Existem múltiplas maneiras de coletar e analisar o gás do solo para Intrusão de Vapores (IV), mas atualmente nos Estados Unidos a maioria das amostras são coletadas em recipientes de aço inoxidável passivado (também chamados de recipientes Summa Canisters®). Como os Canisters® e seus reguladores de fluxo são volumosos, complexos e sujeitos a problemas mecânicos, a comunidade VI busca um dispositivo mais simples, sendo que alguns membros da comunidade ambiental vêm adotando também amostradores passivos com adsorventes.
Nesse artigo discutiremos vários tipos de dispositivos de amostragem, juntamente com uma discussão sobre o uso de instrumentos eletrônicos.
Nos Estados Unidos, o método USEPA TO-15 é considerado como o principal método utilizado para análise de Compostos Orgânicos Voláteis (VOC) das matrizes ar do solo e ar ambiente.
O método USEPA TO-15 especifica não apenas o procedimento de análise por Cromatografia Gasosa e Espectrometria de Massas (GC/MS), mas também o tipo de recipiente de coleta para ar ambiente, gases e vapores subslab, considerando principalmente os recipientes de aço inoxidável evacuados e especialmente preparados, frequentemente conhecidos Summa Canisters®. Porém, devido às concentrações de gás no solo em áreas de fontes serem relativamente altas em relação ao ar ambiente indoor, recipientes menores e mais baratos também podem ser necessários e igualmente adequados.
Os Canisters® normalmente são equipadas com reguladores para controlar o tempo de enchimento, normalmente entre 5min e 24h. Os reguladores de fluxo são complexos e propensos a vazamentos, entupimentos e fluxos de vazão com taxas inadequadas, especialmente quando submetidos a manuseio inapropriado. Além disso, os botijões são volumosos, normalmente com tamanhos de ½L a 6L. Um kit com botijão e regulador é de alto custo e, por esse motivo, o estoque dos laboratórios costumam serem limitados. Os equipamentos devem ser limpos e testados entre as amostragens, sendo considerado como uma espécie de custo de aluguel para o usuário. Quando usado de forma adequada, os Canisters® fornecem uma indicação direta das concentrações de vapores no ar ambiente ou ar do solo.
Os frascos de vidro e os sacos do tipo Tedlar® são úteis para a amostragem do gás do solo mas apresentam limitações para serem usados para amostragem do ar do ambiente interno, que normalmente é coletado ao longo de 8 ou 24 horas. Recipientes de vidro são especialmente úteis para localizar áreas fontes de contaminação, mas podem não fornecer limites de quantificação relativamente baixos para avaliações de VI. Os recipientes de vidro (tipo vial) e os sacos Tedlar® têm a vantagem de serem descartáveis, o que reduz o risco de contaminação cruzada. Mas os frascos de vidro são preferíveis pois têm um tempo de de validade da amostra mais longo quando comparado com o Tedlar®.
Dispositivos adsorventes diferem pois, na verdade, não coletam ar. O adsorvente coleta os compostos químicos do ar do solo e, em alguns casos da água subterrânea. Dessa forma, fornece a massa de contaminação e não a concentração do composto químico, uma vez que o volume de ar equivalente à concentração é desconhecido.
Existem basicamente dois tipos de amostragem por adsorventes – ativo e passivo. As amostras de adsorventes ativo mais comuns consistem em tubos de aço inoxidável de ¼ de polegada de diâmetro (mostrado abaixo). O ar pode ser aspirado através deles com uma bomba ou seringa. Para fins de VI, as amostras de adsorvente são mais frequentemente analisadas por meio do Método USEPA TO-17, incluindo a análise por GC/MS como no USEPA TO-15.
O ar não é aspirado através dos adsorventes passivos. Os adsorventes passivos simplesmente absorvem os produtos químicos do ar circundante por meio da difusão molecular. Na Europa, adsorventes passivos têm sido usados há anos para amostrar o ar interno, principalmente na área da saúde ocupacional. Contudo, o uso de amostradores passivos para o gás do solo é relativamente novo. Existem vários projetos, incluindo uma versão modificada do tubo para TO-17, mas nenhum deles pode caber no orifício de pequeno diâmetro normalmente usado para amostragem subslab.
Além das vantagens de serem compactos e simples, além de baixo custo, as campanhas utilizando amostras com adsorvente são superiores aos recipientes para medição de VOC em concentrações muito baixas. Níveis de detecção mais baixos são alcançados puxando mais ar através de amostradores ativos ou aumentando o tempo de exposição de amostradores passivos. A capacidade de coletar grandes amostras de ar com adsorventes também permite que eles coletem compostos orgânicos semivoláteis (SVOC) mais pesados, que costumam estar associados a hidrocarbonetos de petróleo (PHC). Os adsorventes também podem ser usados para amostrar o vapor de mercúrio, que não pode ser amostrado por meio de recipientes evacuados. Adsorventes passivos são vantajosos para amostragem de longa duração e podem fornecer concentrações médias por um período de duas ou mais semanas, em comparação com recipientes evacuados que raramente têm uma duração de amostragem superior a 48 horas.
No entanto, os amostradores sorvente têm sérias limitações, uma das quais é que o cálculo do volume de ar representado pelos sorvente que não é necessariamente direto. Quando um laboratório analisa amostras de sorvente, mede a massa de um produto químico no sorvente. Com sorvente ativos, o coletor de amostra informa ao laboratório quanto ar foi retirado da amostra, e o laboratório divide a massa química pelo volume de ar para calcular as concentrações. No entanto, as amostras ativas são frequentemente coletadas com bombas alimentadas por bateria e, se a bomba ficar mais lenta devido ao esgotamento da bateria ou entupimento do filtro, o volume de ar real pode não ser conhecido.
No caso de sorventes passivos, os produtos químicos entram no sorvente por difusão molecular, não pelo fluxo de ar, e o laboratório deve determinar as taxas de absorção específicas do produto químico e do dispositivo de amostragem. O laboratório analisa as massas químicas de uma amostra e considera as taxas de absorção para calcular as concentrações, o que novamente leva a incertezas. A parte positiva é que como os produtos químicos entram em sorventes passivos via difusão molecular, os sorventes passivos às vezes podem ser enterrados em solos compactados ou úmidos que não produziriam gás de solo suficiente para a amostragem ativa. Consequentemente, as amostras passivas podem ser enterradas em uma configuração de malha para localizar fontes de contaminação, mas os resultados podem ser mais qualitativos do que quantitativos, e pode não ser possível avaliá-los em relação aos níveis de triagem ou outros limites.
Outra limitação dos sorventes é que eles adsorvem vários produtos químicos de forma diferente e é necessário usar o sorvente apropriado para os produtos químicos presentes. Também é fundamental expor o dispositivo de amostragem à quantidade adequada de ar. Se o amostrador for exposto a muito pouco ar, alguns produtos químicos não serão detectados. Se for exposto a muito ar, o sorvente se torna saturado e as concentrações mais altas de alguns produtos químicos não são registradas. Esses problemas dificultam a utilidade de sorventes em locais mal compreendidos.
A umidade e a temperatura também afetam a capacidade de absorção dos sorventes, o que pode exigir o uso de correções de umidade e temperatura. Essas limitações podem ser evitadas até certo ponto com a coleta de várias amostras com diferentes sorventes, volumes de ar e tempos de exposição, mas isso pode compensar o dinheiro economizado evitando recipientes. E embora os sorventes passivos funcionem bem com compostos mais pesados, incluindo alguns hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (PAH), eles têm um desempenho relativamente fraco com alguns compostos mais leves, especialmente o cloreto de vinila.
Talvez a maior limitação dos sorventes passivos seja que eles não permitem a coleta de dados de campo em tempo real. Usando instrumentos eletrônicos portáteis comuns e pontos convencionais de amostragem de gás do solo, VOC, oxigênio (O2), dióxido de carbono (CO2) e Limites Explosivos Inferiores (LEL) no gás do solo podem ser medidos instantaneamente. As concentrações de VOC podem ser medidas com vários graus de precisão, dependendo da sofisticação do dispositivo de medição. Medidores portáteis básicos podem fornecer níveis de VOC totais, O2, CO2 e LEL, enquanto os cromatógrafos a gás portáteis (GC/MS ou GC/FID/PID) podem fornecer concentrações de produtos químicos individuais. A capacidade de coletar dados em tempo real é especialmente útil para a prospecção de áreas fontes, porque a área de interesse pode ser modificada ou expandida em resposta aos dados de campo, sem ter que esperar pelos resultados analíticos.
Detectores de fotoionização portáteis (PID) geralmente não são suficientemente sensíveis para detectar gás do solo nos valores orientadores de Intrusão de Vapor (VISL) da EPA, mas são excelentes ferramentas suplementares que a maioria dos consultores já possui, e sua sensibilidade é adequada para localizar a fonte principal das áreas estudadas. Alguns medidores multigás combinam as funções dos medidores PID, LEL, O2 e LEL, além de fornecer informações úteis sobre o gás do solo, podem ser usados para purgar o gás do solo antes da amostragem.
A abordagem comum de purgar três volumes de gás do solo antes da amostragem é baseada em investigações nas quais o gás do solo foi amostrado após a purga de um, dois, três ou mais volumes de ar “morto” no trem de amostra e no ponto de amostra. As investigações descobriram que, na maioria dos ambientes, as concentrações de gás no solo se estabilizaram após a purga de três volumes de ar “morto”. Uma abordagem mais direta é monitorar as leituras de O2 e PID durante a purga com um medidor multigás e amostrar imediatamente após se estabilizarem.
Instrumentos mais sofisticados têm a capacidade de detectar vapores em concentrações mais baixas e distinguir entre outros compostos. Os GCs de campo, como o Frog 4000, podem distinguir vários compostos e podem atingir níveis de detecção mais profundos do que a maioria dos PIDs. O GC / MS também tem potencial para detectar compostos para os quais não foi calibrado, devido à sua capacidade de detectar linhas espectrais correspondentes ao peso dos fragmentos moleculares. No entanto, devido às limitações de trabalho em campo, um GC ou GC / MS portátil é menos confiável do que um instrumento de laboratório montado permanentemente, e os resultados são considerados dados de triagem que devem ser confirmados com amostras TO-15. Um GC ou GC / MS portátil também é caro em comparação a um medidor multigás e requer mais experiência para operar. Além disso, o custo de um Hapsite novo pode chegar a mais de USD$ 100.000,00, por isso a maioria das empresas preferem alugar esse ferramenta que pode também estar sujeito a problemas de uso e manutenção constante.
Para finalizar, um GC ou GC/MS pode ser usado no modo fixo para fornecer dados continuamente por longos períodos. Isso pode ser útil para alguns produtos químicos como o tricloroeteno (TCE), que pode causar problemas de saúde com curtas exposições. A capacidade de coletar dados continuamente por longos períodos torna o monitoramento eletrônico capaz de detectar picos de concentração de curto prazo, mas apresenta custo relativamente alto e requer considerável experiência, tornando-o inadequado para a grande maioria das avaliações de VI. Além disso, embora o custo do monitoramento contínuo as vezes possa ser justificado para a amostragem do ar interno, raramente fará sentido para a amostragem do gás do solo.
No próximo artigo, discutiremos os recursos, vantagens e aplicações de cada método em mais detalhes e forneceremos uma tabela que pode simplificar o processo de tomada de decisão ao decidir que tipo de amostras coletar.