Muestreo pasivo

El muestreo pasivo es una técnica de monitoreo ambiental que implica el uso de un medio de recolección, como un dispositivo artificial o un organismo biológico , para acumular contaminantes químicos en el ambiente a lo largo del tiempo. Esto contrasta con el muestreo puntual , que implica tomar una muestra directamente del medio de interés en un momento dado. En el muestreo pasivo, las concentraciones químicas promedio se calculan durante el tiempo de despliegue del dispositivo, lo que evita la necesidad de visitar un sitio de muestreo varias veces para recolectar múltiples muestras representativas. ^{[ 1 ]} Actualmente, se han desarrollado y desplegado muestreadores pasivos para detectar metales tóxicos, pesticidas , productos farmacéuticos , radionúclidos , hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), bifenilos policlorados (PCB) y otros compuestos orgánicos en el agua, ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} mientras que algunos muestreadores pasivos pueden detectar sustancias peligrosas en el aire. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

El principio fundamental del muestreo pasivo es el flujo de moléculas o iones contaminantes desde el medio de muestreo (aire o agua) hacia un medio colector (el muestreador pasivo), debido a la primera ley de difusión de Fick y, según el muestreador pasivo, a una mayor afinidad de unión de los contaminantes con el medio colector en comparación con el medio de muestreo. Como resultado, los contaminantes se concentran en el medio colector con el tiempo hasta alcanzar el equilibrio con el medio circundante. El uso del muestreo pasivo proporciona concentraciones promedio de contaminantes durante el período de despliegue del muestreador. ^{[ 1 ]}

Es importante distinguir el muestreo pasivo del muestreo activo , que tiene el mismo principio subyacente pero emplea partes móviles, como bombas, para forzar el medio de muestreo hacia un medio de recolección. ^{[ 9 ]} El muestreo pasivo se basa únicamente en la difusión molecular y la adsorción o unión de contaminantes a agentes en los muestreadores, razón por la cual el muestreo pasivo también se denomina muestreo difusivo . ^{[ 6 ]}

El muestreo pasivo también se distingue del muestreo puntual, que consiste en la recolección de una muestra de aire, agua o suelo para su análisis directo en busca de contaminantes. Estas muestras representan un momento específico y proporcionan información sobre la concentración de contaminantes en ese instante, a diferencia de los dispositivos o los organismos de muestreo pasivo.

Se han desarrollado muchos tipos diferentes de muestreadores pasivos y se han utilizado para analizar diversos contaminantes, entre ellos:

• Antibióticos ^{[ 10 ]}
• Bisfenoles ^{[ 10 ]}
• Dioxinas ^{[ 5 ]}
• Retardantes de llama ^{[ 5 ]}
• Furanos ^{[ 5 ]}
• Nanopartículas ^{[ 10 ]}
• Oxianiones como los fosfatos ^{[ 10 ]}
• Éteres de difenilo polibromados (PBDE) ^{[ 5 ]}
• Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) ^{[ 5 ]}
• Bifenilos policlorados (PCB) ^{[ 5 ]}
• Plaguicidas ^{[ 5 ]}
• Productos farmacéuticos ^{[ 5 ]}
• Radionúclidos ^{[ 2 ] [ 3 ]}
• Metales tóxicos (como el cobre , el zinc y el plomo ) ^{[ 4 ] [ 10 ]}

Existen varios tipos de dispositivos de muestreo pasivo para monitorear los contaminantes presentes en el agua. Además de estos dispositivos, organismos como los mejillones , que viven en el medio ambiente, también "muestrean pasivamente" contaminantes ( bioacumulación ) y pueden utilizarse para monitorear la contaminación del agua ( biomonitoreo ). ^{[ 11 ]}

Dispositivos de membrana semipermeable (SPMD)

Los dispositivos de membrana semipermeable (SPMD) muestrean pasivamente contaminantes orgánicos no polares con un coeficiente de partición octanol-agua (K _ow ) logarítmico superior a 3. Ejemplos de este tipo de sustancias químicas incluyen hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), bifenilos policlorados (PCB), éteres difenílicos polibromados (PBDE), pesticidas clorados, dioxinas y furanos . Los SPMD se componen de tubos de plástico sellados y rellenos de trioleína , en la que los compuestos orgánicos no polares son muy solubles y que representa los tejidos grasos de los organismos acuáticos. El tubo se entrelaza entre varillas metálicas y se encierra en una jaula metálica. El muestreador puede fabricarse con tubos de diferentes longitudes para distintas aplicaciones, ya que la tasa de muestreo depende de la superficie del tubo expuesta al agua. Siempre que se conozca la cantidad de agua que pasa por el muestreador, se pueden calcular las concentraciones de contaminantes orgánicos no polares en el agua tras extraer los contaminantes de un SPMD. ^{[ 5 ]}

El muestreo pasivo también puede realizarse para detectar contaminantes en el aire, incluyendo partículas en suspensión y vapores y gases peligrosos. Esto puede hacerse con dispositivos artificiales o con organismos de biomonitoreo, como los líquenes . ^{[ 7 ] [ 17 ]}

Las concentraciones de contaminantes obtenidas mediante muestreo pasivo reflejan la contaminación promedio durante el tiempo de despliegue del muestreador, lo que significa que la muestra capturará las fluctuaciones de la concentración de contaminantes durante todo el período de despliegue. El muestreo puntual tradicional no hace esto, ya que las muestras recolectadas solo representan un único momento en el tiempo y se deben tomar múltiples muestras puntuales para observar la variación en las concentraciones de contaminantes a lo largo del tiempo. ^{[ 1 ]} Este método de muestreo integrador también puede dar como resultado la detección de sustancias químicas presentes en concentraciones tan bajas que no se detectarían en una muestra puntual, debido a la concentración de las sustancias químicas en el muestreador con el tiempo. Como resultado, el muestreo pasivo tiene el potencial de ser un método de muestreo menos laborioso, menos costoso y más preciso que el muestreo puntual.

Además, los muestreadores pasivos suelen ser fáciles de usar e instalar, no tienen bombas ni partes móviles y no requieren electricidad, ya que se basan en la difusión molecular de contaminantes o en la unión de contaminantes a agentes dentro de los muestreadores, a diferencia del muestreo activo. ^{[ 6 ]} También pueden ser económicos y sencillos de construir, como los SLMD, que solo requieren tubos de plástico sellados y dos componentes químicos. ^{[ 4 ]}

El muestreo pasivo también puede reflejar con mayor precisión las concentraciones de metales biodisponibles para los organismos que otros métodos de muestreo. Por ejemplo, el muestreador SPMD utiliza una membrana semipermeable y trioleína (un triglicérido ), que imitan la absorción de tóxicos por el tejido graso del organismo. ^{[ 5 ]} Sin embargo, esto depende del tipo de muestreador pasivo utilizado, ya que algunos, como los muestreadores de detección, se basan únicamente en la difusión molecular, ^{[ 15 ]} que puede ser demasiado simple para reflejar los complejos procesos de absorción de contaminantes en un organismo.

Dado que el muestreo pasivo proporciona información sobre las concentraciones promedio de contaminantes, este valor promedio incluye todas las concentraciones posibles durante el tiempo de despliegue del muestreador. Sin embargo, con el muestreo pasivo únicamente no es posible determinar el rango completo de concentraciones de contaminantes durante dicho tiempo en un solo sitio. ^{[ 1 ]} Si se requieren concentraciones altas y bajas de contaminantes a lo largo del período de muestreo, se deben utilizar otros métodos de muestreo junto con el muestreo pasivo.

No todos los muestreadores pasivos tienen métodos universalmente precisos para convertir las masas de contaminantes acumuladas en concentraciones de agua, que se utilizan en la normativa gubernamental, como la Ley de Agua Limpia de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos . ^{[ 18 ]} Con algunos muestreadores, como el DGT, esto se puede hacer utilizando ecuaciones desarrolladas para los muestreadores, pero no todos los muestreadores las tienen. El tiempo de despliegue del muestreador pasivo también es limitado dependiendo de su capacidad; por ejemplo, los SLMD se han desplegado durante períodos de meses, pero pueden alcanzar la saturación y dejar de muestrear mucho antes si las concentraciones de metales y los caudales de agua son suficientemente altos. ^{[ 4 ]} Sin embargo, este problema se puede evitar si se examina la literatura sobre el muestreador pasivo pertinente para obtener información de base sobre la capacidad del muestreador y los tiempos de despliegue ideales antes de su despliegue.