equipos portátiles de detección

EQUIPOS PORTÁTILES DE DETECCIÓN
Por: Anderson Pioli, Jorge Luiz Nobre Gouveia, Agnaldo Ribeiro de Vasconcellos
1. Introducción
A mediados del siglo XIX, en los Estados Unidos, surgió la necesidad de determinar gases
tóxicos o asfixiantes en las minas de carbón. El gas metano generado por la
descomposición de la materia orgánica y el azufre que origina el gas sulfhídrico, causaron
serios daños a la salud de los trabajadores y, en algunos casos, la muerte. Los
trabajadores de entonces portaban pequeños animales aprisionados, tales como pájaros,
roedores y perros, que se alteraban frente a la mínima señal de presencia de gases, lo
que servía como indicador de una probable contaminación del lugar.
El rápido desarrollo industrial y el uso y manejo cada vez más frecuente de sustancias
químicas tóxicas e inflamables en la industria, así como la creciente preocupación por la
seguridad industrial y salud ocupacional por parte de los organismos gubernamentales,
han llevado a la creación de una serie de instrumentos para detectar gases y vapores, así
como aparatos para monitorear cuerpos hídricos que alertan inmediatamente cuando las
concentraciones sobrepasan los parámetros aceptables.
Para determinar la presencia de gases o vapores, se usan analizadores fijos y equipos
portátiles de lectura directa. Los analizadores fijos se usan exclusivamente para el interior
de las instalaciones industriales que requieren un monitoreo continuo. El uso de los
analizadores portátiles de lectura directa surgió ante la necesidad de realizar análisis
rápidos en el campo luego de los accidentes ambientales o para recoger información
sobre valores relacionados con la salud ocupacional y seguridad industrial. Cabe resaltar
que en este trabajo sólo se abordarán las consideraciones relacionadas con el uso de
instrumentos portátiles.
2. Equipos de lectura directa de gases y vapores
La lectura directa de los instrumentos permite determinar rápidamente la concentración de
gases y vapores en el aire. Esta lectura se puede realizar con equipos en los que el
instrumento toma las muestras y las analiza directamente, pudiéndose leer los resultados
del análisis en una pantalla o indicador. Un instrumento de lectura directa ideal deberá ser
capaz de muestrear el aire en el lugar de trabajo o cuando ocurra un accidente con
sustancias químicas y dar a conocer la concentración de las sustancias presentes en las
muestras.
2.1 Aplicación
Los aparatos colorimétricos de lectura directa se valen de las propiedades químicas del
contaminante que produce coloración al entrar en contacto con un agente químico. El
indicador colorimétrico con tubos detectores, cuya principal aplicación es indicar la
concentración de gases o vapores a través del cambio de coloración, es una técnica de
detección ampliamente usada en las industrias, áreas de seguridad, estudios sobre salud
ocupacional y en la atención de accidentes ambientales. Este instrumento se ha hecho
muy popular debido a la simplicidad de su operación, su bajo costo inicial y la versatilidad
para detectar innumerables contaminantes.
1
Sin embargo, como todos los instrumentos, también tiene limitaciones de aplicación,
especificación y precisión que el usuario debe conocer para evitar eventuales errores de
interpretación de los resultados obtenidos.
El sistema de identificación de gases con tubos colorimétricos, también denominados
tubos reactivos, está compuesto por dos elementos:
-
la bomba de succión de aire;
-
los tubos colorimétricos indicadores.
Las bombas de fuelle, al contrario de las bombas de pistón, están diseñadas para
succionar y mantener un volumen interno de aire de exactamente 100 mililitros, específico
para los tubos reactivos colorimétricos, con apenas un bombeo y no necesitan ser
calibradas. El detector de gases es un tubo de vidrio pequeño herméticamente sellado
que contiene materiales sólidos granulados, como sílice gel, alúmina y piedra pómez, que
se impregnan con una sustancia química capaz de reaccionar con un contaminante
específico o con un grupo de contaminantes cuando el aire que los contiene pasa por el
interior del tubo.
2.2 Principio de operación
Antes de iniciar la medición, se debe probar la hermeticidad de la bomba de succión. Para
este fin, se deberá seguir la siguiente secuencia de operaciones:
-
comprimir toda la bomba de fuelle;
-
tapar con un dedo, en el cuerpo de la bomba, el orificio donde se insertará el tubo
reactivo;
-
sin destapar el orificio ni retirar el dedo, abrir la mano y liberar el fuelle;
-
si el pliegue regresa, es señal de que hay fuga de aire en la bomba de fuelle.
2.3 Interpretación de resultados
La lectura en los tubos reactivos es relativamente simple, ya que se puede observar el
cambio de coloración del material sólido granulado en el interior del tubo, total o
parcialmente, y compararlo con una escala graduada impresa en la parte externa de los
tubos. Algunos tubos reactivos no tienen la escala impresa, y en ese caso se debe
consultar el manual de instrucciones de uso suministrado por el fabricante y aspirar el
volumen de muestra indicado para la sustancia que se desea detectar a fin de que el color
de la capa del granulado reactivo logre la misma coloración patrón indicada en el tubo. En
ese caso, el valor de la concentración de la sustancia será inversamente proporcional al
número de aspiraciones. Algunas veces el cambio de color no es homogéneo. En estos
casos, se deberá considerar que el valor de lectura es la mayor extensión colorimétrica
obtenida en el tubo.
Por lo general, la unidad de medida de la concentración de los gases monitoreados con
tubos colorimétricos se expresa en ppm (partes por millón).
2.4 Limitaciones y consideraciones
Antes de realizar las mediciones es muy importante leer el manual de instrucciones de
uso de los tubos reactivos que se utilizarán, a fin de poder conocer las coloraciones
2
finales que se van a observar en estos después de la reacción, y para identificar las
posibles interferencias de otras sustancias, de la temperatura y de la humedad.
La desventaja de los tubos reactivos es el bajo nivel de exactitud y precisión. El Instituto
Americano de Salud y Seguridad Ocupacional (National Institute for Occupational Safety
and Health, NIOSH) de los Estados Unidos, ha probado y certificado tubos detectores que
han sido sometidos a sus ensayos. Los valores encontrados para la precisión de la
medición fueron de 35% a 50% del límite de exposición.
Las bajas o altas temperaturas retardan o aceleran la reacción química que se produce en
el interior de los tubos y, en consecuencia, el tiempo de respuesta, lo que influye
directamente en la veracidad de los resultados. Para reducir este problema, se
recomienda mantener los tubos colorimétricos en lugares ventilados. Las altas
temperaturas aceleran la reacción química y pueden causar un problema de decoloración
de la capa reactiva sin que el contaminante esté presente. Esto también puede ocurrir en
los tubos que aún no se hayan usado. Por ello, los tubos colorimétricos se deben
almacenar a temperaturas moderadas o inclusive refrigerar para prolongar su vida útil.
Algunos tubos reactivos poseen una capa prefiltrante para eliminar la humedad u otras
sustancias que puedan interferir en la reacción y, por consiguiente, en la medición. Los
manuales de instrucciones de los fabricantes describen factores de corrección específicos
que se deberán usar cuando la humedad interfiera en las mediciones realizadas. Los
reactivos químicos presentes en los tubos reactivos se deterioran con el tiempo. Por lo
tanto, se deben observar los periodos de validez indicados en sus respectivos embalajes.
Normalmente, estos varían de uno a tres años.
Cada tubo reactivo está diseñado para detectar y medir la concentración de gases
específicos, tales como amoniaco, cloro, gas sulfhídrico, hidrocarburos y vapor de
mercurio, entre otros.
Como ningún tubo colorimétrico es específico para medir una única sustancia, se debe
tener mucho cuidado en cuanto a las interferencias de otras sustancias químicas que
invaliden los resultados de las muestras.
Muchos de los vapores y gases que generalmente están presentes en la atmósfera
reaccionan con las mismas sustancias químicas o presentan propiedades físicas
similares, lo que puede conllevar a lecturas falsas, más altas o más bajas, de la sustancia
investigada.
Los resultados obtenidos por el sistema de detección de gases mediante tubos
colorimétricos no deben, bajo ninguna circunstancia, ser la única evidencia de la
presencia o ausencia de un determinado contaminante. Todos los resultados se deben
usar conjuntamente con otras pruebas o análisis químicos y datos que confirmen la
identidad de una sustancia desconocida en la atmósfera.
Además de las mediciones cuantitativas, los tubos detectores colorimétricos también
permiten realizar mediciones de carácter cualitativo.
En el mercado se pueden encontrar más de doscientos tipos de tubos reactivos
colorimétricos específicos para medir más de quinientas sustancias diferentes. Sus
aplicaciones normales también incluyen el monitoreo del aire en el lugar de trabajo, la
medición de emisiones, el control de calidad, el control de procesos y el monitoreo de aire
comprimido.
2.5 Sistema de medición por medio electrónico
3
Actualmente, en el mercado brasileño existe un equipo portátil de detección y medición de
gases, moderno y más preciso. Este equipo está dotado de un sistema de medición por
sistema electrónico que consiste en un dispositivo electrónico específico, denominado
chip, y un analizador que se usa para cuantificar la medición y proveer la indicación digital
del resultado.
La operación de este sistema de medición se basa en la combinación de sistemas
electrónicos, lectura óptica (chip) y de reacción química. Cada chip es calibrado por el
fabricante. Este permite realizar hasta diez mediciones y se puede usar en un intervalo de
hasta dos años. La comunicación entre el chip y el analizador se establece mediante un
código de barras, que viene impreso en cada chip y que provee todos los parámetros de
las condiciones analíticas, como por ejemplo, la identificación del producto que se va a
analizar, el nivel de concentración, el flujo y el tiempo de medición específicos para cada
reactivo.
El equipo es pequeño y pesa aproximadamente 730 gramos. Se alimenta eléctricamente
con pilas alcalinas que duran hasta 450 minutos y opera en una temperatura de 0 °C a 40
°C.
El equipo es fácil de usar. Para realizar un análisis basta encender el equipo y seguir las
instrucciones que aparecen secuencialmente en el visor, insertar el chip y mover una
placa selectora. Al finalizar el análisis, el equipo muestra la concentración de la sustancia
que se quiere identificar. Cualquier interpretación incorrecta en el resultado se elimina
automáticamente mediante una indicación digital en el visor.
El equipo también posee una memoria electrónica integrada que almacena hasta
cincuenta mediciones e informa fecha, hora, sustancia analizada, concentración obtenida
y el número consecutivo de las mediciones en serie. Los datos del lugar de la medición se
expresan en un código alfabético y se pueden insertar manualmente, mientras que los
datos almacenados en la memoria del equipo se pueden leer y borrar cuando se desee.
Para realizar mediciones en lugares inaccesibles, el equipo posee un sistema remoto, que
consiste en una bomba adicional y una manguera capilar de hasta tres metros de largo
que se conecta al equipo y funciona automáticamente.
De ser necesario, también se puede usar una sonda telescópica para realizar muestreos.
3. Indicadores de oxígeno
Los indicadores de oxígeno (O2), también conocidos como oxímetros, son equipos que
sirven para medir la concentración de oxígeno en la atmósfera, normalmente en el rango
de 0 a 25%.
3.1 Aplicación
Estos equipos se usan para monitorear atmósferas en diferentes situaciones.
3.1.1 Necesidades de protección respiratoria
El aire atmosférico generalmente posee 20,8% de oxígeno. De esta manera, si el oxígeno
es inferior a 19,5% en la atmósfera, este lugar se considera un lugar con deficiencia de
oxígeno.
Por lo tanto, es necesario usar equipo de protección respiratoria especial, como por
ejemplo, un equipo respiratorio autónomo.
4
3.1.2 Aumento de la concentración de oxígeno
El aumento de la concentración de oxígeno puede causar riesgo de combustión. Por lo
general, cuando las concentraciones de oxígeno en la atmósfera son superiores a 25%,
esta se considera rica en oxígeno, lo que aumenta el riesgo de combustión de las
sustancias inflamables.
3.1.3 Uso de otros equipos
Algunos equipos de monitoreo requieren una cantidad suficiente de oxígeno para operar
normalmente. Por ejemplo, los indicadores de gas combustible (explosímetros) no
presentan resultados cuando la concentración de oxígeno está por debajo de 14%.
Asimismo, en lo que concierne a la seguridad intrínseca de los equipos de monitoreo, la
aprobación para su uso seguro se refiere a su operación en una atmósfera normal y no en
atmósferas ricas en oxígeno.
3.1.4 Presencia de sustancias contaminantes
La concentración de oxígeno en la atmósfera puede disminuir debido a su consumo, a la
reacción de combustión, a la oxidación o al desplazamiento del aire como resultado de la
presencia de otras sustancias químicas que también contaminan el ambiente.
3.2 Principio de operación
Los oxímetros poseen tres componentes básicos para su operación:
-
la bomba de succión;
-
el sensor de oxígeno, y
-
el panel de lectura directa.
La bomba de succión puede ser una bomba aspiradora o una bomba difusora de aire.
El sensor de oxígeno es electroquímico, es decir, es una célula galvánica compuesta de
dos electrodos, un cátodo de oro y un ánodo de plomo, ambos sumergidos en una
solución electrolítica.
El panel de lectura directa puede ser analógico, con una escala graduada y un puntero
indicador o digital.
En algunos equipos, el aire ambiente se aspira hacia el interior del detector de oxígeno a
través de una bomba aspiradora; mientras que en otros, el aire ambiente se aspira por
difusión hasta el sensor.
Las moléculas de aire ingresan al sensor a través de una membrana de polímero de flúorcarbono. Las reacciones químicas del oxígeno, con la solución electrolítica y con los
electrodos, reducen el oxígeno y generan una corriente eléctrica proporcional a la presión
parcial de oxígeno en la muestra.
La corriente eléctrica generada produce una señal resultante, amplificada por un circuito
electrónico y energizada por una batería. Es decir, la corriente se convierte en un voltaje
proporcional y, como resultado, provoca la deflexión del puntero del medidor o una lectura
digital en el panel que expresa el resultado de la medición en porcentaje del volumen de
oxígeno. El sensor está dentro de un dispositivo encapsulado de plástico acoplado a un
5
cable de 3 ó 15 metros de longitud, de modo que si el sensor falla o se desconecta, una
alarma emitirá un sonido continuo.
3.3 Interpretación de resultados
Los oxímetros son equipos de lectura directa y siempre se deben calibrar antes de usarse.
No obstante, solo se deben calibrar en la altitud y en la temperatura del lugar donde se
usará el equipo. El resultado de cada medición aparecerá directamente en el panel de
lectura del equipo y se podrá obtener presionando un interruptor externo, siempre que la
unidad esté conectada, independientemente de si la alarma está o no activada.
Cuando el volumen de la concentración de oxigeno sea igual o menor de 19,5% (que es el
límite normalmente establecido de alerta), la alarma sonará continuamente durante más
de 24 horas hasta que sea desactivada manualmente o hasta que la concentración de
oxígeno regrese a una concentración mayor de 19,5%.
3.4 Limitaciones y concentraciones
Las altas concentraciones de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera disminuyen la vida
útil del sensor de oxígeno. Por regla general, el equipo se podrá usar en atmósferas con
concentraciones mayores de 0,5% de dióxido de carbono; aunque el sensor se deberá
reemplazar con más frecuencia. La vida útil del sensor de oxígeno en una atmósfera
normal, es decir, en una atmósfera con 0,04% de dióxido de carbono, puede variar desde
una semana hasta un año, según el diseño del fabricante.
Algunos agentes químicos oxidantes, como el ozono y el cloro, pueden causar
interferencias en el sensor de oxígeno, como, por ejemplo:

causar aumento en la lectura y, por consiguiente, indicar alta concentración de
oxígeno;

indicar concentración normal, en las situaciones en las que la concentración real
de oxígeno sea igual o menor que la concentración indicada en el panel de lectura.
Igualmente, las altas temperaturas pueden afectar la respuesta del indicador de oxígeno,
cuando:

el intervalo normal para la operación del equipo varía entre 0 0C y 49 0C;

entre –32 0C y 0 0C, la respuesta del equipo es muy lenta;

debajo de –32 0C, el sensor puede dañarse debido al congelamiento de la
solución.
Por lo tanto, como se ha mencionado, los equipos se deberán calibrar en la misma
temperatura en que serán usados. La operación de los oxímetros también depende de la
presión atmosférica absoluta. La concentración natural del oxígeno es una función de la
presión atmosférica en una determinada altitud. Dado que el porcentaje de oxígeno no
varía con la altitud, el peso de la atmósfera es mayor en el nivel del mar. Por lo tanto, en
el nivel del mar más moléculas de oxígeno y moléculas de otros componentes del aire
atmosférico se comprimen dentro de un determinado volumen, en comparación con
altitudes mayores.
A medida que la altitud aumenta, esta compresión disminuye, y también disminuye el
número de moléculas de aire que están comprimidas en un determinado volumen.
6
De esta forma, un oxímetro calibrado en el nivel del mar y operado a una altitud de
algunos millares de metros, proporcionará medidas incorrectas y, por consiguiente,
indicará una deficiencia de oxígeno en la atmósfera debido a una menor cantidad de tales
moléculas que son impulsadas hacia el sensor.
Por consiguiente, es necesario calibrar los equipos en la misma altitud en la que se
utilizarán.
3.5 Calibración del equipo
Por lo general, un sensor electroquímico se acondiciona en un embalaje especial que
contiene una atmósfera inerte. El sensor se deberá retirar de ese embalaje antes de
calibrar y usar el instrumento nuevamente.
Estos equipos siempre se deben calibrar en un lugar ventilado y sin contaminación y con
20,8% de oxígeno cuando se realice en el nivel del mar.
Por lo tanto, para calibrar correctamente un oxímetro, se deberán seguir las siguientes
etapas:
-
retirar el sensor del embalaje que contiene la atmósfera inerte;
-
conectar el cable del sensor al conector ubicado en el lateral del equipo;
-
presionar el interruptor ubicado en el lateral del instrumento, y
-
verificar el valor registrado en el visor.
Observación:
Si no se registra ningún valor, es decir, si la lectura indica 0%, se debe verificar:
-
la validez de la vida útil del sensor y, de ser necesario, cambiarlo;
-
la carga de la batería alcalina de 9 voltios y, de ser necesario, cambiarla.
Si el valor indicado es diferente de 0 %, para calibrar el equipo se deberá usar un
destornillador, incluido en el equipo, para hacer girar el tornillo pequeño localizado en la
parte superior del equipo hasta alcanzar el valor de 20,8% de oxígeno en el panel de
lectura del equipo.
Los equipos son pequeños y pesan aproximadamente 730 gramos; se alimentan
eléctricamente con pilas alcalinas que duran hasta 450 minutos. Operan en los límites
máximos con temperaturas entre –18 0C y 52 0C; su calibración es lineal, con 1% de fondo
de escala a una temperatura constante. Su escala de lectura transcurre entre 0% y 25 %.
El error máximo de compensación, debido a la influencia de la temperatura, es de 5% del
fondo de escala, donde 90 % de las medidas efectuadas se indican en el visor en menos
de 20 segundos.
4. Indicadores de gas combustible
Los indicadores de gas combustible, también denominados explosímetros, son equipos
fabricados especialmente para medir los límites de concentraciones de gases y vapores
inflamables mezclados con el aire.
7
4.1 Aplicación
Cuando ciertas proporciones de vapores inflamables se mezclan con el aire y existe una
fuente de ignición, la mezcla puede inflamarse y producir una explosión.
Los límites de concentraciones entre los que ocurre esto se denominan límites de
inflamabilidad e incluyen todas las concentraciones en que se produce una chispa o fuego
cuando la mezcla entra en ignición. La menor concentración de vapores inflamables en el
aire se conoce como límite inferior de inflamabilidad (LII) y la mayor concentración se
conoce como límite superior de inflamabilidad (LSI).
Para representar los gases inflamables y expresar grandes concentraciones de gases, se
usa el porcentaje en volumen, en donde 1% de volumen corresponde a 10.000 ppm
(partes por millón). Las concentraciones inferiores al LII son muy pobres para entrar en
combustión, mientras que las concentraciones superiores al LSI son demasiado ricas. En
los tipos más simples de indicadores de gas combustible, sólo existe una escala,
generalmente con lecturas de 0 a 100% del LII – Límite Inferior de Inflamabilidad.
Estos equipos no detectan la presencia de neblinas explosivas, combustibles ni
atomizadas como aceites lubricantes y polvos explosivos, debido a que estas mezclas
quedan retenidas en un filtro de algodón. Si entraran en el explosímetro, podrían
contaminar el catalizador de platino.
Los explosímetros permiten obtener resultados cuantitativos pero no cualitativos. Es decir,
es posible detectar la presencia y concentración de un gas o vapor inflamable en una
mezcla de gases, pero no se pueden distinguir las diferentes sustancias presentes.
4.2 Principio de operación
Los indicadores de gas combustible se valen de una cámara interna que contiene un
filamento que provoca la combustión del gas inflamable. Para facilitar la combustión, el
filamento puede ser calentado a cierta temperatura o está revestido con un agente
catalítico de platino o paladio, o ambos.
Sin embargo, los equipos indicadores de gas combustible no detectan la presencia de
neblinas explosivas, inflamables ni atomizadas, tales como neblinas de aceites lubricantes
y polvos explosivos, debido a que estas mezclas quedan retenidas en un filtro de algodón
localizado antes del sensor, que impide que lleguen hasta el filamento y contaminen el
agente catalítico, especialmente el de platino. El filamento forma parte de un circuito
resistor balanceado denominado Puente de Wheatstone, como se muestra en la figura 1
descrito en la siguiente página.
En uno de los lados del puente, el aire muestreado pasa sobre un filamento calentado a
alta temperatura. Si el aire contiene un gas o vapor inflamable, el filamento produce
combustión y libera un calor adicional que aumenta la resistencia eléctrica del filamento.
En el otro lado del puente existe otro filamento semejante al anterior, sellado y calentado
de manera idéntica. Este filamento anula todos los cambios en la corriente eléctrica y en
la resistencia debido a las variaciones de la temperatura ambiente.
La variación de la resistencia de la corriente eléctrica que ocurre en los filamentos durante
el paso del flujo de la muestra se debe a la presencia de gases o de vapores
combustibles. Estos cambios en la corriente eléctrica provocan deflexiones en el puntero
existente en el panel de lectura del equipo, las cuales se expresan como porcentajes del
LII (límite inferior de inflamabilidad).
8
sensor
mostrador
batería
filamento de
compensación
Figura 1 – Circuito del Puente de Wheatstone
4.3 Limitaciones y concentraciones
La sensibilidad y la precisión de los explosímetros pueden verse afectadas por varios
factores, como la presencia de polvo, la alta humedad y las temperaturas extremas. Por
estas razones, las sondas de muestreo de muchos modelos del equipo están equipadas
con un filtro de polvo y un agente secante. Los equipos no se deben usar en ambientes
extremadamente fríos ni calientes porque tales temperaturas interfieren en la respuesta
del instrumento.
La presencia de siliconas, silicatos y otros compuestos que contienen silicona también
pueden perjudicar seriamente la respuesta del instrumento. Algunas de estas sustancias
contaminan rápidamente el filamento, lo que impide que funcione correctamente.
El tetraetilo de plomo, presente en algunos tipos de gasolina, produce un compuesto
sólido que se deposita sobre el filamento y hace que este pierda la sensibilidad. Si se
sospecha la existencia de gasolina con tetraetilo de plomo en el lugar que se va a
monitorear, será necesario calibrar el equipo después de cada uso.
Otro método para prevenir la contaminación por tetraetilo de plomo es colocar un filtro
inhibidor en la cavidad del filtro patrón del equipo. Este filtro provoca una reacción química
con los vapores de tetraetilo de plomo y genera una sustancia más volátil para la
combustión, lo que previene la contaminación del filamento catalítico de platino.
Los indicadores de gas combustible se deben usar en atmósferas normales de oxígeno,
ya que para que el explosímetro funcione perfectamente, debe haber una concentración
mínima de oxígeno del orden de 14%.
Los gases ácidos, como el cloruro de hidrógeno y el fluoruro de hidrógeno, así como el
dióxido de azufre, pueden corroer el filamento y provocar bajas lecturas en el medidor,
inclusive en presencia de concentraciones altas de combustibles. Es probable que los
9
vestigios de estas interferencias no influyan directamente en las lecturas, pero pueden
disminuir la sensibilidad de los elementos detectores.
4.4 Interpretación de resultados
Como resultado de las mediciones realizadas en ambientes contaminados con vapores
inflamables, el usuario del explosímetro podrá encontrar las siguientes situaciones:
50
50
50
100
100
20
100
0
0
100
0
100
No hay riesgo de
Por debajo de 20% del LII
Por encima de 20% del LII
combustión
Continúe el monitoreo
hay riesgo de combustión
con cautela
Figura 2 – Ejemplos de resultados de mediciones de inflamabilidad
Cabe resaltar que los tres ejemplos mostrados también se aplican a lo que se puede
observar al calibrar los equipos con gases inflamables de concentraciones conocidas. Sin
embargo, en muchas situaciones, el aire del ambiente que se va a monitorear está
contaminado con otras sustancias inflamables, muy diferentes a las usadas en la
calibración del equipo.
Por ello, es necesario usar curvas de calibración y de conversión, suministradas por el
fabricante del equipo, las cuales permiten determinar el valor real del índice de
inflamabilidad (% del LII) de las sustancias monitoreadas.
Ejemplo 1:
En la medición del índice de inflamabilidad (% del LII) en una atmósfera que contiene
vapores de metano, realizada con un indicador de gas combustible (explosímetro)
calibrado con pentano, se obtuvo un valor de 50% del LII en el panel de lectura del
equipo. Determine el valor real del índice de inflamabilidad.
Así, tenemos:




sustancia que se va a monitorear = metano;
equipo usado en la medición
= indicador de gas combustible (explosímetro);
equipo calibrado con
= pentano;
valor obtenido en el panel de lectura
= 50 % del LII.
10
0
100
Dado que el explosímetro usado en el monitoreo se calibró con el gas pentano, para
obtener el valor real del índice de inflamabilidad (% del LII), relacionado con el gas
metano, se deberán seguir las siguientes etapas:
1. en el siguiente gráfico localice la curva de calibración correspondiente a la
sustancia que se monitoreó en la atmosfera, es decir, metano;
2. encuentre el valor registrado en el panel de lectura del equipo (50% del LII), en el
eje vertical del gráfico,
3. a partir de este punto del eje vertical, siga hasta la línea de la curva de calibración
referente a la sustancia metano;
4. encuentre el valor correspondiente en el eje horizontal del gráfico, indicado como
porcentual del LII, donde se obtiene el valor real del índice medido, es decir 30%
del LII.
Metano
100
Pentano
Lectura
del panel
50
Estireno
0
50
100
Porcentual del LII
Figura 3: Ejemplo de medición del índice de inflamabilidad
Por lo tanto, la lectura de 50% del LII, relativa al gas metano, que se obtuvo en el panel de
lectura del equipo corresponde al índice de inflamabilidad de 30% del LII.
Ejemplo 2:
En la medición del índice de inflamabilidad (% del LII) de una atmósfera que contiene
vapores de estireno, realizada con un indicador de gas combustible (explosímetro),
calibrado con pentano, se obtuvo el valor de 15% del LII en el panel de lectura del equipo.
Determine el valor real del índice de inflamabilidad y la concentración correspondiente de
la sustancia.
Así, tenemos:

sustancia que fue monitoreada
= estireno;

equipo utilizado en la medición
= indicador de gas combustible (explosímetro);

equipo calibrado con
= pentano;

valor obtenido en el panel de lectura
= 15 % del LII.
11
Dado que el explosímetro usado en el monitoreo se ha calibrado con gas pentano, para
obtener el valor real del índice de inflamabilidad (% del LII), relativo al gas metano, deberá
seguir las siguientes etapas:
1. en el siguiente gráfico localice la curva de calibración correspondiente a la
sustancia que se monitoreó en la atmósfera, es decir estireno;
2. encuentre el valor registrado en el panel de lectura del equipo (15% del LII), en el
eje vertical del gráfico, indicado como lectura del panel;
3. a partir de este punto del eje vertical, siga hasta la línea de la curva de calibración
referente a la sustancia estireno;
4. encuentre el valor correspondiente en el eje horizontal del siguiente gráfico,
indicado como porcentual del LII, donde se obtiene el valor real del índice medido,
es decir, 40% del LII.
100
Metano
Pentano
Lectura
del panel 50
0
Estireno
50
100
Porcentual del LII
Figura 4: Ejemplo de medición del índice de inflamabilidad
Por lo tanto, la lectura de 15% del LII que se obtuvo en el panel de lectura del equipo,
relativa al gas estireno, corresponde al índice de inflamabilidad real de 40% del LII. Dado
que 1% en volumen de un gas corresponde a 10.000 ppm de ese mismo gas y que el LII
del estireno es de 1,1%, tenemos:
100% del LII = 1,1% en volumen = 11.000 ppm de estireno;
luego:
40% del LII = 0,44% en volumen = 4.400 ppm de estireno.
4.5 Calibración del equipo
Por lo general, los fabricantes aconsejan verificar la calibración de los explosímetros al
menos una vez al mes y, de ser necesario, calibrarlos. Para verificar un equipo de gas
combustible, siga los siguientes pasos:
1. encienda el equipo y espere hasta que el filamento se caliente;
2. ajuste el equipo a cero en una atmósfera libre de gases y vapores combustibles;
12
3. presione el botón de prueba para verificar el estado de las baterías;
4. someta el equipo a una concentración conocida de un gas inflamable,
normalmente suministrado por el fabricante del equipo junto con el conjunto de
calibración y compare si la respuesta que se observa en el panel de lectura del
instrumento coincide con el valor indicado en la hoja de calibración del equipo.
Si el equipo no presenta la respuesta esperada y el filamento está en perfecto estado,
deberá calibrar el equipo. Para hacerlo, deberá seguir los siguientes procedimientos:
✔ encienda el equipo y espere hasta que el filamento se caliente;
✔ ajuste el equipo a cero en una atmósfera libre de gases y vapores combustibles;
✔ presione el botón de prueba para verificar el estado de las baterías;
✔ retire la asa metálica del equipo;
✔ retire la tapa lateral izquierda que está sujeta por cuatro tornillos;
✔ empuje la placa del circuito electrónico hacia fuera del equipo, lo suficiente para
realizar ajustes en los potenciómetros;
✔ gire el botón de cero en el panel externo hasta que el puntero en el panel de
lectura indique exactamente 50% del LII;
✔ ajuste el potenciómetro de control de cero en el circuito electrónico hasta que el
puntero en el panel de lectura indique exactamente 0% del LII;
✔ aplique el gas de calibración en el sensor del equipo hasta que el puntero en el
panel de lectura logre la lectura correcta deseada, de acuerdo con la
concentración del gas informada por el fabricante. En caso de que esto no ocurra,
deberá ajustar inmediatamente el potenciómetro de medida (span);
✔ ajuste el potenciómetro de medida (span), de ser necesario, hasta lograr la lectura
correcta deseada.
4.6 Consideraciones generales
Cabe resaltar que actualmente existen en el mercado diversos modelos de explosímetros
que presentan muchas modificaciones en la construcción, especialmente en lo referente a
la forma de captación de la muestra que se va a analizar. Por ejemplo, algunos modelos
tienen un bulbo aspirador para succionar la muestra, a diferencia de otros equipos que
operan a través del proceso de difusión para conducir la muestra hasta la cámara de
combustión.
Algunos equipos portátiles de detección también permiten reunir en un solo aparato
sensores específicos de detección de gases combustibles y de oxígeno y, también, de
gases tóxicos, tales como cloro, gas sulfhídrico y monóxido de carbono, entre otros.
4.7 Indicadores de gas combustible – Eliminadores de metano
Un punto importante que cabe destacar es el hecho de que en las emergencias químicas
es muy común encontrarse con situaciones donde se sospecha que hay aporte de gas
metano en el lugar que se está monitoreando. Este gas, también denominado gas natural
13
o gas del pantano, normalmente se encuentra en las redes de alcantarillado debido a la
descomposición de la materia orgánica presente o como resultado de derrames en las
redes subterráneas de transporte y abastecimiento de gas natural para residencias e
industrias y, también, en redes subterráneas de abastecimiento de gas natural vehicular
para puestos de reventa de combustibles automotores.
En estas situaciones, el gas metano se puede volver un interferente durante la ejecución
de mediciones de los índices de inflamabilidad (% del LII) en campo, lo que en muchos
casos puede enmascarar los resultados y llevar a tomar decisiones inadecuadas.
El metano es el hidrocarburo con menor peso molecular. Solamente posee un carbono y
también es el primero de la serie de hidrocarburos. Por ello, los electrones del metano se
encuentran muy cerca del núcleo, lo que le confiere un potencial de ionización (PI)
elevado, cerca de 13,0 eV (electrovoltios). Por ello, el gas metano no se puede detectar
mediante equipos fotoionizadores que identifiquen compuestos con potencial de
ionización de hasta 11,7 eV.
Esto sucede para que los fotoionizadores no sufran la interferencia de gases normalmente
presentes en la atmósfera, tales como el oxígeno, cuyo potencial de ionización es de
12,08 eV, o el gas carbónico, cuyo potencial de ionización es de 13,79 eV, o el nitrógeno,
cuyo potencial de ionización es de 15,58 eV.
Dado que se trata de un gas inflamable, el metano generalmente se monitorea con
equipos que poseen sensores catalíticos, como es el caso de los explosímetros, los
cuales determinan la concentración total de los gases inflamables, aunque no pueden
identificarlos.
Actualmente, en el mercado existen explosímetros que poseen un dispositivo eliminador
de metano, el cual permite que los equipos operen normalmente pero sin detectar el gas
metano. Esto permite obtener lecturas precisas de las concentraciones de hidrocarburos,
pero sin la interferencia del gas metano.
4.7.1 Principio de operación
El principio de operación de estos equipos se basa en un circuito electrónico que causa la
disminución de la temperatura en el filamento de platino existente en el sensor y que
provoca la oxidación de los hidrocarburos, en una temperatura inferior a 540 °C, que es la
temperatura de ignición del metano, eliminando, de esta forma, la sensibilidad del sensor
a ese gas.
La reducción de la temperatura no interfiere en la capacidad del monitor para detectar
gases de otros hidrocarburos, lo que también permite que el operador defina sus lecturas,
ya sea con o sin la inclusión del metano. Los resultados de las mediciones realizadas se
expresan en % del LII – Limite Inferior de Inflamabilidad o en concentración en ppm
(partes por millón).
5. Fotoionizadores
Los fotoionizadores son equipos de medición específicos y portátiles, también
denominados detectores de fotoionización, indicados especialmente para detectar y
determinar la concentración total de COV – Compuestos Orgánicos Volátiles, incluso en
bajas concentraciones y con buena resolución para los hidrocarburos aromáticos.
5.1 Aplicación
14
Debido a su capacidad de detectar una gran cantidad de sustancias químicas, los
fotoionizadores se usan para caracterizar y reconocer una gran variedad de compuestos
orgánicos e inorgánicos presentes en el área monitoreada, en forma de gas o de vapor.
Los fotoionizadores ofrecen una buena respuesta para determinar la concentración total
de vapores de hidrocarburos –saturados, insaturados, alicíclicos y aromáticos–,
normalmente presentes en la gasolina y en el aceite diesel. Por ello, estos equipos se
recomiendan especialmente para los trabajos de investigación cuando la concentración de
vapores de combustibles es baja.
Cuando se conocen las sustancias contaminantes, los fotoionizadores también se pueden
usar para evaluar los niveles de exposición a esas sustancias, dado que los resultados
obtenidos pueden proveer una concentración aproximada y que esta información también
se usa para elegir el nivel de protección individual adecuado para cada situación.
Si bien estos equipos no identifican las sustancias químicas que están presentes en el
ambiente, sí indican cuáles son las áreas que presentan concentraciones más elevadas
de compuestos orgánicos volátiles, en relación con las demás áreas adyacentes,
delimitando, así las áreas de trabajo con base en los niveles de concentración obtenidos
en las mediciones.
5.2 Principio de operación
Los fotoionizadores detectan concentraciones de gases y vapores de compuestos
orgánicos volátiles, mediante el uso de una lámpara que genera luz ultravioleta localizada
en su interior, la cual provee energía de ionización igual o mayor que el Potencial de
Ionización de la sustancia química que se va a detectar. Por consiguiente, el contaminante
presente en el aire es ionizado.
El proceso de la fotoionización se puede ilustrar mediante la siguiente reacción química:
R + hv
R+ + e-
R
Donde:
R
=
una molécula, orgánica o inorgánica;
hv
=
un fotón de luz ultravioleta;
R+
=
molécula de la sustancia ionizada;
e-
=
electrón
La energía necesaria para remover el electrón más externo de una molécula se denomina
Potencial de Ionización (PI), el cual es específico para cada sustancia química.
Cuando un fotón de radiación ultravioleta (hv) alcanza una sustancia química, ioniza su
molécula (R), siempre que la energía de radiación sea igual o mayor que el potencial de
ionización de dicha sustancia.
Al ser partículas cargadas, los iones se pueden recoger en una placa cargada y producir
corriente eléctrica. La corriente medida será directamente proporcional al número de
moléculas ionizadas.
La molécula química (R) que se muestra en la ecuación anterior, indica que la
fotoionización es un proceso no destructivo, es decir, después que ocurre la
15
fotoionización, la sustancia sale del detector y es liberada del equipo hacia la atmósfera,
sin sufrir modificaciones en su estructura.
Los fotoionizadores se valen de una bomba de succión para captar la muestra hacia el
interior del instrumento. Una vez allí, los contaminantes se exponen a luz ultravioleta, lo
que genera partículas cargadas negativamente (iones) que se recogen y miden.
La luz ultravioleta utilizada para ionizar las sustancias químicas es emitida por una
lámpara de descarga gaseosa. Estas lámparas contienen gas a baja presión que permite
el paso de corriente de alta intensidad.
Existe una gran variedad de lámparas que emiten luz ultravioleta con diferentes energías
de ionización, lo que modifica la composición de los gases contenidos en su interior. Entre
las diversas lámparas con diferentes potenciales de ionización disponibles en el mercado,
cabe resaltar las lámparas de 10,2 eV (electronvoltios) y las lámparas de 10,6 eV, por
tener una vida útil prolongada, normalmente de 1 a 2 años de uso, y por ofrecer
resultados más estables.
La figura 5 muestra un diagrama de lámpara detectora de fotoionización y la unión de
electrodos.
amplificador
medidor
lámpara
salida de
muestra
UV
electrodo
elec trodo
entrada de
mues tra
Figura 5 – Diagrama de una lámpara detectora de fotoionización y la unión de
electrodos
Normalmente, las lámparas comercializadas están disponibles con energía de ionización
en los valores de 8,4 eV; 9,5 eV; 10,0 eV; 10,2 eV; 10,6 eV y 11,7 eV. El cuadro 1
presenta los potenciales de ionización de algunas sustancias químicas.
Cuadro 1 – Potencial de ionización de algunas sustancias químicas
Sustancia química
Acetona
Potencial de ionización
9,70
16
Sustancia química
Amoniaco
Benceno
Cianuro de hidrógeno
Cloruro de hidrógeno
Gas carbónico
Hexano
Hidrógeno
Nitrógeno
Metano
Monóxido de carbono
Oxígeno
Propano
Sulfuro de hidrógeno
Tricloroetileno
Trietilamina
Vapor de agua
Potencial de ionización
10,10
9,20
13,90
12,70
13,79
10,18
15,43
15,58
12,98
14,01
12,08
11,10
10,50
9,45
8,00
12,59
Fuente: Separata del curso "Air Monitoring for Hazardous Materials ", de la EPA.
5.3 Interpretación de los resultados
Cuando se desconoce la composición química de los compuestos orgánicos volátiles
muestreados, los fotoionizadores que usan lámparas de 10,6 eV y que, por ejemplo,
hayan sido calibrados con
isobutileno, se podrán usar para determinar la totalidad de
esas sustancias, siempre que estas sean ionizables hasta 10,6 eV. No obstante, los
resultados obtenidos se expresarán como concentraciones totales en ppm (partes por
millón), con equipo calibrado para isobutileno.
Si se conoce la sustancia y, por lo tanto, no se trata de una mezcla, como por ejemplo, la
presencia en un ambiente de vapores de n-hexano, cuyo potencial de ionización es de
10,18 eV, se deberá corregir el resultado obtenido para n-hexano, ya que el equipo se
calibró para isobutileno, y se deberá expresar como equivalente a la concentración total
de n-hexano.
Si se observa la curva de calibración presentada en la figura 6, se puede constatar que
esta es lineal hasta el valor de 500 ppm en volumen. Para concentraciones mayores es
interesante usar muestras diluidas para obtener mejor precisión.
En algunos casos, las concentraciones elevadas de ciertas sustancias químicas presentan
distorsiones en los resultados (valores bajos), debido a que la curva de calibración del
equipo no es lineal a partir de ciertas concentraciones. Por ejemplo, como se puede
observar en la figura 6, a partir de 900 ppm de benceno, no se establece una respuesta
lineal.
600
Lectura
en el medidor
400
BENCENO
200
100
300
500
700
ppm (en volumen)
900
17
Figura 6 – Curva de calibración de equipo fotoionizador
Una vez que se haya calibrado cada equipo fotoionizador para una determinada sustancia
química, se deberán corregir las lecturas obtenidas en el panel de lectura del equipo
relacionadas a otras sustancias que no sean las mismas que se hayan usado en la
calibración. Para ello se deberán usar cuadros que presenten respuestas pertinentes,
según se muestra en el ejemplo del cuadro 2.
Cuadro 2 – Respuestas pertinentes para algunas sustancias químicas, usando
un fotoionizador con una lámpara de 10,2 eV y calibrado para benceno
Sustancia química
Acetona
Amoniaco
Benceno
Cloruro de vinilo
Fosfina
Hexano
Isobutileno
m-Xileno
Respuesta pertinente
0,63
0,03
1,00
0,50
0,20
0,22
0,55
1,12
Fuente: Separata del curso "Air Monitoring For Hazardous Materials "
Para obtener la concentración real de la sustancia en estudio, se usa la siguiente relación:
Concentración real =
Lectura del instrumento
Respuesta relativa
5.4 Limitaciones y consideraciones
Los gases cuyos potenciales de ionización sean menores o iguales al potencial de
ionización de la lámpara usada en el equipo fotoionizador siempre serán ionizados.
Las principales sustancias componentes del aire atmosférico, es decir, oxígeno, gas
carbónico y nitrógeno, no son de interés durante los monitoreos de contaminantes
gaseosos. Dado que sus potenciales de ionización son 12,08 eV, 13,79 eV y 15,58 eV,
respectivamente, para que estos no sean detectados, es necesario que las lámparas que
se van a usar en los fotoionizadores tengan un potencial de ionización inferior a los
mismos.
Es decir, para que el oxígeno, el gas carbónico y el nitrógeno no sean detectados, se
deberá usar la lámpara con mayor potencial de ionización (de 11,7 eV) generalmente
usada para esas situaciones. En caso contrario, se estarían detectando los gases del aire
atmosférico que no son objeto de evaluación para determinar los contaminantes
causantes de derrames de sustancias químicas.
18
Las lámparas usadas en los fotoionizadores poseen fluoruro de magnesio o fluoruro de
litio. El fluoruro de magnesio se usa en las lámparas de energía más baja, mientras que el
fluoruro de litio se usa en las lámparas de energía más alta, de 11,7 eV. El fluoruro de litio
se usa para permitir la emisión de fotones, con alta energía. Sin embargo, el mismo sufre
la interferencia de la humedad del aire, lo que reduce la vida útil de la lámpara de 11,7 eV.
En la práctica, tenemos que la lámpara de 11,7 eV tiene, en promedio, un décimo de la
vida útil de una lámpara de 10,6 eV.
Cabe resaltar, que los fotoionizadores no responden a determinados hidrocarburos de
bajo peso molecular, tales como metano y etano ni a ciertos gases y vapores tóxicos,
tales como gas cianhídrico y tetracloruro de carbono, los cuales tampoco pueden ser
detectados por el equipo debido a su alto potencial de ionización.
Así, el gas metano, que posee alto potencial de ionización y es el principal constituyente
del gas natural, no se podrá detectar mediante la técnica de la fotoionización. El gas
metano es generado por la fermentación natural de alcantarillados domésticos y
normalmente está presente en rellenos sanitarios. Este puede incluso interferir en las
mediciones realizadas con fotoionizadores debido a la absorción de energía de luz
ultravioleta, sin sufrir ionización. Esto reduce la ionización de otras sustancias químicas
que, eventualmente, estén presentes en el lugar de la medición.
De acuerdo con los potenciales de ionización presentados en el cuadro 7, se puede
constatar que, además del metano, otros gases, también presentes en los alcantarillados
domésticos e industriales, tales como gas carbónico, monóxido de carbono, hidrógeno e
incluso vapor de agua, no pueden ser detectados por la técnica de la fotoionización.
Si bien el vapor de agua no es ionizado por las lámparas de fotoionización, es capaz de
reflejar, dispersar y absorber la luz ultravioleta en la cámara de ionización. Las altas
concentraciones de vapor de agua pueden reducir, o incluso bloquear, la capacidad del
instrumento para detectar bajas concentraciones de la sustancia contaminante que se va
a monitorear.
La temperatura y la humedad también interfieren en las mediciones y pueden causar
algunos problemas en el equipo. Por ejemplo, si el instrumento todavía no está lo
suficientemente caliente y se lleva a una atmósfera cálida y húmeda, esa humedad puede
condensarse en la lámpara y reducir la luz emitida. La humedad del aire también reduce la
ionización de las sustancias que se van a monitorear y provocan una reducción en la
medición.
Algunos modelos de fotoionizadores no son intrínsecamente seguros y para utilizarlos en
atmósferas potencialmente inflamables o combustibles es necesario usar
simultáneamente un indicador de gas combustible. Actualmente, existen en el mercado
diversos modelos de equipos fotoionizadores seguros. Las líneas de alta tensión, los
transformadores de energía y luz, así como la electricidad estática y la radiofrecuencia,
principalmente la de radios de comunicación, pueden interferir durante las mediciones.
Cuando se usa una lámpara, la intensidad de la luz ultravioleta disminuye. Si bien esta
seguirá teniendo la misma energía de ionización, la respuesta será más lenta. Esto se
podrá detectar durante la calibración y ajustes del instrumento.
Algunos modelos de fotoionizadores más modernos tienen conexiones para la interfaz con
computadores personales y un registrador de datos para almacenar las lecturas
realizadas en diversos puntos de muestreo a fin de poder transferir los resultados
obtenidos a una computadora.
5.5 Calibración
19
Los fotoionizadores siempre se calibran para una sustancia química específica. No
obstante, la respuesta del instrumento para otras sustancias químicas se podrá obtener a
partir de los datos suministrados por los fabricantes mediante el uso de cuadros y curvas
de calibración.
6. Monitores químicos específicos
Además de la operación continua y del monitoreo personal, esta línea de instrumentos se
creó para el control e higiene del trabajo, así como para su uso durante accidentes que
implican la liberación de gases y vapores tóxicos. Algunos modelos poseen una interfaz y
un software apropiados que facilitan el almacenamiento de datos por periodos largos y la
representación gráfica de los resultados en la computadora. Los monitores más comunes
se usan para detectar el monóxido de carbono y el gas sulfhídrico, pero también se
dispone de monitores para el amoniaco, el cianuro de hidrógeno y el cloro.
6.1 Aplicación
Estos equipos son de alta precisión durante el monitoreo, gracias a compensaciones
controladas por un microprocesador interno. También disponen de una alarma sonora y
una alarma visual que funcionan con baterías y se activan siempre que la concentración
del gas que se esté monitoreando en la atmósfera exceda el nivel de seguridad
preestablecido.
6.2 Principio de operación
Las moléculas de la sustancia se absorben en una célula electroquímica que contiene una
solución química y dos o más electrodos. La sustancia en análisis reacciona con la
solución y con los electrodos.
La reacción que se produce en el interior de la célula puede generar una corriente
eléctrica o un cambio en la conductividad de la solución. Esas alteraciones serán
directamente proporcionales a la concentración del gas. El cambio en la señal se expresa
a través de un movimiento en la aguja o una respuesta digital en el medidor. La
selectividad del sensor depende de la elección de la solución química y de los electrodos.
6.3 Interpretación de los resultados
Estos equipos ofrecen lecturas directas que se pueden observar en paneles de lectura
digitales o analógicos. Los resultados obtenidos con estos instrumentos se presentan en
lecturas expresadas en partes por millón (ppm) o en porcentaje en volumen (% en
volumen).
6.4 Limitaciones y consideraciones
Al igual que los sensores de oxígeno, los sensores electroquímicos se desgastan con el
tiempo, principalmente cuando se exponen a un alto nivel de humedad y a temperaturas
extremas. Actualmente, estos monitores específicos solo permiten detectar algunos
gases. Las células electroquímicas sufren algunas interferencias de otros gases. Por
ejemplo, los sensores de monóxido de carbono también responden al gas sulfhídrico.
20
6.5 Calibración
Antes de usar estos instrumentos, se deben hacer dos verificaciones: la verificación del
cero y la verificación del valor de referencia (span). De ser necesario, se deben ajustar
ambos.
Cabe resaltar que estas verificaciones se deben realizar en la misma altitud en que se
usará el instrumento. En caso contrario, podrá haber errores en las lecturas. Asimismo,
cabe recordar que los instrumentos se deben calibrar mediante el uso de sistemas de
calibración (kits) que, normalmente, son suministrados por los fabricantes de los equipos.
7. Medidores de pH
Los medidores de pH también se denominan pH-metros. Para medir la acidez o la
alcalinidad de una solución usamos una escala denominada escala de pH.
Esta escala posee valores de pH comprendidos entre 0 y 14. El pH de una sustancia
química se puede determinar colorimétricamente o electrométricamente.
Si bien el método colorimétrico requiere menos equipos; está sujeto a muchas
interferencias, por lo cual permite solo una estimación aproximada. El método
electrométrico se considera un método analítico estándar.
7. 1 Aplicación
Las soluciones ácidas presentan valores de pH inferiores a 7, mientras que las soluciones
alcalinas presentan valores de pH superiores a 7.
El valor de pH igual a 7 indica un medio neutro.
El carácter ácido o básico de una solución está determinado por la presencia de iones H+
o de iones OH-.
Si bien el pH de las aguas naturales generalmente oscila entre 4,0 y 9,0, la mayoría de las
veces, las aguas son ligeramente alcalinas debido a la presencia de carbonatos y de
bicarbonatos. Los diferentes valores, es decir, inferiores a 4,0 y superiores a 9,0,
normalmente se pueden atribuir a la presencia de residuos industriales, ácidos o alcalinos.
7.2 Principio de operación
El principio básico de la medición electrométrica de pH es la determinación de la actividad
de los iones de hidrógeno por la verificación potenciométrica, usando los siguientes
dispositivos:
-
un electrodo patrón, que contiene hidrógeno; y
-
un electrodo de referencia.
La membrana del electrodo de vidrio separa dos líquidos con diferentes concentraciones
de iones H+ y entre los dos lados de la membrana se desarrolla un potencial proporcional
a la diferencia de pH entre los dos líquidos, que se mide en relación con un potencial de
referencia, que a su vez, está determinado por un electrodo de calomel saturado.
El electrodo de vidrio y el electrodo de referencia pueden estar combinados en un solo
electrodo.
La figura 7 indica los componentes de un electrodo de vidrio.
21
Figura 7 – Componentes de un electrodo de vidrio
En la extremidad del tubo de vidrio hay una fina capa de vidrio especial sensible a los
iones H+. El tubo se llena con una solución de pH constante, en la cual también se
sumerge un filamento conductor. Si la actividad del ion hidrógeno es mayor o menor en la
solución procesada que dentro del electrodo, existirá un diferencial de potencial (DP),
mayor o menor en la extremidad del vidrio.
7.3 Interpretación de los resultados
Los resultados obtenidos con estos instrumentos presentan lecturas, expresadas
directamente en el panel de lectura del aparato, con uno o dos decimales de forma
analógica o digital.
7.4 Limitaciones y consideraciones
El método electrométrico está prácticamente libre de interferentes como el color, la
turbiedad, materiales coloidales, cloro libre, oxidantes, reductores o alto contenido de gas.
Los aceites y las grasas pueden interferir en el equipo y causar una respuesta lenta. La
influencia de la temperatura de la muestra en el potencial del electrodo está determinada y
compensada por el mismo equipo.
El error alcalino es el error negativo de determinación de pH que aparece cuando la
concentración de iones H+ es muy pequeña en relación con las concentraciones de los
demás cationes de la muestra, principalmente del catión sodio. Estos cationes se difunden
a través de la membrana del electrodo, lo que dificulta la migración de los aniones y da
lugar a la acumulación de un potencial más elevado, indicando un pH más bajo.
Este error alcalino también se conoce como error del sodio. Este error ocurre en valores
de pH superiores a 10 y se puede corregir si se consulta el cuadro o la curva de
calibración proporcionados por el fabricante para cada tipo de electrodo usado. Este error
22
también se puede evitar si se usa un electrodo especial denominado electrodo de bajo
error alcalino.
7.5 Calibración
Para calibrar correctamente un equipo medidor de pH, se deben seguir los siguientes
pasos:
- sumerja los electrodos en una solución patrón, normalmente con pH = 6,86;
- ajuste el compensador de temperatura a la temperatura de la solución patrón indicada
por el fabricante, generalmente la temperatura ambiente;
- agite ligeramente la solución patrón;
- deje de agitar y espere que la solución se estabilice;
- ajuste el puntero del panel de lectura al pH = 6,86, de ser el caso;
- retire los electrodos de la solución patrón,
- y elimine la parte de la solución usada.
Una vez concluida esta etapa, deberá repetir la operación pero con otra solución patrón,
igualmente apropiada y normalmente con pH = 4,01, de modo que el pH de las muestras
que se van a analizar sea intermedio entre los pH de las soluciones patrón usadas en la
calibración.
Cuando se realizan las determinaciones de pH, se debe calibrar el aparato antes de cada
medición.
Si se realizan varias determinaciones de pH, aunque de forma continua, se recomienda
calibrar el equipo cada dos horas de uso.
7.5.1 Recomendaciones
Para el perfecto funcionamiento de los medidores portátiles de pH es fundamental
observar algunas recomendaciones de los fabricantes de los equipos, por ejemplo:
- verifique siempre si hay alguna grieta o problema mecánico en la parte inferior del
tubo de vidrio del electrodo;
- si constata algún problema o defecto en el electrodo de vidrio, cámbielo
inmediatamente, dado que este no se podrá reparar;
- verifique si hay burbujas de aire en la solución patrón de cloruro de potasio
contenida en el interior del electrodo,
- en caso de constatar la presencia de burbujas, elimínelas totalmente, agitando el
electrodo en sentido vertical.
7.5.2 Limpieza de los eléctrodos
Para limpiar los electrodos y remover los depósitos de contaminantes formados y
acumulados en las membranas, se deben seguir los siguientes pasos:
-
sumerja los electrodos por 20 segundos en una solución de ácido clorhídrico al
50%;
23
-
lave bien los electrodos con agua destilada;
-
deje los electrodos en reposo por 24 horas en una solución de 3,5 M (Molar) de
cloruro de potasio;
-
si los electrodos están contaminados con aceites y grasas que se adhieren
fácilmente a las superficies de los mismos, retire los contaminantes con solventes
adecuados suministrados por el fabricante o, en su defecto, con acetona.
8. Cromatógrafos gaseosos
La cromatografía gaseosa es una técnica analítica usada para promover la separación de
sustancias volátiles de una muestra, a través de su arrastre por medio de un gas inerte,
sobre una columna cromatográfica. Los equipos, portátiles o de laboratorio, que usan esta
técnica analítica se denominan cromatógrafos.
8.1 Aplicación
Los cromatógrafos gaseosos portátiles permiten realizar análisis cualitativos y
cuantitativos en campo, en determinadas situaciones. Si bien es probable que los
resultados obtenidos en campo no sean tan precisos como los obtenidos en análisis de
cromatografía gaseosa realizados en laboratorio, pueden ser útiles para el proceso de
selección de áreas contaminadas. De este modo también reducen el número de muestras
que se deben recolectar para los análisis en el laboratorio. Se pueden programar algunos
cromatógrafos gaseosos portátiles para realizar muestreos y análisis periódicos,
almacenar los resultados correspondientes a esos análisis en los denominados
cromatogramas y recuperarlos posteriormente.
Algunos equipos más modernos se pueden programar para desarrollar muestreos
periódicos de las concentraciones de vapores orgánicos totales y, en caso de que las
concentraciones superen determinados límites preestablecidos, identificar los
contaminantes e informarlos en el equipo, al activar el modo operacional del cromatógrafo.
8.2 Principio de operación
Como se ha mencionado, la cromatografía gaseosa es una técnica analítica usada para
promover la separación de sustancias volátiles de una muestra, denominada mezcla, a
través de su arrastre por medio de un gas, denominado fase móvil o gas de arrastre,
sobre una columna cromatográfica, denominada fase estacionaria, como se muestra en la
figura 8 presentada a continuación.
Después de separar los componentes de la mezcla en la columna cromatográfica y
después de su elución, estos son conducidos hacia un detector, donde son identificados y
cuantificados. La señal generada por el detector se transmite y envía hacia un integrador,
donde se procesan los datos y el resultado se informa a través de un gráfico denominado
cromatograma.
Básicamente, los cromatógrafos gaseosos están compuestos por cinco elementos:
1. la fuente del gas de arrastre, es decir, un cilindro metálico bajo alta presión,
provisto de reguladores de presión de salida para el equipo;
2. el sistema de inyección de muestras en el equipo;
3. la columna de separación de los componentes de la mezcla, ubicada en un horno;
24
4. el detector;
5. el registrador.
Figura 8 – Componentes de un cromatógrafo gaseoso
El método de separación cromatográfica, en fase gaseosa, consiste en el siguiente
procedimiento:

la muestra se inyecta en un bloque de calentamiento, donde se vaporiza
inmediatamente y es arrastrada por la corriente del gas de arrastre hacia la
columna cromatográfica;

el gas de arrastre debe presentar un alto grado de pureza y no debe interferir en la
muestra;

los componentes de la muestra son adsorbidos en el nivel de la cabeza de la
columna por la fase estacionaria y después son desadsorbidos por la nueva
fracción del gas de arrastre;

este proceso se repite sucesivas veces a medida que la muestra se va
desplazando, por el gas de arrastre, hacia la salida de la columna, a una velocidad
propia y, por consiguiente, se forma una banda correspondiente a cada una de
esas sustancias.;

los componentes de la mezcla son eluidos, uno después del otro, en orden
creciente de los respectivos coeficientes de partición, y penetran en un detector.
En los análisis por cromatografía gaseosa, se deben respetar las siguientes condiciones
técnicas:
1. los gases que se encuentran contenidos en cilindros metálicos, bajo presión, son
distribuidos al sistema por registros separadores (manifolds) y pasan por un filtro
instalado en la entrada de la línea e inmediatamente entran en el cromatógrafo
gaseoso;
2. las muestras que se van a analizar se deben introducir en el equipo, en forma de
vapor, en el menor volumen y tiempo posibles, sin descomponer ni fraccionar o
alterar las condiciones de equilibrio de la columna. Generalmente, las muestras
líquidas se inyectan con una micro-jeringa a través de un septo de caucho autosellable hacia un bloque metálico que es calentado por un resistor controlado.
25
Luego, la muestra es vaporizada y conducida hacia la columna cromatográfica,
por la corriente del gas de arrastre.
Por lo general, se usan dos tipos básicos de columnas cromatográficas: las columnas de
llenado, denominadas columnas empacadas, y las columnas tubulares, denominadas
columnas capilares.
✔
columnas empacadas: están compuestas por tubos de acero inoxidable, de
cobre, de níquel o de vidrio, con diámetros internos que varían de 3,175 mm a
6,350 mm y longitudes que varían de uno a cinco metros. Las columnas de
vidrio se usan para analizar productos farmacéuticos y biológicos mientras que
las de acero inoxidable se usan para fines genéricos. Las columnas
empacadas se llenan en una fase líquida, no volátil, específica para la
cromatografía gas-líquido. En el caso de la cromatografía gas-sólido, los
materiales de llenado de esas columnas son sólidos adsorbentes, como
alúmina, carbón activado, sílice y zeolitos sintéticos (Chromosorb), entre otros;
✔ columnas capilares: están compuestas por tubos muy finos de sílice fundido,
con diámetros internos que varían de 0,05 mm a 0,32 mm (narrow bore) y de
0,45 mm a 0,53 mm (wide bore) y longitudes que varían de 10 a 100 metros.
Estas columnas están revestidas internamente por una capa rugosa,
denominada celite, impregnada de una fase líquida grasa orgánica, de alto
punto de ebullición.
Las columnas empacadas proveen resultados con mejor resolución, en comparación con
las columnas capilares. Sin embargo, en las columnas capilares se usa menos volumen
de muestra que en las columnas empacadas.
Localizado en la salida de la columna separadora, el detector reacciona con la llegada de
los componentes que fueron separados a medida que estos salen de la columna, y emite
la señal eléctrica correspondiente. La temperatura del compartimiento del detector debe
ser lo suficientemente elevada para evitar la condensación de los vapores de la muestra,
sin provocar su descomposición. Existen diversos tipos de detectores para los diferentes
análisis y compuestos investigados. Los principales detectores usados en cromatógrafos
gaseosos son los siguientes:
✔

FID – Detectores de ionización de llama;

PID – Detectores de fotoionización;

ECD – Detectores de captura de electrones.
FID – Detectores de ionización de llama: constituyen uno de los tipos más
usados de detectores, debido a su alta sensibilidad y a la larga banda lineal.
En estos dispositivos, existe una pequeña llama de hidrógeno, en presencia de
un exceso de aire y rodeada por un campo electrostático. Los compuestos
orgánicos, eluidos de la columna cromatográfica, se someten a la combustión,
durante la cual se forman fragmentos iónicos y electrones libres, los cuales son
recolectados y producen una corriente eléctrica, proporcional a la velocidad
con la que los componentes de la muestra penetran en la llama. Los detectores
FID responden muy bien a los compuestos orgánicos, en niveles de ppm
(partes por millón). Los detectores FID no responden a los compuestos
inorgánicos, con excepción de aquellos que son fácilmente ionizables. La
insensibilidad de estos detectores, al agua, a los gases permanentes, al
monóxido de carbono y al dióxido de carbono, constituye una ventaja en el
análisis de extractos acuosos y en estudios sobre contaminación atmosférica;
26
✔ PID – Detectores de fotoionización: los eluentes de la columna cromatográfica
son fotoionizados por una luz ultravioleta, emitida por una lámpara de 10,6 eV.
La corriente producida por los iones se mide mediante el detector y es
proporcional a la concentración y a la respuesta del material ionizado. Estos
detectores se usan, principalmente, para los análisis de compuestos orgánicos,
tales como hidrocarburos aromáticos e hidrocarburos insaturados, entre otros;
✔ ECD – Detectores de captura de electrones: son detectores selectivos,
específicos para análisis de compuestos electrofílicos, tales como compuestos
organoclorados, pesticidas y nitrocompuestos. Una fuente de níquel-63 ioniza
las moléculas del gas de arrastre. Las partículas beta, emitidas por el isótopo,
ionizan el gas de arrastre mientras que los iones y los electrones resultantes
migran hacia el ánodo-colector, por influencia de un voltaje polarizado y
pulsante, aplicado entre la fuente y el colector. La frecuencia de pulsación se
controla para mantener la corriente constante y es la generadora de la señal
analítica. La aplicación más importante de los detectores, por captura de
electrones, reside en la determinación de los pesticidas clorados y de los
compuestos polinucleares.
En general, el registrador que está conectado a la señal de salida del sistema detectoramplificador traza los cromatogramas en una tira de papel. La señal de salida del sistema
detector/amplificador/registrador debe ser lineal con las concentraciones de cada
sustancia detectada. Esta condición define la banda utilizable del detector la cual,
asociada a la sensibilidad, provee los límites de concentración.
8.3 Interpretación de los resultados
Los resultados de un análisis cromatográfico que se van a interpretar se pueden obtener de dos
maneras:

por análisis cuantitativo;

por análisis cualitativo.
8.3.1 Interpretación de los resultados obtenidos por análisis cualitativo
Si la temperatura de la columna y la tasa de flujo del gas de arrastre son constantes, los
compuestos serán eluidos de la columna en un tiempo característico, denominado tiempo
de retención, el cual es característico del compuesto y del tipo de columna usada.
El tiempo de retención, según se demuestra en el cromatograma ilustrado en la figura 9,
es la distancia sobre los ejes de los tiempos, desde el punto de inyección de la muestra
hasta el pico de un componente eluido.
27
Figura 9 – Cromatograma que ilustra los tiempos de retención
Los análisis cromatográficos cualitativos se pueden realizar mediante la comparación de
los tiempos de retención de compuestos de una muestra desconocida con los tiempos de
retención de compuestos conocidos, bajo condiciones analíticas-patrón, idénticas.
El tiempo de retención de los compuestos de una muestra depende, básicamente, de
algunos factores, como:
✔ el tipo de columna cromatográfica usada: diferentes sustancias adsorbentes de
llenado y líquidos grasos de revestimiento, modifican el tiempo de retención de
los compuestos;
✔ la temperatura de la columna: a medida que la temperatura de la columna
aumenta, el tiempo de retención de cada compuesto disminuye;
✔ la longitud de la columna: al aumentar la longitud de la columna
cromatográfica, aumenta el tiempo de retención, y
✔ el escurrimiento del gas de arrastre: al duplicarse la tasa de escurrimiento del
gas de arrastre, el tiempo de retención de cada compuesto se reduce a la
mitad.
En la Figura 10, se presenta un modelo de cromatograma que ilustra los tiempos de
retención e identifica algunos compuestos.
28
Figura 10 – Cromatograma que ilustra los tiempos de retención e identifica los
compuestos
8.3.2 Interpretación de los resultados obtenidos por análisis cuantitativo
Los análisis cromatográficos cuantitativos se pueden hacer al comparar el área del pico
del compuesto presente en la muestra analizada con el área equivalente al área del pico
de algunas sustancias patrón conocidas. El área del pico se puede cuantificar de
diferentes maneras.
El área correspondiente al pico del cromatograma de un determinado compuesto es
proporcional a la concentración de este compuesto en el detector del equipo.
8.3.2.1 Triangulación
La triangulación, según se muestra en la figura 11, transforma el pico del cromatograma
en un triángulo al usar los lados del pico para formar los lados del triángulo y la línea base
del cromatograma para formar la base del triángulo.
El área del pico se calcula mediante la siguiente fórmula:
Área = 1/2 Base x Altura
29
Figura 11 – Cálculo del área del pico, por la triangulación
8.3.2.2 Integradores
Los integradores calculan el área del pico electrónicamente y registran el resultado. En
función de la facilidad de operación, estos equipos son muy usados en cromatógrafos
portátiles. Cuando se usa un microprocesador, los tiempos de retención de los
compuestos presentes en una muestra se comparan con los tiempos de retención de los
compuestos usados como patrones y, de esta forma, la lectura identifica los compuestos
presentes en la muestra.
Cuando se identifica un compuesto, el área equivalente al pico de este compuesto se
compara con el área del pico del patrón equivalente y, entonces, se obtiene la
concentración de la muestra. Por lo tanto, al usar los integradores, cada muestra se
analiza y evalúa tanto cualitativamente como cuantitativamente.
8.4 Limitaciones y consideraciones
Como se ha mencionado, los cromatógrafos gaseosos permiten realizar análisis
cualitativos y cuantitativos en determinadas situaciones en el campo. Si bien es probable
que los resultados obtenidos en campo no sean tan precisos como los obtenidos en los
análisis de cromatografía gaseosa realizados en laboratorio, pueden ser útiles para el
proceso de selección de áreas contaminadas y, de esta manera, reducir el número de
muestras necesarias para el análisis que se va a realizar en el laboratorio.
También se mencionó que algunos cromatógrafos portátiles se pueden programar para
realizar muestreos periódicos, almacenar los cromatogramas y recuperarlos
posteriormente. Algunos equipos más modernos se pueden programar para desarrollar
muestreos periódicos de la concentración de vapores orgánicos totales y, en caso de que
la concentración supere determinados límites preestablecidos, el equipo identifica el
contaminante en el modo cromatógrafo.
Las muestras de suelo y de agua se pueden analizar mediante equipos donde se usa una
técnica analítica específica denominada Headspace. Estos equipos son apropiados para
30
determinar los compuestos volátiles en muestras líquidas o sólidas para las que
generalmente no habría condiciones analíticas. El método de separación cromatográfica,
ejecutado por la Técnica Headspace, consiste en las siguientes etapas:

se coloca una parte de la muestra en un frasco y se vuelve a poner la tapa
inmediatamente;

se calienta el frasco por un determinado período, generalmente a 80 °C, durante
treinta minutos en que se produce la partición de las moléculas, es decir, una parte
de estas moléculas llega a la parte superior del frasco;

se acopla el frasco directamente al cromatógrafo, en el cual el gas de arrastre
penetra en el frasco y provoca el transporte de la masa gaseosa de la muestra
hacia el interior del cromatógrafo;

el análisis cromatográfico se produce normalmente y entonces se genera el
cromatograma.
La sensibilidad analítica de los cromatógrafos portátiles siempre dependerá de los
compuestos que se van a determinar, así como del método de muestreo y del detector
elegido para el análisis.
9. Medidores de interfaz
Los medidores de interfaz son equipos electrónicos usados para determinar el nivel de
agua y del espesor de la lámina de sustancias líquidas inmiscibles en el agua, como:

combustibles automotores;

hidrocarburos que se encuentren en fase libre, ya sean menos o más densos
que el agua.
9.1 Aplicación
Los medidores de interfaz poseen un amplio uso y aplicación en el área ambiental y en
estudios hidrogeológicos, en especial para determinar la presencia de contaminantes
orgánicos al interior de pozos de monitoreo, pozos de agua y cajas de descenso de nivel
freático que generalmente existen en subsuelos de edificios residenciales y comerciales,
entre otros lugares.
9.2 Principio de operación
Como se ha mencionado, los equipos medidores de interfaz se usan específicamente
para medir el nivel de agua y el espesor de la lámina de la sustancia contaminante. Por lo
general, se colocan en un carrete de plástico que se encuentra apoyado en un soporte
metálico.
En el carrete hay enrollada una cinta de PAD - Polietileno de Alta Densidad milimetrada y
marcada cada medio centímetro, la cual también posee en la punta dos conductores de
acero inoxidable que están protegidos por una sonda metálica también de acero
inoxidable.
Para determinar los niveles de los líquidos, los equipos medidores de interfaz usan los
siguientes dispositivos:

un emisor de rayo infrarrojo;
31

un recolector.
Cuando la sonda entra en contacto con un líquido, el rayo infrarrojo es desviado del
colector y se activan simultáneamente, una señal sonora y una señal luminosa.
En caso de que la muestra en análisis sea una sustancia con baja conductividad, las
señales son continuas.
Por otro lado, en caso de que se esté midiendo agua con el equipo, la conductividad de la
misma provoca el cierre de un circuito eléctrico, que, en este caso, se sobrepone al
circuito del rayo infrarrojo, razón por la cual las señales pasan a ser intermitentes.
La figura 12 muestra la ilustración de un equipo medidor electrónico.
HS
conecta
desconecta
Figura 12 – Ilustración de un medidor electrónico de interfaz
9.3 Mediciones e interpretación de resultados
Para medir el nivel de agua y el espesor de la fase libre de sustancias líquidas inmiscibles,
menos densas o más densas que el agua, se procede de la siguiente manera:
9.3.1 Sustancia menos densa que el agua

se coloca el equipo lo más cerca posible del lugar que se va a monitorear;

se conecta el cable de tierra en un punto metálico adecuado y se conecta el
equipo;

se desenrolla lentamente la cinta para bajar la sonda en el lugar que se va
monitorear;

cuando se activan las señales de alarma, indicando que la sonda tocó el líquido
sobrenadante, se deja de desenrollar la cinta inmediatamente;

la señal de alarma será continua, lo que indica la interfaz del aire con la sustancia
sobrenadante;

se realiza la lectura del valor observado en la cinta, referente a la profundidad
alcanzada por esta al tocar la fase libre de la sustancia, en relación con el borde
del lugar;
32

se registra el valor de la lectura realizada;

se desenrolla muy lentamente la cinta para seguir bajando la sonda en el lugar de
monitoreo y realizar la medición;

cuando la señal de alarma cambia para intermitente, indicando la interfaz de la
sustancia sobrenadante con el agua, se deja de desenrollar la cinta
inmediatamente;

se realiza la lectura del valor observado en la cinta milimetrada, referente a la
profundidad alcanzada por esta al término de la fase libre de la sustancia y, por
consiguiente, referente al punto donde el sensor toca el agua;

se registra el valor de la lectura realizada;

se resta el valor de la segunda lectura al valor de la primera para determinar el
espesor de la fase libre de la sustancia sobrenadante.
Cabe resaltar que si no hay ninguna sustancia en fase líquida sobrenadante, solo se
accionará la alarma intermitente, lo que indicará que en el lugar solamente hay la
presencia de agua.
9.3.2 Sustancia más densa que el agua

se coloca el equipo lo más cerca posible del lugar que se va a monitorear;

se conecta el cable de tierra a un punto metálico adecuado y conecte el equipo;

se desenrolla muy lentamente la cinta para bajar la sonda en el lugar que se va a
monitorear;

cuando se activan las señales de alarma, indicando que la sonda tocó el agua, se
deja de desenrollar la cinta inmediatamente;

la señal de alarma se ve intermitente, lo que indica la interfaz del aire con el agua;

se realiza la lectura del valor observado en la cinta milimetrada, referente a la
profundidad alcanzada por esta al tocar el agua, en relación con el borde del local;

se registra el valor de la lectura realizada;

se prosigue la medición y se desenrolla muy lentamente la cinta para bajar la
sonda en el lugar monitoreado;

cuando la señal de alarma cambia a continuo, lo que indica la interfaz del agua con
la fase de la sustancia, se deja de desenrollar la cinta inmediatamente;

se realiza la lectura del valor observado en la cinta referente a la profundidad
alcanzada por esta al término de la fase del agua, es decir, cuando el sensor toca
la fase de la sustancia sumergida;

se registra el valor de la lectura realizada;

se prosigue con la medición y se desenrolla muy lentamente la cinta para bajar la
sonda en el lugar que se está monitoreando hasta tocar el fondo;

la señal de alarma será continua, lo que indica la fase de la sustancia sumergida;

se resta el valor de la segunda lectura al valor de la primera para determinar el
espesor de la fase libre de sustancia líquida sumergida.
33
Cabe resaltar, que si no hay fase libre de ninguna sustancia sumergida, solo se activará la
alarma intermitente, lo que indicará que en ese lugar solamente hay presencia de agua.
9.4 Limitaciones y consideraciones
Dado que las mediciones realizadas generalmente involucran sustancias inflamables,
como gasolina, aceite diesel y otros solventes, por razones de seguridad, es conveniente
siempre enterrar el equipo adecuadamente antes de usarlo.
El medidor de interfaz siempre se deberá usar con enterramiento adecuado, es decir, la
horquilla conectada al cable metálico espiralado que acompaña el equipo siempre se
deberá fijar en una asta metálica o en un punto metálico conectados al suelo para que
ocurra la transferencia de electrones hacia la tierra a fin de ecualizar una eventual
diferencia de potencial.
La mayoría de los equipos electrónicos medidores de interfaz presentan una precisión de
dos milímetros de espesor.
Los equipos siempre se deben mantener limpios y protegidos. Después de cada lectura se
debe limpiar el prisma óptico de la sonda, así como la parte de la cinta que está
sumergida. Para la limpieza no se deberán usar solventes, sino solo agua limpia, jabón
neutro y una escoba suave.
10.
Consideraciones finales
Las concentraciones de gases y de vapores en el aire, así como la presencia de
contaminantes en cuerpos de agua o en el suelo, pueden afectar significativamente la
composición de tales medios.
Las lecturas directas de esas concentraciones, realizadas en campo con equipos
portátiles de detección, proporcionan resultados que en la mayoría de los casos
identificarán y cuantificarán esas sustancias químicas, las cuales también servirán para
realizar las siguientes acciones:
-
evaluar los riesgos a la salud pública;
-
evaluar los riesgos a los equipos de atención;
-
seleccionar los equipos de protección personal adecuados;
-
delimitar las áreas de protección;
-
determinar los efectos potenciales de las sustancias al ambiente;
-
identificar acciones para combatir los riesgos con seguridad y eficacia.
Los instrumentos de lectura se desarrollaron inicialmente para servir como dispositivos de
alarma en instalaciones industriales donde se producen derrames o accidentes que
liberan una alta concentración de una sustancia química conocida.
Actualmente, esos instrumentos pueden detectar bajas concentraciones de algunas
clases específicas de sustancias químicas y proveer información durante el muestreo para
permitir una toma de decisión rápida respecto a las acciones subsecuentes al accidente.
Sin embargo, cabe resaltar que los análisis realizados en el laboratorio proveen resultados
más precisos que los del campo.
34
Cuando se realizan análisis en el laboratorio, es necesario recolectar y preservar
adecuadamente las muestras para evitar cualquier alteración en las características
originales de cada muestra que podría generar un costo adicional.
Debido al gran número de sustancias químicas generalmente es necesario recolectar
muestras de una sustancia química desconocida para analizarlas en el laboratorio debido
a las limitaciones relacionadas con los equipos portátiles de detección o a la imposibilidad
de identificar exactamente la sustancia implicada.
Al elegir los equipos portátiles de detección, se deben considerar algunos aspectos,
principalmente:
-
la resistencia del material;
-
la facilidad de operación;
-
que sean portátiles;
-
la seguridad intrínseca;
-
la capacidad de proporcionar resultados confiables.
Al igual que los equipos de monitoreo de lectura directa, en el mercado existen varias
pruebas semicuantitativas de análisis rápido, utilizadas específicamente para aplicaciones
de monitoreo ambiental en cuerpos hídricos, especialmente para los parámetros físicos y
químicos de diversas sustancias químicas, como:

cloro;

cianuros;

amoniaco;

metales pesados;

especies orgánicas.
La gran ventaja de estas pruebas semicuantitativas rápidas es que son fáciles de realizar,
no requieren capacitación específica para su uso ni la recolección y envío de las muestras
para ser analizadas en el laboratorio.
Sin embargo, las condiciones de la muestra, es decir, la presencia de color y de turbiedad,
interfieren considerablemente en el análisis, ya que estas pruebas se basan en el
desarrollo de una coloración al agregarse un reactivo específico a una parte de la muestra
en análisis.
Cabe resaltar que durante la atención de accidentes ambientales con productos
peligrosos, se deben realizar monitoreos constantes para evaluar los posibles daños al
ambiente y proporcionar la información sobre la concentración de los contaminantes
presentes en el lugar, lo que permite que los grupos de atención puedan desempeñar sus
actividades con seguridad.
35
11.
-
Bibliografía
NEOTRONICS: Instrumentos de Monitoramento. Georgia USA: Neotronics. 1991.
(Catálogo de equipos)
MSA: Equipos de Proteción e Instrumentos de Detección de Gases. São Paulo. Brasil:
MSA.1992. (Catálogo de equipos)
MSA: Products For Hazmat Protection Pittsburg USA: MSA.1988. (Catálogo de
equipos)
FOXBORO: Analyzers infrared. Massachussets USA: Foxboro.1988. (Catálogo de
equipos)
FOXBORO: Organic vapor analyzer. Massachussets USA: Foxboro.1984. (Catálogo
de equipos)
HNU: Gas chromatographs for environmental analysis. Massachussets USA.
HNU.1990. (Catálogo de equipos)
MSA: Mini guia de Produtos de Segurança e Proteción. São Paulo: MSA.1993.
(Catálogo de equipos)
MSA: Indicador de oxigênio. São Paulo: MSA.1984. (Catálogo de equipos)
MSA: Indicador de gás sulfídrico. São Paulo:MSA.1984. (Catálogo de instrumentos)
MSA: Indicador de monóxido de carbono. São Paulo: MSA.1989. (Catálogo de
instrumentos)
DRÄGER: Detector de Gases. São Paulo: Dräger.1990. (Catálogo de instrumentos)
FOXBORP: Portable vapor analyzer. Massachussets USA: Foxboro.1985. (Catálogo
de instrumentos)
FOXBORRO : Multipoint ambient air monitors. Massachussets USA: Foxboro.1985.
(Catálogo de instrumentos)
SPEX: Analisador Portátil de Ar Ambiente. São Paulo: Spex.1988. (Catálogo de
instrumentos)
MSA: Alarma de Gás Combustível. São Paulo: MSA.1988. (Catálogo de instrumentos)
POSSEBOM, José: Apostila do Curso de Gases e Vapores Orgânicos. São Paulo:
Fundación Armando Alves Penteado, 1984.
FILHO, Nécio de Souza et alli: Apostila do Seminário de Instrumentación e Leitura de
la Monitoración de Gases, Vapores e Contaminantes Tóxicos. MSA. São Paulo.1989.
BRASIL Norma L5.145 CETESB: Determinación de pH em Águas-Método
Eletrométrico.
AIHA: Manual of recomend practice of combustible gas indicators and portable, direct
reading hidrocarbon detectors - First edition American Industrial Association.1980.
EPA: Separata del curso: Emergency response to hazardous material incidents.1992
EPA: Separata del curso: Air monitoring for hazardous materials. 1993.
WILLARD, H; Merritt, L, Jr.; Dean, J: Análise Instrumental: Fundación CalousteGulbenkian – Lisboa 2 a edición. 986 p.
PERKIN ELMER INSTRUMENTS: Curso Básico de Cromatografía a Gás.
HS HIDRO-SUPRIMENTOS: Equipos para Hidrogeologia e Engenharia Ambiental.
36