Introdução
As práticas de amostragem de gases no solo, ou Soil Gas Survey, como técnica de varredura para o auxílio no delineamento de
contaminação da sub superfície por compostos orgânicos voláteis (COV) foram introduzidas na década de 80 e, desde estão, são largamente utilizadas nas várias etapas de investigação e monitoramento de áreas contaminadas ou potencialmente contaminadas.
O Soil Gas Survey consiste no monitoramento, análise e interpretação das concentrações dos compostos orgânicos voláteis (COV) na atmosfera não saturada do solo, de maneira a auxiliar na identificação da presença, composição, fontes e distribuição de contaminantes líquidos na sub superfície, ou ainda na identificação da intrusão de vapores desses compostos para o interior de edificações. Os COV presentes na atmosfera não saturada do solo resultam da volatilização dos compostos em fase liquida, residual e Adsorvida no solo e dissolvida na água subterrânea, resultantes de uma liberação para o meio num evento de contaminação.. As varreduras de Soil Gas permitem o mapeamento das concentrações dos COV em fase de vapor no solo, como indicativo da presença e potencial localização dos centros de massa da contaminação do solo ou água subterrânea.
Nas investigações de Soil Gas, são mais comumente utilizados no Brasil detectores de gases que operam pelo princípio de oxidação catalítica ou foto ionização, devido ao seu custo relativamente baixo e facilidade de uso. style=”FONT-FAMILY: “>
Métodos de Detecção de Gases em Sub Superfície
De acordo com a Norma ASTM D5314 (Standard Guide for Soil Gas Monitoring in the Vadose Zone), os métodos de investigação de gases no solo são divididos em duas classes: As técnicas ativas de amostragem de gases referem-se aos métodos que removem fisicamente a amostra de gás do solo, normalmente através da sucção com bombas de vácuo (Marrin and Thompson, 1987) para análise em instrumentos de campo (Detectores por Oxidação Catalítica, Foto Ionização ou Ionização por Chama) ou em laboratório através de cromatografia gasosa. Técnicas passivas são aquelas que exigem que materiais absorventes (ex: Gore Sorber) sejam posicionados na zona não saturada da sub superfície, de maneira que as fases gasosas dos compostos orgânicos voláteis sejam capturados por processos de sorção química (Kerfoot and Mayer, 1986) ao material absorvente em função do fluxo ambiente (difusão e advecção) e analisados posteriormente em laboratório.
Por ser uma técnica expedita e permitir a mensuração direta das concentrações das fases gasosas dos compostos orgânicos voláteis em solo e ter um menor custo, as técnicas ativas são utilizadas com mais freqüência. Os procedimentos detalhados para a realização de investigações de gases em solo podem ser encontrados na Norma ASTM D5314.3. Propriedades Físicas e Químicas dos Compostos de Interesse Antes do início das atividades de amostragem de gases no solo, o profissional deve
avaliar as características físico químicas dos compostos potencialmente presentes no solo e o potencial dos mesmos existirem na fase gasosa.
A Pressão de Vapor é uma das características mais importantes a serem avaliadas, uma vez que este parâmetro rege a tendência de um elemento passar da fase líquida para a fase gasosa, ou seja, evaporar. A Pressão de Vapor é a pressão que o vapor exerce quando em equilíbrio com o compostos em fase liquida ou sólida. Quanto maior for a pressão de vapor, mais rapidamente o composto evaporar-se-á para a fase gasosa. Como regra geral, compostos com pressão de vapor maior que 0.5 mmHg podem ser detectados pelas técnicas ativas de monitoramento. Constante de Henry Outro parâmetro extremamente importante a ser avaliado é a Constante de Henry do composto. A Constante de Henry mensura a tendência de um composto particionar da fase líquida para a fase gasosa. A Constante de Henry é um valor adimensional, obtido pela divisão da concentração de equilíbrio de um composto no ar [M/V] pela concentração de equilíbrio em água [M/V], a uma dada pressão e
temperatura. Compostos com maior tendência de existirem na fase gasosa possuem Constante de Henry com valores maiores que 1. Compostos com maior tendência a existir ou permanecer em água possuem Constante de Henry com valores menores que Apresentamos abaixo um exemplo dos parâmetros físico químicos para alguns compostos de interesse: Por serem instrumentos de custo relativamente baixo e de fácil utilização, os profissionais de meio ambiente utilizam com maior freqüência detectores portáteis de Oxidação Catalítica e/ou Foto Ionização nas etapas de varredura de COV em solo nas investigações ambientais realizadas no Brasil. Este artigo não abordará os detectores de gás por ionização de chama
(FID)
No entanto, é freqüente encontrarmos dúvidas quanto a aplicabilidade de cada tipo de instrumento nas investigações de Soil Gas. Detectores de Gás por Oxidação Catalítica Os Detectores de Gás por Oxidação Catalítica (ex: Gastech Innova SV) são os instrumentos mais utilizados em varreduras de Soil Gas em postos de abastecimento, em função das recentes regulamentações Federais e Estaduais que determinam a necessidade de avaliação de passivos ambientais nestes estabelecimentos. Os sensores de oxidação catalítica existem há mais de 50 anos e baseiam-se no fenômeno da combustão catalítica. São sensores muito utilizados para a detecção de gases combustíveis. Princípio de Funcionamento Normalmente, os instrumentos de detecção de gases por oxidação catalítica (ex: Gastech Innova SV) possuem um circuito com dois eletrodos de platina para a medição da concentração dos gases que é succionada para a câmara de combustão do instrumento. Ambos eletrodos de platina são aquecidos a uma temperatura pré determinada. Conforme o composto orgânico volátil em fase gasosa é oxidado na câmara de combustão, a temperatura do eletrodo ativo (active bead) aumenta em função da concentração do gás que é queimado, o que causa a alteração da resistividade do sensor . No entanto, a temperatura do eletrodo de referência (reference bead) permanece inalterada e, assim como, a resistividade do sensor.
O diferencial da resistividade no sensor, em função do diferencial de temperatura dos eletrodos, é então convertido para a concentração do gás oxidado em massa por volume ou em Eliminação de Metano O gás metano (CH4) pode ocorrer na subsuperfície em função vários processos, tais como: biodegradação de material orgânico presente no solo, biodegradação dos COV, presença de matéria orgânica proveniente de vazamentos de redes de esgoto, etc. Uma vez que todos vapores dos gases contidos no solo são succionados e oxidados juntamente pelo detector de gases, a existência de gás metano no solo causará o umento na leitura do instrumento. Este aumento pode levar o profissional a majorar, inadvertidamente, a concentração dos COV de interesse.
Por este motivo, é muito importante que os instrumentos de detecção de gás por oxidação catalítica (ex: Gastech Innova SV) possuam modo de leitura com eliminação de metano. Neste modo de operação, os eletrodos de platina são aquecidos a uma temperatura que não oxida o gás metano, fazendo com que o mesmo não interfira na leitura dos COV de interesse para fins
de avaliação de áreas contaminadas por hidrocarbonetos de petróleo. Limitações do Sensor de Oxidação Catalítica Compostos com mais de 8 carbonos na sua cadeia atômica (ex: diesel, óleos lubrificantes, etc.) ou compostos clorados (ex: etenos e etanos clorados, etc.), tem dificuldade para se difundirem pelo material inibidor de chama dos quais são construídos os sensores de oxidação catalítica de Wheatstone. A utilização deste tipo de material inibidor de chamas é
necessário para evitar que o próprio sensor entre em combustão durante seu funcionamento.
Por este motivo, de maneira geral, os detectores de gases por oxidação catalítica não são adequados para a detecção de compostos orgânicos voláteis provenientes de vazamentos de diesel ou compostos clorados. Nestas situações, tais vapores não serão detectados pelo instrumento, mesmo que presentes em solo em altas concentrações. No caso específico do óleo diesel, os detectores de oxidação catalítica conseguirão detectar apenas, e de modo limitado, alguns compostos presentes na composição do óleo diesel, no caso de vazamentos recentes. Infelizmente, por desconhecerem as limitações desta
tecnologia de detecção de gases, alguns profissionais de meio ambiente utilizam, inadvertidamente, detectores de oxidação catalítica em varreduras de soil gas em áreas potencialmente contaminadas por óleo diesel ou compostos
clorados. O instrumento mais adequado para a varredura de soil gás, nesses casos, são os detectores por foto ionização (PID), conforme descrito adiante.
É importante ressaltar que a investigação de soil gas pode resultar em falsos negativos em função do tipo de composto
contaminante e idade da contaminação. Por exemplo, uma área confirmadamente contaminada pode não apresentar leituras de COV em função da idade da contaminação, uma vez que os COV em fase gasosa podem ter se degradado ou volatilizado totalmente. Nestes casos, as amostras de solo e águas subterrâneas são fundamentais para a identificação da contaminação.
Faixa de Leitura Para trabalhos de mapeamento de vapores em solo em investigações de passivos ambientais, é importante que o instrumento de detecção de gases possua faixa de leitura ampla (ex: até 10.000 ppm). Instrumentos com faixa de leitura ampla (ex: Gastech Innova SV) permitem o mapeamento de vários gradientes de concentração, proporcionando o discernimento entre áreas fonte, com altas concentrações de COV em solo, e plumas com concentrações intermediárias de vapores no solo.
Instrumentos com menor faixa de leitura (ex: até 1.000 ppm) podem atingir valores de fundo de escala em pontos da contaminação com concentrações intermediárias, dificultando a localização de áreas com maiores índices de COV em solo, ou mesmo áreas fonte. Detectores de Gás por Foto Ionização (PID)
Os detectores de gás por foto ionização (ex: Gas Alert Micro5 PID da BW Technologies, PhoCheck da Íon Science, etc.) promovem a ionização das moléculas dos compostos orgânicos voláteis através de luz ultra violeta (UV) . O componente principal destes instrumentos é a lâmpada UV, a qual emite um comprimento de onda capaz de ionizar compostos com potencial elétrico inferior ao da lâmpada. Lâmpadas Ultra Violeta As lâmpadas utilizadas nos detectores PID podem ser de
Xenon, Krypton ou Argon. A escolha entre essas lâmpadas depende do tipo de compostos a ser detectados e seus potenciais de ionização. As lâmpadas de Xenon emitem comprimentos de onda de 147,6nm e 129,1nm, o que equivale a 8.4 e 9.6eV, respectivamente. Tais lâmpadas são comumente chamadas de “Lâmpadas de 9.6eV” e são capazes de ionizar gases com potencial de ionização igual ou menor que 9.6eV. As lâmpadas de Krypton operam com comprimento de onda de 123,9nm e 116,9nm, equivalente a 10,0 e 10,6eV, respectivamente. Detectores PID equipados com lâmpadas de 10,6eV são capazes de ionizar compostos com potencial de ionização igual ou inferior a 10,6eV. Detectores equipados com lâmpadas de Argon, as quais memitem comprimento de onda de 105,9nm, são capazes de ionizar vapores de compostos orgânicos voláteis com potencial de ionização de até 11,7eV.
É muito importante que o usuário avalie os tipos de compostos orgânicos voláteis que serão potencialmente detectados em campo e analise se os potenciais de ionização dos compostos são inferiores ao potencial da lâmpada que equipa o detector. Caso o instrumento esteja equipado com uma lâmpada de potencial de ionização inferior ao dos compostos potencialmente presentes no campo, os mesmos não serão detectados pelo instrumento. Por exemplo, o Benzeno possui potencial de ionização de 9,25eV. Portanto, é um composto detectável por instrumentos PID equipados com lâmpadas 9,6eV, 10,6eV ou 11,7eV.
Em contrapartida, o Tetracloroeteno e o Tetracloroetileno, compostos comumente encontrados em áreas industriais contaminadas por solventes clorados, possuem potencial de ionização da ordem de 11,1eV. Neste caso, somente detectores PID equipados com lâmpadas de 11,7eV conseguirão ionizar e, consequentemente detectar, esses compostos. Apresentamos a seguir uma tabela com o Potencial de Ionização (EI) de alguns compostos frequentemente encontrados em subsuperfície
em áreas contaminadas: Conforme demonstrado na tabela acima, o gás metano [CH4] possui potencial de ionização de 12,51eV. Portanto o metano não é ionizado pelos instrumentos PID e, por conseqüência não é detectável, independente do tipo de lâmpada utilizada. Limitações do Detectores de Foto Ionização (PID) Um fator que deve ser considerado pelo profissional que investiga uma área contaminada, ou potencialmente contaminada, é que, de maneira geral, os detectores de gás por foto ionização (PID) podem sofrer interferências quando o vapor amostrado possuir alto teor de umidade. A umidade do vapor pode se condensar na superfície da lâmpada ultra violeta do instrumento e interferir nas leituras. Esta limitação deve ser considerada quando os detectores PID forem utilizados em varreduras de Soil Gas em solos com altos teores de umidade ou quando o aqüífero estiver próximo a superfície do terreno. Faixa de Leituras A faixa de leitura dos detectores PID disponíveis no mercado pode variar de poucas partes por bilhão (ppb) até valores da ordem de 20.000 ppm, dependendo do modelo do instrumento. Para o mapeamento dos diferentes e amplos gradientes de concentração potencialmente detectáveis numa varredura de Soil Gas, é recomendável que o detector PID tenha escala máxima de, pelo menos, 3.000ppm. Com esta resolução, é possível discernir locais com concentrações intermediárias e altas de COV em sub superfície. Conclusões o planejamento prévio antes do início de uma investigação da presença de vapores de compostos orgânicos voláteis é fundamental para a escolha do tipo de monitoramento mais adequando para o local, em função das condições geológicas e tipos de compostos potencialmente envolvidos, lembrando que a forma de executar a investigação também terá grande influência nos resultados a serem obtidos. Assegurar a estanqueidade durante a medição e permitir um tempo de equilíbrio após a perfuração é fundamental para a obtenção de resultados confiáveis. Em investigações que utilizem detectores portáteis de gás, é importante que o
profissional avalie as características físico químicas dos compostos e o tipo de instrumento mais adequado para a detecção dos mesmos em campo. Os detectores de gás por oxidação catalítica com faixa de leitura até 10.000ppm são instrumentos adequados para trabalhos de varredura de Soil Gas em locais contaminados ou potencialmente contaminados por hidrocarbonetos leves. No entanto, os detectores de oxidação catalítica não são adequados para investigações em áreas potencialmente contaminadas por hidrocarbonetos pesados,tais como diesel, ou compostos com mais de 8 carbonos em sua cadeia atômica.
A grande faixa de leitura e a possibilidade de realizar medições com a eliminação de metano permite o mapeamento dos vários gradientes de concentração de COV em solo numa área em investigação. Os detectores de gás por foto ionização (PID), por sua vez, permitem a detecção de uma grande gama de compostos, em função do potencial de ionização da lâmpada que equipa o instrumento. É de suma importância que o profissional de meio ambiente verifique a compatibilidade entre o potencial de
ionização da lâmpada e dos compostos potencialmente presentes. A faixa de leitura do detector PID deve ser avaliada quanto ao grau de resolução que se pretende no mapeamento das concentrações dos COV em solo. Ainda, é importante reconhecer a limitação dos sensores PID quando em ambientes com altos teores de umidade. Paulo Negrão é CEO e Diretor Técnico da Clean Environment Brasil, empresa especializada em instrumentação para nvestigação, monitoramento e remediação de áreas contaminadas. É professor do Curso de Investigações em Geotecnia Ambiental da UNICAMP e no Programa PIA de Gestão de Áreas Contaminadas da CETESB e SINDICOM. É sub relator do Grupo de Trabalho da ABNT para a elaboração das Normas Brasileiras para amostragem de águas subterrâneas e instrutor em programas de treinamento de várias agencias ambientais estaduais. Agradecimentos Gostaria de agradecer a colaboração dos colegas Vicente Aquino Neto da CETESB e Ero Crozeira da A1 Consultoria Ambiental pelas ontribuições e revisão deste artigo. Referências Bibliográficas
Introdução Aspráticas de amostragem de gases no solo, ou Soil GasSurvey, como técnica de varredura para o auxílio no delineamento decontaminação da sub superfície por compostos orgânicos voláteis (COV) foramintroduzidas na década de 80 e, desde estão, são largamente utilizadas nasvárias etapas de investigação e monitoramento de áreas contaminadas oupotencialmente contaminadas. OSoil Gas Survey consiste no monitoramento, análise e interpretação dasconcentrações dos compostos orgânicos voláteis (COV) na atmosfera não saturadado solo, de maneira a auxiliar na identificação da presença, composição, fontese distribuição de contaminantes líquidos na sub superfície, ou ainda naidentificação da intrusão de vapores desses compostos para o interior deedificações. Os COVpresentes na atmosfera não saturada do solo resultam da volatilização doscompostos em fase liquida, residual e Adsorvida no solo e dissolvida na águasubterrânea, resultantes de uma liberação para o meio numevento de contaminação. Asvarreduras de Soil Gas permitem o mapeamento das concentrações dos COV em fasede vapor no solo, como indicativo da presença e potencial localização doscentros de massa da contaminação do solo ou água subterrânea. Nas investigações deSoil Gas, são mais comumente utilizados no Brasil detectores de gasesque operam pelo princípio de oxidação catalítica ou foto ionização, devido aoseu custo relativamente baixo e facilidade de uso.
Métodosde Detecção de Gases em Sub Superfície Deacordo com a Norma ASTM D5314 (Standard Guide for Soil Gas Monitoring in theVadose Zone), os métodos de investigação de gases no solo são divididos emduas classes: Astécnicas ativas de amostragem de gases referem-se aos métodos que removemfisicamente a amostra de gás do solo, normalmente através da sucção com bombasde vácuo (Marrin and Thompson, 1987) para análise em instrumentos de campo(Detectores por Oxidação Catalítica, Foto Ionização ou Ionização por Chama) ouem laboratório através de cromatografia gasosa.
Técnicas passivas são aquelas que exigem que materiaisabsorventes (ex: Gore Sorber) sejam posicionados na zona nãosaturada da sub superfície, de maneira que as fases gasosas dos compostosorgânicos voláteis sejam capturados por processos de sorção química (Kerfoot andMayer, 1986) ao material absorvente em função do fluxo ambiente (difusão eadvecção) e analisados posteriormente em laboratório. Porser uma técnica expedita e permitir a mensuração direta das concentrações dasfases gasosas dos compostos orgânicos voláteis em solo e ter um menor custo, astécnicas ativas são utilizadas com mais freqüência. Osprocedimentos detalhados para a realização de investigações de gases em solopodem ser encontrados na Norma ASTM D5314.
3.Propriedades Físicas e Químicas dos Compostos deInteresse Antesdo início das atividades de amostragem de gases no solo, o profissional deveavaliar as características físico químicas dos compostos potencialmentepresentes no solo e o potencial dos mesmos existirem na fasegasosa. A Pressão de Vapor é uma das características maisimportantes a serem avaliadas, uma vez que este parâmetro rege a tendência de umelemento passar da fase líquida para a fase gasosa, ou seja,evaporar. A Pressão de Vapor é a pressão que o vapor exercequando em equilíbrio com o compostos em fase liquida ou sólida. Quantomaior for a pressão de vapor, mais rapidamente o composto evaporar-se-á para afase gasosa. Como regra geral, compostos com pressão de vapormaior que 0.5 mmHg podem ser detectados pelas técnicas ativas demonitoramento. Constante de Henry Outro parâmetro extremamente importante a ser avaliado é aConstante de Henry do composto. A Constante de Henry mensuraa tendência de um composto particionar da fase líquida para a fasegasosa. A Constante de Henry é um valoradimensional, obtido pela divisão da concentração de equilíbrio de um compostono ar [M/V] pela concentração de equilíbrio em água [M/V], a uma dada pressão etemperatura. Compostos com maior tendência de existirem na fase gasosapossuem Constante de Henry com valores maiores que. Compostos com maior tendência a existir ou permanecer em água possuemConstante de Henry com valores menores que.
Apresentamos abaixo um exemplo dos parâmetros físicoquímicos para alguns compostos de interesse: Porserem instrumentos de custo relativamente baixo e de fácil utilização, osprofissionais de meio ambiente utilizam com maior freqüência detectoresportáteis de Oxidação Catalítica e/ou Foto Ionização nas etapas de varredura deCOV em solo nas investigações ambientais realizadas no Brasil. Este artigo não abordará os detectores de gás por ionização de chama(FID) Noentanto, é freqüente encontrarmos dúvidas quanto a aplicabilidade de cada tipode instrumento nas investigações de Soil Gas. Detectores de Gás por OxidaçãoCatalítica Os Detectores de Gás por Oxidação Catalítica(ex: Gastech Innova SV) são os instrumentos mais u ilizados em varreduras deSoil Gas em postos de abastecimento, em função das recentesregulamentações Federais e Estaduais que determinam a necessidade de avaliaçãode passivos ambientais nestes estabelecimentos. Os sensores de oxidaçãocatalítica existem há mais de 50 anos e baseiam-se no fenômeno da combustãocatalítica. São sensores muito utilizados para a detecção degases combustíveis. Princípio deFuncionamento Normalmente, os instrumentos de detecção de gasespor oxidação catalítica (ex: Gastech Innova SV) possuem um circuito com doiseletrodos de platina para a medição da concentração dos gases que é succionadapara a câmara de combustão do instrumento.
Ambos eletrodos de platina são aquecidos a umatemperatura pré determinada. Conforme o composto orgânicovolátil em fase gasosa é oxidado na câmara de combustão, a temperatura doeletrodo ativo (active bead) aumenta em função da concentração do gásque é queimado, o que causa a alteração da resistividade do sensor . No entanto, a temperatura do eletrodo de referência (referencebead) permanece inalterada e, assim como, a resistividade dosensor. O diferencial da resistividade no sensor, em função dodiferencial de temperatura dos eletrodos, é então convertido para a concentraçãodo gás oxidado em massa por volume ou em Eliminação deMetano O gás metano (CH4) pode ocorrer nasubsuperfície em função vários processos, tais como: biodegradação de materialorgânico presente no solo, biodegradação dos COV, presença de matéria orgânicaproveniente de vazamentos de redes de esgoto, etc. Uma vezque todos vapores dos gases contidos no solo são succionados e oxidadosjuntamente pelo detector de gases, a existência de gás metano no solo causará oaumento na leitura do instrumento. Este aumento pode levar o profissional amajorar, inadvertidamente, a concentração dos COV deinteresse. Por este motivo, é muito importante que os instrumentos dedetecção de gás por oxidação catalítica (ex: Gastech Innova SV) possuam modo deleitura com eliminação de metano. Neste modo de operação, oseletrodos de platina são aquecidos a uma temperatura que não oxida o gás metano,fazendo com que o mesmo não interfira na leitura dos COV de interesse para finsde avaliação de áreas contaminadas por hidrocarbonetos depetróleo. Limitações do Sensor deOxidação Catalítica Compostos com mais de 8 carbonos na sua cadeia atômica(ex: diesel, óleos lubrificantes, etc.) ou compostos clorados (ex: etenos eetanos clorados, etc.), tem dificuldade para se difundirem pelo materialinibidor de chama dos quais são construídos os sensores de oxidação catalíticade Wheatstone.
A utilização deste tipo de material inibidor de chamas énecessário para evitar que o próprio sensor entre em combustão durante seufuncionamento. Por este motivo, de maneira geral, os detectores de gasespor oxidação catalítica não são adequados para a detecção de compostos orgânicosvoláteis provenientes de vazamentos de diesel ou compostos clorados. Nestas situações, tais vapores não serão detectados pelo instrumento,mesmo que presentes em solo em altas concentrações. No casoespecífico do óleo diesel, os detectores de oxidação catalítica conseguirãodetectar apenas, e de modo limitado, alguns compostos presentes na composição doóleo diesel, no caso de vazamentos recentes.
Infelizmente, por desconhecerem as limitações destatecnologia de detecção de gases, alguns profissionais de meio ambiente utilizam,inadvertidamente, detectores de oxidação catalítica em varreduras de soilgas em áreas potencialmente contaminadas por óleo diesel ou compostosclorados. O instrumento mais adequado para a varredura de soil gás,nesses casos, são os detectores por foto ionização (PID), conforme descritoadiante. É importante ressaltar que a investigação de soilgas pode resultar em falsos negativos em função do tipo de compostocontaminante e idade da contaminação. Por exemplo, uma áreaconfirmadamente contaminada pode não apresentar leituras de COV em função daidade da contaminação, uma vez que os COV em fase gasosa podem ter se degradadoou volatilizado totalmente. Nestes casos, as amostras de soloe águas subterrâneas são fundamentais para a identificação dacontaminação.
Faixa deLeitura Para trabalhos de mapeamento de vapores em solo eminvestigações de passivos ambientais, é importante que o instrumento de detecçãode gases possua faixa de leitura ampla (ex: até 10.000 ppm).
Instrumentos com faixa de leitura ampla (ex: GastechInnova SV) permitem o mapeamento de vários gradientes de concentração,proporcionando o discernimento entre áreas fonte, com altas concentrações de COVem solo, e plumas com concentrações intermediárias de vapores nosolo. Instrumentos com menor faixa de leitura (ex: até 1.000ppm) podem atingir valores de fundo de escala em pontos da contaminação comconcentrações intermediárias, dificultando a localização de áreas com maioresíndices de COV em solo, ou mesmo áreas fonte. Detectores de Gás por Foto Ionização (PID) Osdetectores de gás por foto ionização (ex: Gas Alert Micro5 PID da BWTechnologies, PhoCheck da Íon Science, etc.) promovem a ionização das moléculasdos compostos orgânicos voláteis através de luz ultra violeta (UV) . O componente principal destes instrumentos é a lâmpada UV, a qual emiteum comprimento de onda capaz de ionizar compostos com potencial elétricoinferior ao da lâmpada. Lâmpadas Ultra Violeta As lâmpadas utilizadas nos detectores PID podem ser deXenon, Krypton ou Argon. A escolha entre essas lâmpadasdepende do tipo de compostos a ser detectados e seus potenciais deionização.
As lâmpadas de Xenon emitem comprimentos de onda de147,6nm e 129,1nm, o que equivale a 8.4 e 9.6eV, respectivamente. Tais lâmpadas são comumente chamadas de “Lâmpadas de 9.6eV” e são capazes de ionizar gases com potencial de ionização igual ou menorque 9.6eV. As lâmpadas de Krypton operam com comprimento de onda de123,9nm e 116,9nm, equivalente a 10,0 e 10,6eV, respectivamente. Detectores PID equipados com lâmpadas de 10,6eV são capazes de ionizarcompostos com potencial de ionização igual ou inferior a10,6eV. Detectores equipados com lâmpadas de Argon, as quaisemitem comprimento de onda de 105,9nm, são capazes de ionizar vapores decompostos orgânicos voláteis com potencial de ionização de até11,7eV.
É muito importante que o usuário avalie os tipos decompostos orgânicos voláteis que serão potencialmente detectados em campo eanalise se os potenciais de ionização dos compostos são inferiores ao potencialda lâmpada que equipa o detector. Caso o instrumento estejaequipado com uma lâmpada de potencial de ionização inferior ao dos compostospotencialmente presentes no campo, os mesmos não serão detectados peloinstrumento. Por exemplo, o Benzeno possui potencial de ionização de9,25eV. Portanto, é um composto detectável por instrumentosPID equipados com lâmpadas 9,6eV, 10,6eV ou 11,7eV. Em contrapartida, o Tetracloroeteno e o Tetracloroetileno,compostos comumente encontrados em áreas industriais contaminadas por solventesclorados, possuem potencial de ionização da ordem de 11,1eV. Neste caso, somente detectores PID equipados com lâmpadas de 11,7eVconseguirão ionizar e, consequentemente detectar, essescompostos.
Apresentamos a seguir uma tabela com o Potencial deIonização (EI) de alguns compostos frequentemente encontrados em subsuperfícieem áreas contaminadas: Conforme demonstrado na tabela acima, o gás metano[CH4] possui potencial de ionização de 12,51eV. Portanto o metano não é ionizado pelos instrumentos PID e, porconseqüência não é detectável, independente do tipo de lâmpadautilizada. Limitações do Detectores deFoto Ionização (PID) Um fator que deve ser considerado pelo profissional queinvestiga uma área contaminada, ou potencialmente contaminada, é que, de maneirageral, os detectores de gás por foto ionização (PID) podem sofrer interferênciasquando o vapor amostrado possuir alto teor de umidade.
A umidade do vapor pode se condensar na superfície dalâmpada ultra violeta do instrumento e interferir nas leituras. Esta limitação deve ser considerada quando os detectores PID foremutilizados em varreduras de Soil Gas em solos com altos teores deumidade ou quando o aqüífero estiver próximo a superfície doterreno. Faixa de Leituras
A faixa de leitura dos detectores PID disponíveis nomercado pode variar de poucas partes por bilhão (ppb) até valores da ordem de20.000 ppm, dependendo do modelo do instrumento.
Para o mapeamento dos diferentes e amplos gradientes deconcentração potencialmente detectáveis numa varredura de Soil Gas, érecomendável que o detector PID tenha escala máxima de, pelo menos,3.000ppm. Com esta resolução, é possível discernir locais comconcentrações intermediárias e altas de COV em sub superfície. Conclusões Oplanejamento prévio antes do início de uma investigação da presença de vaporesde compostos orgânicos voláteis é fundamental para a escolha do tipo demonitoramento mais adequando para o local, em função das condições geológicas etipos de compostos potencialmente envolvidos, lembrando que a forma de executara investigação também terá grande influência nos resultados a serem obtidos.Assegurar a estanqueidade durante a medição e permitir um tempo de equilíbrioapós a perfuração é fundamental para a obtenção de resultadosconfiáveis.
Eminvestigações que utilizem detectores portáteis de gás, é importante que oprofissional avalie as características físico químicas dos compostos e o tipo deinstrumento mais adequado para a detecção dos mesmos em campo. Osdetectores de gás por oxidação catalítica com faixa de leitura até 10.000ppm sãoinstrumentos adequados para trabalhos de varredura de Soil Gas em locaiscontaminados ou potencialmente contaminados por hidrocarbonetosleves. Noentanto, os detectores de oxidação catalítica não são adequados parainvestigações em áreas potencialmente contaminadas por hidrocarbonetos pesados,tais como diesel, ou compostos com mais de 8 carbonos em sua cadeiaatômica. Agrande faixa de leitura e a possibilidade de realizar medições com a eliminaçãode metano permite o mapeamento dos vários gradientes de concentração de COV emsolo numa área em investigação.
Osdetectores de gás por foto ionização (PID), por sua vez, permitem a detecção deuma grande gama de compostos, em função do potencial de ionização da lâmpada queequipa o instrumento. É de suma importância que oprofissional de meio ambiente verifique a compatibilidade entre o potencial deionização da lâmpada e dos compostos potencialmente presentes. Afaixa de leitura do detector PID deve ser avaliada quanto ao grau de resoluçãoque se pretende no mapeamento das concentrações dos COV em solo. Ainda, é importante reconhecer a limitação dos sensores PID quando emambientes com altos teores de umidade. Paulo Negrão é CEO e Diretor Técnico da CleanEnvironment Brasil, empresa especializada em instrumentação parainvestigação, monitoramento e remediação de áreas contaminadas. É professor doCurso de Investigações em Geotecnia Ambiental da UNICAMP e no Programa PIA deGestão de Áreas Contaminadas da CETESB e SINDICOM. É sub relator do Grupo deTrabalho da ABNT para a elaboração das Normas Brasileiras para amostragem deáguas subterrâneas e instrutor em programas de treinamento de várias agenciasambientais estaduais.
Agradecimentos
Gostaria de agradecer a colaboração dos colegas VicenteAquino Neto da CETESB e Ero Crozeira da A1 Consultoria Ambiental pelascontribuições e revisão deste artigo. Referências Bibliográficas
