Protección medioambientalmediante supervisiónEl ecosistema de la tierra es extremadamentecomplejo y a la vez mucho menos estable decómo lo imaginamos. Desde el comienzo de laera industrial, el ser humano influye cada vezmás en su entorno. Desde hace unas décadas,somos cada vez más conscientes de lasconsecuencias dramáticas que esto ha tenido ysigue teniendo en nuestro habitat. El agujero enla capa de ozono, la deforestación y el efectoinvernadero son sólo unos pocos ejemplos. Anivel mundial, el uso sostenible de los recursosnaturales está en cierne. El monitoreo intensivode los parámetros, la interpretación de lasinteracciones dentro del sistema global y lacompilación de reglamentos, así como surigurosa implementación y control, constituyenlos pilares de la protección medioambiental. Elanálisis de gas de alta precisión, a veces enrangos de concentración extremadamente bajos,es una herramienta indispensable en estecontexto.

A mediados de los años 70, ya se indicó losposibles efectos negativos de los clorofluoro-carbonos (CFC) para la capa de ozono terrestre.Sin embargo, su uso en sprays aerosoles ocomo refrigerante en aires acondicionadosseguía cogiendo fuerza. Después del descubri-miento de los llamados agujeros en la capa deozono en las regiones polares y su continua

en 1987, que llevó a la prohibición total de lasemisiones de CFC en 1990. Desde mediados delos 90, los agujeros en la capa de ozono hanempezado a cerrarse de nuevo. Sin embargo,debido a la larga vida de los componentes de losCFC en la atmósfera, este proceso durará variasdécadas más.

Monitoreo de la calidad de aire en altas montañas

Estas leyes y directivas también regulan elmonitoreo de emisiones, que puede extenderseal monitoreo continuo de emisiones en plantaseléctricas, refinerías, plantas de incineración deresiduos o en la industria química. Dependiendodel proceso, requiere el monitoreo de valores deCO, CO2, NOx, SO2 y de otros posibles compo-nentes orgánicos.

TráficoAdemás de las plantas industriales, el tráfico esuna de las mayores fuentes de polución del aire.Existen regulaciones especiales para esta área.Para cada tipo de vehículo, a nivel europeo, sedeben cumplir algunos estándares de emisionescuyo cumplimiento deberá ser comprobado por elproductor de los vehículos antes de que seapruebe su diseño oficialmente. Además, esobligatorio que los vehículos registrados pasenuna prueba periódica de cumplimiento de loslímites de emisión (control de gas de emisión).

“Análisis medioambiental” – Mediciones deinmisiónDeterminar la concentración de agentescontaminantes en el aire de la forma más posiblees un prerrequisito esencial para entender losprocesos atmosféricos y rastrear los efectos decualquier medida implementada. Las directivaseuropeas correspondientes exigen que los paíseseuropeos operen redes de mediciones. Lasmediciones relevantes se llevan a cabo y seevalúan de manera casi continua, no solo dondese encuentran las mayores concentraciones deagentes contaminantes, sino también en “zonasde aire limpio”.

Aunque la ciencia está aún lejos de entender condetalle todos los procesos atmosféricos, se hanidentificado varias sustancias, además de losCFC, como causantes de tales efectos negativos.Ahora ya no cabe duda de los efectosperjudiciales que los llamados “gasesinvernadero”  están causando en el clima, gasescomo por ejemplo el CO2, SF6, metano o loshidrocarburos perfluorados. También tenemospruebas concluyentes de que la “lluvia ácida”,generada por emisiones altas de dióxido desulfuro u óxidos de nitrógeno, es la causaprincipal de la deforestación. El uso decarburantes con bajo nivel de sulfuros paravehículos y la instalación de unidades depurificación de gas para centrales térmicas hanproducido ya beneficios significativos entérminos medioambientales.

Monitoreo de emisiones de plantasindustrialesComo consecuencia, se han establecido y secontinúan estableciendo diversos tratados,legislaciones y directivas a nivel mundial, europeoy nacional. Los acuerdos prohíben o, por lomenos, limitan la emisión de estas sustancias y

La química contribuye a nuestro bienestar;desafortunadamente, las emisiones son inevitables.

El dióxido de sulfuro se vuelve fluorescente trasirradiarlo con luz ultravioleta. La intensidad de laradiación fluorescente es directamente propor-cional a la concentración de dióxido de sulfuro.

Los óxidos de nitrógeno se detectan por mediode la quimioluminiscencia. Con este método elmonóxido de nitrógeno se oxida con ozono paraformar dióxido de nitrógeno en un estadoexcitado. La energía de excitación se libera enforma de luz. Para medir el dióxido de nitrógeno,primero debe ser reducido a monóxido denitrógeno en presencia de un catalizador. De estamanera, la quimioluminiscencia puede usarsepara medir el monóxido de nitrógeno o ambosóxidos de nitrógeno simultáneamente. Laconcentración de dióxido de nitrógeno sedetermina restando del total el valor del

Procedimientos analíticosLa directiva EU 1996/62/EC estipula que lacalidad del aire ambiente debe ser monitorizada.Para ello, se han instalado redes nacionales demedición en todos los países de la UniónEuropea.

La directiva EU 1999/30/EC establece valoreslímite para el dióxido de sulfuro, óxidos denitrógeno, particulas y plomo, y la directiva EU2000/69/Ec establece valores límite para elmonóxido de carbono y el benceno. Estasdirectivas estipulan también los procedimientose intervalos de medición (ver tabla).

Calibración de instrumentos en el laboratorio

Componente Proced. de medición Intervalos de medición

Dióxido de sulfuro Fluorescencia UV Cada media hora

Dióxido de sulfuro Filtros de impregnación,cromatografía de iones

Diariamente

Óxidos de nitrógeno:NO, NO2, NOx

Quimioluminiscencia Cada media hora

Dióxido de nitrógeno Filtros de impregnación Diariamente

Ozono Absorción UV Cada media hora

Dióxido de carbono Absorción IR Cada media hora

Dióxido de carbono Cromatografía de gas Cada media hora

Monóxido de carbono Absorción IR Cada media hora

Metano Cromatografía de gas Cada media hora

Óxido nitroso (N2O) Cromatografía de gas Cada media hora

Hexafluoruro de sulfuro(SF6)

Cromatografía de gas Cada media hora

Nitrato de peroxiacetilo(PAN)

Cromatografía de gas Cada media hora

Mercurio Fluorescencia atómica Cada media hora

Hidrocarburos (VOC) Cromatografía de gas 2 veces/semana,toma de muestras

Hidrocarburos Cromatografía de gas Diariamente

Componente Proced. de medición Intervalo de medición

Iones en precipitación Cromatografía de iones Diariamente

Iones en precipitación Absorción atómica Semanalmente

Metales pesados enprecipitación

ICP/MS; Fluorescenciaatómica

Semanalmente

Sulfatos en polvo Filtros de impregnación,cromatografía de iones

Diariamente

Σ NH3 + NH4 + en polvo Filtros de impregnación,cromatografía de iones

Mensualmente

Σ HNO3 + NO3- en polvo Filtros de impregnación,

cromatografía de ionesMensualmente

Metales pesados enpolvo

ICP/MS Mensualmente

El monóxido de carbono y el dióxido de carbonose pueden medir con precisión usando métodosinfrarrojos. Ambas sustancias absorben luzinfrarroja a diferentes longitudes de onda. Estassustancias pueden ser detectadas por medio dela cromatografía de gas. Estas mediciones sellevan a cabo junto  con el registro de otrosagentes contaminantes del aire como el metano,hexafluoruro de azufre, benceno y otroshidrocarburos e hidrocarburos halogenados (CFC,HFC). El uso de detectores, como los detectoresde ionización de llama (FID) o detectores decaptura de electrones (ECD) permitenmediciones extremadamente exactas de estosagentes contaminantes.

Gases de calibraciónLas medidads de aseguramiento de calidad estánespecializadas en las directivas de la EU (e.g.Directiva EU 1996/62/LEC). Cada mediciónmedioambiental cuenta con comparacióninternacional y la posibilidad de determinar elorigen de los materiales de la libración usadoshasta estándares de referencia primarios.

Como estándares de referencia para contami-nantes del aire en forma gaseosa se usan sobretodo mezclas de gases de calibración confec-cionadas especialmente. En el caso de compo-nentes menos volátiles, con la correspondientepresión de vapor, se usan también sistemas depermeación. Aquí el vapor del componente encuestión se añade al flujo del gas portador. Sepuede conseguir una concentración específicamanteniendo el flujo, la presión y la temperaturaa niveles constantes y precisos.

La ventaja de las mezclas de gases de calibraciónpreparados, en comparación con los sistemas depermeación, es su independencia en cuanto a lasfluctuaciones de presión y temperatura. Se pue-den suministrar directamente desde la botella degas presurizada al instrumento, por lo que son

considerablemente más fáciles de usar al realizarmediciones de campo.Las estaciones de medición automatizadas estánexpuestas a las condiciones meteorológicas, porlo que las fluctuaciones de presión barométrica yde temperatura son inevitables, pero puedenreducirse al mínimo con sofisticados sistemas deaire acondicionado. 

CalibraciónTodos los valores medidos se generan en primerlugar como señales, cuya intensidad esproporcional a la concentración de la sustanciacorrespondiente. Para determinar el valor de laconcentración, el aparato de medición debe estarcalibrado. Se toma una muestra, con valor deconcentración conocido y se determina laintensidad de la señal. El mismo procedimientose lleva a cabo con el llamado “gas cero”, que nocontiene el componente a medir. Este se usapara determinar el punto cero de la curva decalibración. En un caso ideal, el gráfico decalibración es una línea recta que transcurre através del punto cero y del punto de medición dereferencia.

Conectando gases de calibración a la estación de medida

Gases de calibración de alta precisión

Los gases de calibración para medición de emi-siones son producidos normalmente en rango deppm. Con funciones de calibración y/o análisislineal la magnitud de la concentración requeridadebe ser de aproximadamente un 80 % del valormáximo del rango de medición del instrumento.Los métodos de producción están descritos en elfolleto “Gases especiales de Messer”.

Para mediciones de inmisión, los valores medi-dos son generalmente por un factor de 1000más bajos; en este caso las  mediciones debenhacerse en rangos de ppb. Esto requiere las másaltas exigencias en la calibración de losinstrumen-tos. Facilitar los estándares de referencia nece-sarios requiere mucho esfuerzo. Las mezclas degas de calibración de alta precisión en rangos deppb se pueden producir sólo gracias a los méto-dos de llenado en “cascada”. Para ello, se pro-ducen primero mezclas de gas de alta precisióncon altas concentraciones del componentedeseado. Estas mezclas sirven después comogases básicos para la producción de gases de

Función de calibración

Intervalo deconfianza del 95%

Concentraciónde la muestra

Señalde la

muestraGases de calibraciónGas ceroMaterial dereferenciacertificado, e.g. VSL

Concentración

AcreditaciónPara asegurar la máxima calidad posible de losgases de calibración fabricados, es esencialdisponer de un sistema riguroso de gestión decalidad. Además del sistema general de gestiónde calidad según la ISO/EN 9001 y subsiguientes,se debería aplicar también un sistema másexhaustivo según la norma ISO/IEC 17025. Ésteúltimo estándar incluye los requerimientosespecíficos de laboratorios de ensayo ycalibración.

En principio, esto también es posible para medi-ciones in situ, donde las mezclas de gas decalibración a mayor concentración pueden serdiluidas mediante controladores de flujo de masao placas de orificio. La ventaja de este método esque ofrece flexibilidad en cuanto a las concentra-ciones. La precisión de estos métodos de dilu-ción depende tanto de la precisión de las mezclasde gas de calibración de mayorconcentración como de la precisión de lacalibración del flujo, además de las variaciones detemperatura y presión.

La precisión de las mezclas de gas de calibraciónestándares en rango de ppb, producidasmediante métodos gravimétricos, depende sobretodo de la precisión de la báscula. Los valores deconcentración de estas mezclas también puedenser rastreados al patrón estándar, ya que lasbásculas se calibran con pesos certificados.Además, estas mezclas se comparan tambiéncon mezclas estándares internacionales de losinstitutos de metrología (e.g. NIST, VSL, Metas,NPL, BAM, etc.).

Hay que tener especial cuidado al usar mezclasppb. Para los sistemas de suministro de gasdeberían usarse solo materiales químicamenteinertes, como el acero inoxidable. Es esencialrealizar un purgado riguroso con un gas portadorseco, ya que mínimos trazas de humedad extraenlas pocas moléculas de una sustancia activacomo el dióxido de sulfuro o los óxidos denitrógeno, y los eliminan del flujo de gas. Estohace difícil o incluso imposible llegar al valor decalibración. Se debería comprobar lacompatibilidad de las tuberías de plástico conotros materiales. No todos los plásticos sirvenigualmente para todos los gases; algunosplásticos pueden ser vulnerables a loscomponentes corrosivos. Además, muchosplásticos muestran índices altos de permeaciónpara humedad u otras sustancias, por lo que eluso de estos materiales debería evitarse si esposible.

Los instrumentos analíticos recogen automáticamentetodos los datos de medición requeridos las 24 horas al día.

La acreditación de un laboratorio se define comola confirmación de una tercera parte, que esta-blece que un laboratorio acreditado tiene lascompetencias necesarias para realizar tareas deevaluación de conformidad, de acuerdo con lanorma ISO/IEC 17025. Tales evaluaciones deconformidad pueden llevarse a cabo mediantecalibración o pruebas. La diferencia es que unlaboratorio de ensayo está autorizado sólo paraprobar materiales y dispositivos de medición,mientras que a un laboratorio de calibracióntambién se le autoriza a producir y certificargases de calibración globalmente reconocidos,que pueden ser trazables a estándaresinternacionales.

Acreditación significa reconocimiento de lascompetencias técnicas y organizativas de unorganismo para realizar tareas de evaluación decompetencias incluidas dentro del área homolo-gada.La competencia es la clave para la transparencia,fiabilidad y comparación. Messer ha obtenido laacreditación para varios laboratorios por todaEuropa:

• Messer Schweiz AG, Lenzburg, Suiza(laboratorio de calibración)• Messer France, Mitry-Mory, Francia (laboratoriode calibración)• Messer Hungarogáz, Budapest, Hungría(laboratorio de calibración)• Messer Benelux, Machelen, Bélgica (laboratoriode calibración)• Messer Tehnogas, Belgrado, Serbia (laboratoriode ensayos)

En algunos países europeos es obligatorio el usode gases de calibración de un laboratorioacreditado. Esto surge de los requisitos básicospara materiales de ensayo usados para lacalibración de instrumentos, de acuerdo con lasdirectivas europeas más relevantes. Conlaboratorios acreditados ubicados por todaEuropa, Messer siempre es capaz desuministrarle de forma rápida y fiable.

¡Estaremos encantados de ayudarle! Messer Ibérica de Gases, S.A.Autovía Tarragona-Salou, km.3,8

E-43480 Vilaseca (Tarragona)Tel. +34 977 309 500Fax +34 977 309 501

info.es@messergroup.comwww.messer.es

Budapest, HungríaLaboratorio de calibración

Lenzburg, Suiza Laboratoriode calibración

Machelen, BélgicaLaboratorio de calibración

Belgrado, SerbiaLaboratorio depruebas

Mitry-Mory, FranciaLaboratorio de calibración