Nuevos métodos de Muestreo. Muestreadores pasivos e integrativos

Actualmente existen amplias limitaciones para obtener información de la contaminación en el tiempo de una forma fácil, económica y realmente asumible desde el punto de vista económico y técnico.

Durante los últimos años, todos los avances tecnológicos en el análisis de contaminantes en aguas, se han enfocado a mejorar los equipamientos de laboratorio, reducción de límites, robustez de técnicas y simplicidad, automatizaciones, etc. Sin embargo, son pocos los avances

Los muestreos puntuales, sólo proporcionan información de la concentración en un momento dado, pero no son capaces de ofrecer información de la evolución de la contaminación ni tampoco de los valores promedio, muy influenciados por situaciones estacionarias y meteorológicas.

La Directiva Marco del Agua (WFD) establece, como normas de calidad ambiental, valores de concentración promedio en el tiempo. Esto obliga a aumentar notablemente la frecuencia de análisis para establecer estos valores y nunca se puede determinar fluctuaciones en la medida. Por ello,  la WFD está incorporando el análisis de Biota para tener un control del estado ecológico de las masas de agua. Pero estos análisis tienen numerosos inconvenientes, ya que la concentración de contaminantes en los seres vivos está muy sujeta a factores como el metabolismo de las especies, dieta principal, hábitos de cada individuo… por lo que hace que incluso en individuos de la misma especie las concentraciones varíen.

Por tanto, en las entidades supervisoras de la contaminación, existe un incipiente interés de introducir nuevos métodos de muestreo que permitan de una forma más exacta establecer concentraciones promedio de los contaminantes en el agua a la vez que llegar a los límites establecidos. De hecho, desde la propia comisión europea se está promoviendo que grupos de expertos estudien y evalúen el uso de muestreadores pasivos o integrativos para el control del estado ecológico de las aguas. Desde la organización NORMAN (network of reference laboratories for monitoring of emerging environmental pollutants) (http://www.norman-network.net/index_php.php) se han organizado diferentes estudios, como intercomparaciones con muestreadores pasivos, para evaluar el estado de estas tecnologías. El pasado mes de octubre se realizó una reunión en la que se discutieron los resultados de distintos laboratorios participantes en intercomparaciones con estos dispositivos, presentando los resultados a expertos de la Comisión Europea. Las conclusiones fueron que, aunque aún queda camino por recorrer para introducir de forma rutinaria estos dispositivos,  están claras las bondades de esta tecnología y es el camino a seguir si se quiere tener un conocimiento real del estado ecológico de las aguas. Se prevé que pronto se realizarán recomendaciones para su uso, en un primer estado como método de screening de contaminantes emergentes. 

Tecnología de muestreadores pasivos.

Las tecnologías existentes, muchas de ellas todavía en desarrollo, se basan fundamentalmente en una fase receptora adecuada para cada grupo de contaminantes, donde quedan retenidos los compuestos. Este material suele estar protegido por una barrera, generalmente una membrana, que permite controlar en cierta medida el proceso de difusión de los contaminantes hasta el medio receptor. Una vez pasado el tiempo de muestreo (que puede durar meses), el dispositivo es analizado en el laboratorio y,  por medio de la calibración realizada, obtener la concentración promedio en el tiempo (TWAC). Además, con estos dispositivos se obtiene una elevada sensibilidad.

De todos los dispositivos comerciales,  estos son los que están siendo más utilizados por la comunidad científica para este tipo de aplicaciones:

Control de Metales, diffusive gradient in thin film (DGT) (Figura 1) es un sistema en el cual un gel de chelex es introducido dentro de una carcasa de plástico y protegido por una membrana. El metal disuelto en el agua, es retenido en el gel chelex y luego analizado en el laboratorio. Otro de los dispositivos utilizado para metales es el Chemcatcher  (Figura 1) con un formato diferente al DGT pero basado en los mismos principios.

    

Figura 1. DGT y Chemcatcher.

Muestreadores pasivos para compuestos orgánicos. Están claramente diferenciados los muestreadores que son utilizados para compuestos hidrófobos (no-polares) y para los compuestos hidrófilos (polares). Esto es debido a los distintos procesos que rigen en la retención de los contaminantes. Para los compuestos no-polares o hidrófobos, la retención de los compuestos se produce mediante procesos de ABSORCIÓN, es decir, regidos por constantes de partición. Por el contrario para los compuestos polares los procesos son de ADSORCIÓN, es decir, regidos por fuerzas de retención en sitios activos del adsorbente.  


Para compuestos no-polarles los dispositivos más utilizados son los semipermeable membrane exposmeter (SPME), silicon Ruber (SR), Low density polyethylene (LDPE),  membrane enclosed silicone collector (MESCO) y non-polar Chemcatcher. Figura 2.

Figura 2. Distintos muestreadores pasivos para compuestos no-polares.

Para compuestos polares existen menos tipos de muestreadores ya que estos tienen mayor dificultad a la hora de calibrar la velocidad con la que los contaminantes se quedan retenidos en el adsorbente. Los principales son: Polar organic chemical integrative sampler  (POCIS), polar Chemcatcher, Empore disks y Speedisks entre otros.

Nuevas tecnologías aplicadas.

En los últimos tiempos se están incorporando nuevas tecnologías a este tipo de muestreadores en lo que se llaman MUESTREADORES ACTIVOS/PASIVOS. Este tipo de muestreadores incorporan la electrónica como tecnología. Debido a que necesitan una fuente de energía,  son realmente pasivos sino muestreadores activos. Sin embargo, los procesos de retención de los contaminantes, están basados en los mismos principios de los muestreadores pasivos. El más avanzado y extendido de estos dispositivos es el continuous flow integrative sampler (CFIS) http://www.ielab.es/?q=440/muestreador-integrativo-de-flujo-continuo-cfis  (Figura 3) que ya ha participado en diferentes estudios comparativos y proyectos europeos. Este dispositivo, completamente autónomo y sumergible, posee una bomba peristáltica que bombea la muestra a través del adsorbente. Además su placa electrónica permite registrar la temperatura del agua, permitiendo un ajuste más exacto en el cálculo de los valores. También permite introducir simultáneamente varios sorbentes con lo que con una sola aplicación es capaz de cubrir todos los compuestos orgánicos (no polares, polares e incluso volátiles).

Figura 3. CFIS.

Normalización, ventajas y limitaciones actuales.

El principal impedimento para el uso de este tipo de tecnología por parte de las entidades de control medioambiental es que no existe aún una legislación que introduzca esta tecnología como control. El primer paso ha de ser mejorar las prestaciones de estos dispositivos y mejorar la metodología de cálculo de las concentraciones promedio unificando criterios. En este sentido se ha avanzado mucho en los últimos años e incluso se ha validado una norma ISO/DIS 5667-23- Determination of priority pollutants in surface water using passive sampling  y algunos laboratorios ya lo han incluido dentro de sus acreditaciones UNE-17025. El siguiente paso, es que las entidades de control se convenzan de los beneficios de estos dispositivos, e introduzcan recomendaciones sobre su uso, ya que son herramientas necesarias tanto para lograr los límites de cuantificación exigidos como para obtener un control ecológico adecuado.

En lo que coinciden todos los expertos es en que este tipo de dispositivos es el futuro para el verdadero control y estudio de la calidad de las aguas, por lo que toda apuesta tecnológica en este aspecto supondrá un avance desde el punto de vista ecológico.  

Comentarios

Julio llorca nos ha convencido de la posibilidad de mejorar la vigilancia de nuestras aguas pero como en tantos otros ámbitos de vida, la sociedad va muy por delante de la política y las instituciones. La ciudadanía demanda una mayor vigilancia ambiental, algunas empresas apuestan e invierten por desarrollar métodos para llevarla a cabo y sólo falta que los responsables públicos se atrevan a dar el paso y promuevan las reformas legislativas que faciliten su puesta en marcha.

Como bien apunta Fernando, las grandes ventajas de este tipo de dispositivos están muy asumidas desde el punto de vista técnico. Falta que las instituciones públicas terminen de conocerlo y de convencerse para introducirlo en legislaciones. De este camino aún queda un trecho, porque es lento, pero no queda otra que introducir este tipo de desarrollos e innovaciones si queremos de verdad conocer y controlar la contaminación de las aguas.