
Std in bombola e se non disponibile allora solo analisi qualitativa
m-Xilene
Tricloroetilene
Diclorodiflorometano
Cromatogramma eseguito mediante intrappolamento criogenico
Benzene
E’ un inquinante ubiquitario.
Valore obbiettivo di qualità dell’aria
(D.Lgs 155/2010 = 5 µg/m3)
Il valore che misuro quindi è sicuramente positivo
Necessità di confronto con valore esterno
Prelievo Indiretto
Bags: Sono dei dispositivi in grado di raccogliere i gas ed i vapori
presenti nell’aria utilizzando le pompe a basso flusso
APPLICAZIONI
Idrocarburi Aromatici o Alifatici
Gas anastetici in sala operatoria
Vantaggi : Strumentazione estremamente semplice da utilizzare e può
effettuare valutazioni personali
Svantaggi: L’analisi deve essere condotta entro 48 ore, basse sensibilità
per mancanza di sistemi di preconcentrazione richieste
Prelievo Indiretto
Filtro: Substrato solido costituito da filtro piano con diametri
vari e porosità (0,45-0,8 micron) per captare polveri
Vari tipi:
-Esteri misti di cellulosa (amianto,
-Fibra di Vetro (IPA, Ammine Aromatiche)
-PVC (Silice cristallina)
- Argento (Silice cristallina, nerofumo, talco)
Ripartizione Polveri
Polveri Inalabili: Particelle comprese
nel range tra 10µm e 100µm.
Polveri Toraciche: Particelle aventi
diametro aerodinamico 10µm
Polveri Respirabili: Particelle aventi
diametro aerodinamico 4µm
Polveri Ultra fini: Tutte le particelle
<1µm
Polveri Respirabili
Separatori di particelle più usati:
• ciclone separatore SKC 225-29(tipo Casella):
2,2 L/min curva di deposizione A.C.G.I.H.
• separatore Dorr-Oliver
– secondo A.C.G.I.H., 1,7 L/min
Polveri Respirabili
Principali applicazioni
- Silice cristallina
(Analisi in Diffrattometria a raggi X)
- Talco
(Analisi in Diffrattometria a raggi X)
- Polveri non classificate
(Analisi Gravimetrica)
Polveri Inalabili
A
B
C
A) Portafiltro da posizionare al bavero dell'operatore per prelievi personali;
B) cono di riduzione per il campionamento delle polveri;
C) cilindro distanziatore per il campionamento delle fibre
Polveri Inalabili
Principali applicazioni
- Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA fase particolato)
(Analisi in GC-MS)
- Polveri di legno duro (All XLIII D.Lgs 81/2008)
(Analisi Gravimetrica)
- Metalli aerodispersi
(Analisi in Assorbimento atomico o ICP-MS)
- Amianto (DM 6/09/1994)
(Analisi in Microscopia elettronica o Microscopia ottica)
- Polveri non classificate
- (Analisi Gravimetrica)
Benzo(a)pirene
E’ un inquinante ubiquitario.
Valore obbiettivo di qualità dell’aria
(D.Lgs 155/2010 = 1 ng/m3)
Il valore che misuro quindi è sicuramente
positivo
Necessità di confronto con valore esterno
Lista legni duri
MONOGRAFIA 62 “Wood dust and formaldehyde” IARC, Lione 1995 -Da Vaucher (1986)
Hardwood o legni duri
Tropical hardwood (legni duri tropicali)
Acero
Pino kauri
Ontano
Iroko
Betulla
Pino rosso
Hickory
Palissandro
Carpino o faggio bianco
Palissandro Brasiliano
Castagno
Ebano
Faggio
Mogano africano
Frassino
Mansonia
Noce
Balsa
Platano
Nyatoh
Pioppo
Afrormosia
Ciliegio
Meranti
Salice
Teak
Quercia
Frakè bianco
Tiglio
Ayous
Olmo
Prelievo Indiretto
Gorgogliatore
Con l’utilizzo di pompe viene fatta gorgogliare l’aria
in liquidi di assorbimento
- Acqua per acidi, formaldeide (analisi in
cromatografia ionica)
- Sodio tetracloromercurato per anidride
solforosa (D.P.R.322/71 analisi in
spettrofotometria UV-VIS)
Campionamenti Personali
Il dispositivo di
campionamento deve
essere collocato nelle
immediate prossimità
delle vie respiratorie
Il campionatore deve
essere impostato ad
una portata tale da
soddisfare i requisiti di
funzionamento del
preselettore
Campionamenti di Area
Il dispositivo di
campionamento deve
essere collocato
nell’area di interesse
cercando di evitare
zone troppo ventilate
Il campionatore deve
essere impostato ad
una portata tale da
soddisfare i requisiti di
sensibilità previsti dalla
tecnica analitica
utilizzata
Campionatori ad alti flussi
(5-30 litri/min)
Campionamenti di Area per Amianto (DM 6/09/94)
Per le restituibilità dei
locali post bonifica è
necessario campionare
almeno 3000 litri di aria.
Per la sorveglianza
periodica dei manufatti
in amianto al fine di
accertare la non
pericolosità dello
stesso per i lavoratori è
opportuno campionare
almeno 5000 litri.
Formaldeide in anatomia patologica
• Misura personale
• Necessità di valutare il ceiling
• Monitor elettrochimico per tutte le mansioni? (Si
ma costosissimo)
• Campionamento di breve periodo su fiale
impregnate di DNPH? (E’ una buona
approssimazione ma in prossimità dei limiti da
solo una indicazione del possibile sforamento)
Formaldeide in falegnameria o rilascio da
mobili nuovi
• Misura personale non necessaria se non al
personale addetto alle lavorazioni che possono
alterare il legno mediante le alte temperature
• Necessità di valutare il ceiling? (no se è un
rilascio mediato)
• Monitor elettrochimico? (non necessario)
• Campionamento di lungo periodo su fiale
impregnate di DNPH? (si, se si è in presenza di
un rilascio mediato)
Emissioni da macchine per
stampa con processo laser
Toner aerodisperso
(polveri respirabili ed inalabili, IPA e Metalli)
Sviluppo e fissaggio resina sul toner
(VOC)
Intero processo
(Ozono)
Sindrome edificio malato (SBS)
situazione in cui molte persone lamentano diversi sintomi o un
generico senso di malessere, senza un'apparente ragione, che
aumenta in gravità quanto maggiore è il tempo che trascorrono
all'interno dell'edificio.
Causate da:
- VOC derivanti da vernici e colle
- Gas permanenti (CO2,SO2,CO,NOx )
-.Formaldeide (rilascio mobili)
- Polveri
Grazie per l’attenzione

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