Vzorkování odpadů - Ústav chemie ochrany prostředí

FAKULTA TECHNOLOGIE OCHRANY PROSTŘEDÍ
ÚSTAV CHEMIE OCHRANY PROSTŘEDÍ
Vzorkování odpadů
učební texty – první vydání
Doc. Ing. Josef Janků, CSc.
Ing. Jiří J. Čermák, Ph.D.
Praha 2006
Tento projekt byl vypracován za podpory grantu FRVŠ č. 2070/2006/F1/b
Obsah:
1.
ÚVOD
5
2.
NÁZVOSLOVÍ
6
3.
PŘÍPRAVNÁ ČÁST
3.1
Statistické přístupy – Určení počtu vzorků
10
3.2
Odhad a kontrola kontaminace
12
3.3
Možné zdroje kontaminace
13
3.4
Vlivy kontaminace
15
3.5
Vzorkovnice
16
3.5.1
Reaktivita materiálu vzorkovnice se vzorkem
16
3.5.2
Objem vzorkovnice
16
3.5.3
Barva vzorkovnice
17
3.5.4
Uzávěry vzorkovnice
17
3.5.5
Čištění (dekontaminace) vzorkovnice
17
3.5.6
Sledování oběhu vzorkovnice (chain of custody)
18
3.5.7
Uložení a transport vzorkovnic
18
3.6
2
10
Dekontaminační postupy vzorkovacího zařízení
18
3.6.1
Hlavní zásady dekontaminace v laboratoři
18
3.6.2
Hlavní zásady a požadavky dekontaminace v průběhu vzorkování (na lokalitě)19
3.7
Strategie vzorkování (definování postupu k dosažení cílů vzorkování)
20
3.8
Zadání podmínek a požadavků na vzorkování
21
3.8.1
Definování účelu (cíle) vzorkování
21
3.8.2
Definování požadavků na kvalitu vzorkování a následných zkoušek
21
3.9
Definování požadavků na kvalitu vlastního odběru vzorků
24
3.10
Požadavky na technické prostředky pro vzorkování
26
3.11
Volba pracovního postupu při odběru a úpravě vzorku
26
3.12
Proces vzorkování
27
4.
DOKUMENTACE VZORKOVÁNÍ
30
4.1
Projekt prací
30
4.2
Plán vzorkování
30
4.3
Bezpečnostní plány
31
4.4
Pracovní deník
32
4.5
Odběrové protokoly
32
5.
NÁSTROJE PRO VZORKOVÁNÍ
5.1
Vzorkování Aktivní
5.1.1
Vzorkovací zařízení pro vodné a ostatní kapalné vzorky
5.1.1.1
Zařízení pro odběr podzemní vody
33
34
5.1.1.1.2
Kalovka (bailer)
34
Zonální odběrová zařízení
37
5.1.1.2.1
Kemmererův vzorkovač
37
5.1.1.2.2
Membránové čerpadlo (bladder pump)
38
5.1.1.2.3
Pístové čerpadlo (Reciprocating Piston Pump)
40
5.1.1.2.4
Odstředivé čerpadlo s proměnnou rychlostí (centrifugal
42
5.1.1.2.5
Zubová čerpadla (gear pump)
45
5.1.1.2.6
Vřetenové čerpadlo (Progressing Cavity Pump)
46
5.1.1.2.7
Inerciální (setrvačné) čerpadlo (Inertial pump)
48
5.1.1.2.8
Vzorkovač typu stříkačka (syringe sampler)
49
5.1.1.3
Čerpadla podtlaková-sací (Suction-lift Pumps)
5.1.1.3.1
5.1.1.4
50
Peristaltické čerpadlo
51
Vzorkovací zařízení na odpadní vody (Wastewater Sampling Equipment)53
5.1.1.4.1
Ruční odběry (Manual sampling)
53
5.1.1.4.2
Automatické vzorkování
53
Vzorkovací náčiní pro vzorky jiné než kapalné
5.1.2.1
Vzorkovací zařízení pro odběry zemin
54
55
5.1.2.1.1
Lopatka (lžíce) (scoop, trowel)
55
5.1.2.1.2
Válcové vrtáky (bucket auger)
56
5.1.2.1.3
Vzorkovač pro odběr jádrových vzorků (soil core device)57
5.1.2.1.4
Dělený jádrový vzorkovač (Split Spoon Sampler)
5.1.2.1.5
Trubkový jádrový vzorkovač (Shelby Tube Sampler) 61
5.1.2.1.6
Mikrovzorkovač (En Core sampler)
63
5.1.2.1.7
Spirálový vrták (power auger)
65
Vzorkování pasivní
5.2.1
33
Vzorkovač plněný horem (přelivný válec)
pump)
5.2
33
5.1.1.1.1
5.1.1.2
5.1.2
33
Rovnovážný vzorkovač
57
65
66
3
5.2.2
Příklady rovnovážných vzorkovačů
67
5.2.3
Integrativní vzorkovače
70
5.2.3.1
5.3
Vzorkování kalů a sedimentů
5.2.3.1.1
Drapáky
73
5.2.3.1.2
Vzorkovač na rašelinu (Russian peat borer)
76
Vnitřní, venkovní a pracovní prostředí
5.3.1
Dělení podle potřeby aktivního čerpání
78
78
5.3.1.1
Aktivní vzorkování
78
5.3.1.2
Kolorimetrické detekční trubice
80
5.3.2
Atmogeochemie
80
5.3.2.1
Praktické provedení odběru vzorku
82
5.3.2.2
vzorkování imisí
84
5.3.2.3
Vzorkování pracovního ovzduší
84
5.3.2.4
vzorkování emisí
84
5.3.2.4.1
5.3.2.5
5.3.3
Aktivní vzorkování – vzorkovače s pevným objemem 84
Pasivní vzorkování
5.3.2.5.1
4
73
85
PUF vzorkovače pro POPs v ovzduší
Odběr vzorků komunálních odpadů (KO)
86
88
6.
NORMY
90
7.
PŘÍLOHY
94
8.
POUŽITÁ LITERATURA:
105
1. ÚVOD
Tyto učební texty jsou zaměřeny na obecnou problematiku odběru vzorků,
a to zejména všech skupenství odpadů, kontaminovaných zemin, vod a znečištěného
ovzduší.
Uveřejněné materiály jsou určeny především pro studenty Vysoké školy
chemicko-technologické v Praze. Některá data v nich obsažená jsou z veřejných
zdrojů a z důvodu přehlednosti nejsou uvedeny všechny citace tak, jak bývá
v odborné literatuře zvykem. S event. výhradami se prosím obracejte na autory.
Published material is aimed mainly at the students of the Institute of Chemical
Technology, Prague. Some of its data stems from public sources and for reasons of
simplicity and clarity not all quotations are properly cited as it is common in technical
literature. With possible objections please turn directly to the authors.
Při vzorkování odpadů je nutné zohledňovat celou řadu okolností, fyzikální
vlastnosti (především skupenství odpadu), chemické vlastnosti, stupeň proměnlivosti
vyhodnocovaných znaků (stupeň heterogenity), velikost (množství a objem)
a technické uložení odpadů, požadavky na jakost výsledných dat apod. Pokud bude
vypracován metodický pokyn pro odběry vzorků, bude závazný. z důvodů veliké
proměnlivosti matric odpadů není však možné, aby metodický pokyn postihoval
všechny alternativy, se kterými se můžeme setkat při odběrech a to zejména odběrech
vzorků odpadů. Proto se doporučuje, aby v závislosti na situaci, tj. ve speciálních
případech, bylo možno používat vedle metodických pokynů MŽP i metody a postupy
obsažené v platných normách a předpisech.
5
2. Názvosloví
obecné termíny vztahující se ke vzorkování1
Heterogenní materiál – materiál, který vykazuje proměnlivost hodnot sledovaného
znaku, může být náhodně nebo nenáhodně heterogenní.
Homogenní materiál – materiál, který nevykazuje statisticky významnou
proměnlivost hodnot sledovaného znaku (Homogenní materiál může být teoreticky
charakterizován jediným dílčím vzorkem).
Kalibrační standardy jsou roztoky stanovovaných látek o různé měřitelné
koncentraci ve vhodném rozpouštědle nebo matrici vzorku. Používají se ke zjištění
závislosti signálu přístroje na koncentraci látky. Běžně se používají a lze je připravit
v každé analytické laboratoři. Pomocí těchto standardů vytváříme kalibrační křivky.
Kontrolní plochy – slouží k odběru vzorků matrice z identických míst se
zkoumanými plochami, avšak bez přítomnosti hledaných látek. v praxi používáme
dvou druhů kontrolních ploch:
Kontrolní plochy místní – jsou obvykle přilehlé nebo velmi blízké plochy k místům
odběru testovacích vzorků.
Kontrolní plochy oblastní – jsou přímo v oblasti jako odběrová místa (tj. město
nebo venkov), ale nepatří do zkoumané plochy.
Odběr vzorku je odborné odebírání vzorku prováděné předepsaným způsobem, resp.
vlastní operace, při které je ze vzorkovaného celku vyjmuta reprezentativní část.
Rozsah výběru je počet vzorkovaných jednotek ve výběru
Řízení jakosti – činnosti používané ke splnění požadavků na jakost (kvalitu). Při
odběrech a zkoušení vzorků jde především o pravidelné zkoušky kontrolních vzorků
a jejich vyhodnocování.
Slepé vzorky matrice jsou vzorky pevných sorbentů (Tenax, zrněné aktivní uhlí
apod.), které musíme skladovat v zatavených vzorkovnicích do doby, než budou
analyzovány. Bez zatavení mohou sorbovat těkavé látky z okolního prostředí.
Technické prostředky pro vzorkování jsou přístroje, zařízení a pomůcky určené
a používané k odběru vzorků.
Tvorba výběru, odběr vzorku, vzorkování (sampling) je proces odebírání vzorků
nebo vytváření výběrů
Úprava vzorků – proces úpravy vzorků zahrnuje soubor činností (např. zmenšování
velikosti částic, mísení, dělení) provedených za účelem technické a ekonomické
zpracovatelnosti vzorku (např. přípravu laboratorních a analytických vzorků).
Vybíraná (vzorkovaná) jednotka (sample unit) je definována jako:
1) jedna ze samostatných jednotek, z nichž je složen základní soubor
2) množství výrobku, materiálu nebo služby vytvářející sourodou jednotku
a odebrané najednou z jednoho místa proto, aby vytvořilo část vzorku nebo výběru.
Vzorek – část materiálu, odebraná ze vzorkovaného celku, na níž má být provedena
zkouška Vzorek je charakterizován:
-stupněm reprezentativnosti
-zajištěním stability sledovaných znaků
6
-velikostí
-náklady na pořízení vzorku,
Tyto charakteristiky odrážejí kvalitu daného vzorku, vzorek je buď reprezentativní
nebo stranný.
Vzorek Analytický (analysis sample) – vzorek připravený z laboratorního vzorku.
Vzorek Dílčí (increment) je jednorázově odebrané předepsané množství materiálu
ze vzorkovaného celku nebo ze vzorkované části tohoto celku.
Vzorek Hrubý (gross sample) je-li vytvořena z odebraných dílčích vzorků nebo
jednotlivých dílčích vzorků směs, vzniká hrubý vzorek.
Vzorek Jednotkový (sample unit) viz též dále výraz „vybíraná jednotka“ – jsou-li
dílčí jednotky odebrány z jednotek tak, aby vystihovaly jakost vzorkované jednotky,
pak jejich směs nebo souhrn tvoří jednotkový vzorek.
Vzorek Konečný (final sample) je takový průměrný vzorek nebo vzorek hrubý, který
je použit k přípravě laboratorního nebo rozhodčího nebo rezervního vzorku.
Vzorek Laboratorní (laboratory sample) – vzorek připravený z konečného vzorku
a určený pro laboratorní analýzu.
Vzorek neboli Výběr2 (sample) je definován jako jedna nebo více vybíraných
jednotek odebraných ze základního souboru a určených k tomu, aby poskytly
informaci o základním souboru.
Vzorek Průměrný je vzorek získaný zhomogenizováním popř. úpravou.
Vzorek Redukovaný je část vzorku po jeho úpravě a zhomogenizování. Patří mezi
ně např. laboratorní, analytický, zkušební nebo rezervní vzorek.
Vzorek Reprezentativní – za reprezentativní vzorek lze považovat pouze takovou
část materiálu, kde podíly jednotlivých sledovaných složek materiálu a rozdělení
hodnot sledovaného znaku odpovídají poměrům ve vzorkovaném celku nebo
ve vzorkované části.
Vzorek Souhrnný (aggregated sample) – jestliže každý z dílčích nebo jednotkových
vzorků zachovává ještě svoji identitu, tj. nedošlo-li ještě ke vzájemnému smíšení, pak
takový soubor vzorků je souhrnný vzorek.
Vzorek Standardní referenční je certifikovaný standard, který má podobné složení
jako analyzované vzorky a je dodány z nezávislých vnějších zdrojů. Přípravou těchto
standardů se zabývají speciální pracoviště. Slouží k standardizaci analýz na různých
pracovištích. Stanovovaná složka je ve standardech obsažena v přirozené formě.
Vzorek Stranný je takový vzorek, který nelze považovat za vzorek reprezentativní.
Vzorek Zkušební (test sample) – množství zkoušeného materiálu potřebné
k přímému zkoušení.
Vzorkování – je postup činností vedoucích k odběru reprezentativního vzorku. Volba
vzorkovacího postupu (tj. výběr schématu vzorkování a způsobu odběru vzorků) se
odvíjí od účelu vzorkování, charakteru vzorkovaného materiálu, způsobu jeho
uložení, popř. od technologického procesu vzniku materiálu, jeho transportu,
manipulaci s materiálem a závisí rovněž na ukazatelích, které mají být posuzovány.
Při rozhodování může být volba postupu vzorkování ovlivněna homogenitou,
stabilitou materiálu, požadavky na spolehlivost výsledných dat, na náklady
na pořízení vzorku, bezpečnostními podmínkami vzorkování, dále dostupností
7
a kvalitou odběrného zařízení, způsobem jeho dekontaminace a zásadami pro jeho
použití. Smyslem vzorkování (a následných zkoušek na vzorku) je definovat,
ověřovat, popř. kontrolovat platnost určitého tvrzení, předpokladu apod. Vzorkování
je operací, při které získáváme informace o vzorkovaném celku pomocí výběru
charakteristik celku-vzorků.
Vzorkování Aktivní-Vzorek je odebírán za pomoci jiného hnacího mechanismu
nežli difúze, dodáním energie. Aktivním členem může být čerpadlo (sání či výtlak),
podtlak (kanystry, vaky), vzorkař (odebírá za pomoci nádob či zařízení) atp.
Vzorkování Dynamické – při tomto druhu vzorkování jsou odebírány dílčí vzorky
z toku materiálu apod. Nejčastěji se tento postup váže na systematické vzorkování.
Vzorkování Kontrolní – se týká obvykle pouze těch částí vzorkovaného celku, které
vzbuzují pochybnosti
Vzorkování Nespojité – dílčí vzorky jsou odebírány jednorázově, přerušovaně
v definovaném časovém intervalu. (Rozdělení z hlediska spojitosti odběru)
Vzorkování Občasné – se používá při ustálené jakosti celků a při soustavných
zásilkách a plynulé výrobě a předpokládá kontrolu pouze těch celků, které jsou
určeny předem. (Rozdělení z hlediska soustavnosti vzorkování)
Vzorkování Orientační – slouží pouze k získání předběžné informace o jakosti
materiálu.
Vzorkování Pasivní je technika založená na volném toku molekul vzorkované
sloučeniny ze vzorkovaného média do média sběrného, vyvolaném snahou po
dosažení rovnovážné koncentrace vzorkované látky v obou médiích
Vzorkování Spojité – používané při plynulém odběru vzorků z proudu. Vzorek
reprezentuje materiál odebraný spojitě v daném časovém intervalu. (Rozdělení
z hlediska spojitosti odběru)
Vzorkování Stálé – jež předpokládá odběr vzorků z každého předloženého celku, se
uplatňuje při kolísavé jakosti celků nebo při dlouhých časových intervalech mezi
dvěma takovými odběry. (Rozdělení z hlediska soustavnosti vzorkování)
Vzorkování Statické – za statické vzorkování se považuje odběr dílčích vzorků ze
vzorkovaného materiálu, který je umístěn na skládkách, v zásobnících apod. Místa
odběru dílčích vzorků jsou v závislosti na povaze heterogenity materiálu.
Vzorkování, Cíl – jednoznačné definování účelu, pro který je soubor operací spojený
s odběrem vzorku prováděn. Jeho součástí je rovněž vymezení požadavků
na přípustnou jakost výsledků.
Vzorkování, Plán – písemně zpracovaný, srozumitelný návrh postupu, který
popisuje a zdůvodňuje, jak bude odběr vzorků pro konkrétní případ prováděn.
Vzorkování, Postup – definuje provozní požadavky anebo instrukce vztahující se
k realizaci určitého plánu vzorkování
Vzorkování, Schéma (sampling design) – definování počtu a typu vzorků, místa
odběru, resp. času, (popř. časového intervalu) odběru vzorku pro daný konkrétní účel
a požadovanou jakost výsledků, volba schématu vzorkování se stává základním
měřítkem kvality vzorkování a je rozhodující pro vymezení platnosti přijímaných
závěrů vzhledem ke kvalitě vstupních dat.
Vzorkování, Strategie – definování postupu k dosažení cílů vzorkování.
8
Vzorkovaný celek (objekt, dodávka, popř. dávka materiálu) musí být tvořen
materiálem specifikovaného charakteru a musí mít hranice, které lze vymezit
(prostorově, časově). Vzorkovaný celek může být tvořen jedním celkem, nebo může
být rozdělen ve více jednotkách, zpravidla stejné velikosti (barely, kanystry, pytle
apod.).
Zabezpečení jakosti – všechny plánované a systematické činnosti nutné k dosažení
důvěryhodnosti, že odběr a zkouška uspokojí dané požadavky na jakost.
Způsob odběru vzorků – postup, časový harmonogram, při odběru dílčího vzorku.
9
3. Přípravná část
Obecné problémy vzorkování
Při odběru vzorků je třeba si uvědomit, že nejběžnější příčiny nepřesností při
vzorkování zemin, kapalin a kalů jsou ztráty těkavostí, biodegradací, oxidací
a redukcí. Nízká teplota snižuje ztráty, ale zmrazení pevných vzorků obsahujících
vodu může způsobit jejich odplynění, rozbití vzorků nebo i rozdělení nemísitelných
fází. Anaerobní vzorky nesmí přijít do styku se vzduchem, některé kontaminanty
mohou při narušení změnit chemické složení (oxidace, rozklad,…), jiné mohou být
dokonce i výbušné. Další problémy vznikají při uchovávání vzorků před analýzou.
Největší problémy vznikají při odběru a manipulaci se vzorky těkavých
kontaminantů. Proto se musí učinit nezbytná bezpečnostní opatření a zvolit vhodný
způsob vzorkování. Obecně by měl být vzorek okamžitě po odběru přemístěn do
vzorkovnice s minimálním volným prostorem (head-space) a neprodyšně uzavřen.
Vzorky musí být ihned ochlazeny a udržovány v chladu až do doby analýzy.
Analýza by měla být provedena v nejkratším možném termínu. Jestliže je
nutno vzorek před analýzou upravovat (např. extrakcí, loužením apod.), tak tyto
operace provést co nejdříve po odběru a takto získané vzorky stabilizovat (změnou
pH, přídavkem činidla, zmrazením,…) do doby analýzy. Extrakt je však možno
skladovat v chladničce pouze po předepsanou dobu. Do laboratoře dopravíme celý
počet odebraných vzorků najednou, nebo alespoň větší část.
3.1 Statistické přístupy – Určení počtu vzorků3
Nejdůležitějším a nejpoužívanějším statistickým parametrem je střední
hodnota, jejímž nejlepším odhadem je aritmetický průměr xp (average) hodnot
proměnné ze souboru vzorků.
Dalším parametrem je rozptyl a jeho druhá odmocnina, kterou nazýváme
směrodatná odchylka. Při zpracování opakovaných měření téže veličiny vždy
počítáme odhady těchto parametrů, neboť je k dispozici pouze omezený soubor
naměřených hodnot, v dalším textu proto vynecháváme slovo odhad.
xp =
∑x
i
n
Při statistickém zkoumání proměnlivosti používáme nejčastěji odchylek
(rozptylu) hodnot od aritmetického průměru. Při výpočtu odhadu průměrného
ukazatele těchto odchylek (průměrné odchylky) narážíme na obtíž, která plyne
z vlastnosti aritmetického průměru, že algebraický součet odchylek od průměru je
trvale nulový. Je proto nutno zbavit odchylky znaménka. Průměrná odchylka vychází
z absolutních hodnot odchylek od aritmetického průměru.
Odhad rozptylu je možno vypočíst ze vztahu4
10
∑(x − x
s2 =
i
p
)2
n −1
Druhou odmocninu z odhadu rozptylu s2 nazýváme směrodatnou odchylkou s,
která je vlastně systematickou chybou výsledků.
Variační koeficient v je směrodatná odchylka S vyjádřená v procentech
absolutní hodnoty aritmetického průměru X
v=
S
X
.100
Hladina významnosti α vyjadřuje nejistou měření, obvykle volíme hodnotu
α= 0,05, která znamená, že s 95% pravděpodobností leží hodnoty v námi určených
mezích.
Dejme tomu, že známe přesnost, s jakou chceme znát výsledek na určité
hladině významnosti α. Například s nanejvýš 5% pravděpodobností chyby mají být
naše výsledky v rozmezí ± 1,5 mg.Kg-1 s použitím následujícího vzorce lze vypočítat
n, tedy potřebný počet vzorků:
n=
t 2s2
D2
Kde:
t
je zvolená kritická hodnota Studentova rozdělení pravděpodobnosti pro dané
f = (n-1) stupňů volnosti (počet vzorků-1) a danou hladinu významnosti α
s2
je rozptyl, známý z předchozích studií nebo odhadnutý pomocí vzorce
s2 = (R/4)2, kde
R
je odhadovaný rozsah vzorkování5 a
D
je odchylka od průměru, kterou jsme ochotni akceptovat (MAD)
Tedy pro matrici s koncentracemi kontaminace v rozmezí 0 až 13 mg.Kg-1,
s chybou v rozmezí ± 1,5 mg.Kg-1 na hladině významnosti 0,05 (95 %
pravděpodobnost že tomu tak je) je odhadovaný počet vzorků:
n=
(2,23) 2 (3,25) 2
= 23
(1,5) 2
Kdy hodnota 2,23 je získána z tabulky kritických hodnot Studentova rozdělení
pro počet stupňů volnosti 10 (11 vzorků) pro α = 0,05, R = [(13–0)/4]2 = 3,252
11
Vzhledem k tomu, že 23 vzorků se výrazně liší od počtu vzorků zvolených pro
první nástřel (11) pro získání hodnoty Studentova rozdělení, použijeme iteraci
s dosazením nové hodnoty „t“ pro počet vzorků rozumně bližší výsledku prvního
výpočtu. Použijeme hodnotu 2,069, odpovídající 23 stupňům volnosti (tedy 24
vzorků):
n=
(2,069) 2 (3,25) 2
= 20
(1,5) 2
20 vzorků je hodně (napři při zauvažování ceny analýz pro PCB), ale
odhadovaný rozptyl hodnot je veliký (rozsah od 0 do 13 mg.Kg-1). Počet potřebných
vzorků lze snížit využitím kteréhokoliv vzorkovacího schématu, které sníží rozptyl
hodnot, viz dále.
Další možností je zvýšení pravděpodobnosti chyby vzorkování (zvýšit hladinu
významnosti např. na hodnotu 0,1, tedy 90% pravděpodobnost že hodnota námi
uváděná leží v uvedeném intervalu.
Ještě jinou možností je povolit větší chybu (v našem příkladu zvýšit hodnotu
± 1,5 mg.Kg-1), nebo-li povolit širší interval spolehlivosti L1,2, který je definován
jako:
L1, 2 = x p ± tn −1
s
( n)
Základním cílem je vzorkovat s takovou přesností, aby bylo vyhověno
požadavkům zadání (cílům vzorkování), tedy proč, za jakým účelem vzorkujeme.
v určitých případech může stačit odběr jednoho vzorku, např. když je nízká
očekávaný rozptyl hodnot, když postačí nízká přesnost stanovení, či když je možno
akceptovat vyšší pravděpodobnost chybného určení koncentrace (vyšší chybu
vzorkování), tedy zvýšení hladiny významnosti např. z 0,05 na 0,1, nebo-li snížení
pravděpodobnosti, že skutečná hodnota je v rámci námi uvedeného intervalu
(konfidenční interval).
V případech kdy je měřeno více vlastností nežli jedna, je nutno minimální
počet vzorků odvozovat od té vlastnosti, která vyžaduje (pro kterou vychází) nejvyšší
počet vzorků.
3.2 Odhad a kontrola kontaminace
Většina činností v rámci vzorkování a analytiky životního prostředí nabízí
mnoho možností kontaminace původního vzorku3.
Díky tomu je kontaminace běžným typem chyby při všech typech měření
v životním prostředí. Většina vzorkovacích a analytických technik, postupů a schémat
nabízí mnoho možností kontaminací.
12
Kontaminací většinou rozumíme něco, co je náhodně přidáno ke vzorku
během vzorkovacího či analytického procesu. Z toho vyplývá, že následná měření
mohou ukázat složení vzorku v době měření, nicméně nedokážou postihnout stav
vzorkované matrice v době odběru vzorku. Kontaminace vzorku může pocházet
z mnoha zdrojů. Je tedy nutno pro kontrolu kontaminace určit jednotlivé zdroje
kontaminace odpovídající použitým metodám. Vzorky životního prostředí mohou
být kontaminovány mnoha způsoby na mnoha bodech vzorkovacího a analytického
procesu. Kontaminace může nastat na lokalitě při odběru vzorků, manipulaci se
vzorky, při jejich konzervaci, adjustaci, uložení či transportu do laboratoře. Po
příchodu do laboratoře je možná kontaminace při uložení, manipulaci, zpracování,
stejně tak jako při vlastním analytickém procesu. Jednotlivé zdroje jsou uvedeny
v následujícím přehledu, část z nich je diskutována dále.
3.3 Možné zdroje kontaminace
Kritické kroky procesu
Zdroje kontaminace
Odběr a shromažďování
vzorku
Manipulace se zařízením a prostředky (tedy filtrace,
směšování vzorků a odebírání podílů)
Konzervace vzorků
Kontaminace z prostředí („ambient“)
Vzorkovnice
Transport a uložení vzorku
Vzorkovnice
Křížová kontaminace ostatními vzorky a/nebo činidly
Manipulace se vzorkem (handling)
Příprava vzorků
Skleněné a jiné nádobí
Reagencie a činidla
Kontaminace z prostředí
Manipulace se vzorkem
Analýza vzorku
Stříkačky použité pro nástřik
Paměťový efekt a Přenos z jiného vzorku (carry-over)
Nádobí, pomůcky a zařízení
Činidla, plyny, eluenty apod.
Kontaminace odběrovým zařízením je velmi častým způsobem kontaminace
mnoha typů vzorků životního prostředí. Buď je vzorkovací zařízení zhotoveno
z nevhodného materiálu, který přímo kontaminuje vzorek látkou obsaženou v tomto
materiálu, nebo může jít o křížovou kontaminaci způsobenou nevhodným či
nedostatečným čištěním vzorkovacího náčiní. Literatuře je možno nalézt mnoho
odkazů týkajících se kontaminace vzorku odběrovým zařízením, resp. při přípravě
13
odběru. Například lze nalézt velmi mnoho zdrojů kontaminace při vzorkování
podzemní vody pocházející právě z použitého zařízení, popřípadě při průzkumných
pracích a při vrtání a/nebo vystrojování vrtů. Doporučuje se alespoň čištění vrtných
hlavic, tyčí a ostatního náčiní párou, pro odstranění zbytků možné kontaminace
ropnými uhlovodíky z paliva (nafta, benzín), pro odstranění hydraulických kapalin,
maziv, tuků a nátěrů, zbytků zeminy a kontaminace z předchozích vrtů. Aditiva pro
vrtné emulze založená na organické bázi mohou zvyšovat hodnotu chemické spotřeby
kyslíku (CHSKCr, Mn), mohou zvyšovat hodnotu organického uhlíku. Bylo prokázáno,
že výstroje vrtů mohou uvolňovat kontaminaci jak organickou, tak anorganickou,
zejména to platí pro vystrojení vrtů tvořené PVC, vícechlorovanými PVC a pro
lepidla na spojování těchto materiálů.
Polyethylenové vaky pro zachycení
atmosférických srážek, pokud jsou promyty pouze destilovanou (deionizovanou)
vodou mohou obsahovat stopy těžkých kovů. Důkladné vymytí pomocí kyseliny
výrazně (i 50x) snížilo kontaminaci vzorků. Vaky z polytetrafluorethenu (Teflon)
a PVF (poly(vinylfluoridu)-Tedlar), používané pro sběr plynných vzorků mohou být
zdrojem kontaminace uhlovodíky.
Kontaminace přímo na lokalitě je též možná a byla zjištěna například při
filtraci a okyselování vzorků pro analýzu těžkých kovů, kdy filtr a zařízení jsou
omyty kyselinou dusičnou a následně oplachovány deionizovanou vodou a přesto
byly vzorky obohaceny dusičnany.
Dalším popsanými typy kontaminace jsou depozity sloučenin síry v plynném
(SO2) a pevném (SO4-) stavu při sběru srážkových vod v otevřených vzorkovačích,
kontaminace olovem a hliníkem, které jsou součástí prostředí zvláště v obydlených
oblastech. Obecně vzato, je manipulace a nakládání se vzorky v industriálním
prostředí velmi problematická právě vzhledem k možné kontaminaci látkami
vyskytujícími se v prostředí.
Dalším možným zdrojem kontaminace jsou používané vzorkovnice: bylo
zjištěno, že jak lineární PE, polykarbonáty, tak teflony různých typů mohou být
zdrojem kontaminace těžkými kovy. Pro většinu vzorkovacích prací na těžké kovy
byla doporučena metoda čištění zahrnující promytí kyselinami chlorovodíkovou
a dusičnou (obě následně za sebou).
Skleněné vzorkovnice jsou používány pro ukládání vzorků pevných,
kapalných a pastovitých (kalů) pro analýzu na organické látky. Doporučený způsob
čištění pro minimalizaci stop organických látek zahrnuje vymytí detergenty a/nebo
kyselinami, oplach vodou bez obsahu organických látek a následné sušení v peci
(sušárně).
Při rozvažování o vhodném postupu čištění je nezbytné zahrnout do úvah
všechny typy analýz, kterým bude vzorek (či subvzorek) z dané vzorkovnice
podroben. Čištění vhodné pro jeden typ analýzy (analytu) může být nedostačující, či
naopak kontaminující pro jiný typ analýzy či kontaminantu. Může jít o uvolnění
kontaminantu metodou čištění, která je příliš „silná“, či naopak čistící prostředek
může být sám o sobě kontaminantem. Příkladem může být již zmíněná kontaminace
dusičnany, nebo kontaminace chromem při použití kyseliny chromsírové jako
čistícího činidla, nebo použití fosfátových čistících prostředků a následná
kontaminace při stanovení fosfátů.
Další možnou cestou kontaminace je kontaminace vzorků při uložení či
transportu difůzí skrze vzorkovnici. Týká se to například vzorků s vysokou a nízkou
koncentrací uložených společně (v blízkosti). Variantou je transport vzorků spolu
14
s koncentrovaným kontaminantem (analytem). Typickým příkladem je kontaminace
vzorků VOCs uložených v trubičkách transportovaných v těsné blízkosti kanystru
s benzínem8, je popsána kontaminace vzorků uzavřených silikonovými septy
s teflonovým překrytím, např. ve vialkách uložené vzorky čisté vody pro stopovou
analýzu na VOCs a jejich uložení společně s koncentrovanými roztoky obsahujícími
cílové analyty.
Během přípravy a zpracování vzorků v laboratoři navyšuje počet možností
kontaminace způsobený každým manipulačním krokem, ať se již jedná o extrakci,
prekoncentraci, či dělení vzorku. Počet možných kontaminací se zvyšuje se
zvyšujícím se počtem kroků nezbytných pro zpracování vzorků. Dokonce i velmi
jednoduché analýzy s minimem kroků nevylučují nebezpečí kontaminace. Kupříkladu
předkolonky a filtry při iontové chromatografii mohou být zdrojem anorganické
kontaminace chloridy, fluoridy, dusičnany a sírany, olovem, zinkem apod. na úrovni
ppb.
Carry-over a paměťové efekty způsobené následnou analýzou různě
koncentrovaných vzorků jsou velmi častou příčinou kontaminace v plynové
i kapalinové chromatografii, při spektrometrických metodách, stejně tak jako
kontaminace způsobená přenosem analytů nástřikovým zařízením (stříkačkou,
pipetou apod.). Kontaminace vyčištěného zařízení je též možná například kontaktem
s krytem analytického přístroje, rukou apod.
3.4 Vlivy kontaminace
Vlastnosti vzorků, ať už chemické či fyzikální, které způsobují chyby
v měření, jsou obecně nazývány interference. Lze je rozdělit na dva typy, aditivní
a multiplikativní.
Aditivní typy interferencí vytvářejí signál, který se sčítá s měřeným signálem
vzorku. Aditivní interference nemění šikmost kalibrační přímky, mění jen aditivní
člen. Vliv tohoto typu interferencí je hlavně v oblasti nízkých koncentrací.
Multiplikativní interference jsou způsobeny takovými složkami vzorků, které
zvyšují či snižují analytický signál v určitém poměru, aniž přidávají konstantní
hodnotu k signálu (nevytvářejí signál jako takový). Multiplikativní interference mění
šikmost, nikoliv však aditivní konstantu.
Kontaminací se většinou rozumí něco, co je nechtěně-náhodně (jinak by nešlo
o kontaminaci ale sabotáž) přidáno ke vzorku a vede k chybnému stanovení zvýšené
koncentrace. Striktně vzato, toto nemusí být pravda. Rozdíl v chápání pojmu je
důležitý v okamžiku, kdy zjistíme, že přidaný kontaminant může hodnotu
analytického stanovení (měřené hodnoty) snižovat. Tyto negativní interference
mohou být jak typu multiplikativního, či mohou naopak snižovat hodnotu signálu
o určitou úroveň. Velmi běžným problémem je multiplikativní interference, dokonce
jsou matriční vlivy běžnějším důvodem chyby měření nežli kontaminace.
Kontaminanty mohou způsobovat multiplikativní chybu měření například díky
ztrátám zájmového analytu adsorpcí. Takové kontaminanty následně poskytují
chybně nízkou hodnotu stanovení.
15
3.5 Vzorkovnice
Výběr typu a materiálu vzorkovnice je velmi důležitým kritériem pro
zachování a udržení kvality odebraného, transportovaného a uloženého vzorku. Ten
kdo požaduje analýzu, by měl specifikovat typ vzorkovnice, nebo (a to spíše) by měla
zakázka být zadána analytické laboratoři se specifikací odebírané matrice
(a samozřejmě kontaminantu), kdy tato dle svých vnitřních předpisů a popř.
po dohodě se vzorkovací skupinou rozhodne o velikosti, počtu a typu použitých
vzorkovnic. Výběr6 vzorkovnice závisí na typu matrice, potenciálních
kontaminantech (analytech) které mohou přicházet do úvahy, požadovaných
analytických metodách a vnitřních předpisech laboratoře pro zajištění kvality. Výběr
by měl dále vzít v úvahu kritéria uvedená dále a též údaje o požadavcích jednotlivých
analytických metod, nicméně tyto by měly již být zahrnuty ve vnitřních předpisech
laboratoře, viz např. http://www.state.nj.us/dep/oqa/labcert.html.
3.5.1 Reaktivita materiálu vzorkovnice se vzorkem
Výběr vhodného materiálu vzorkovnice pomůže zajistit, že budou zachovány
jak fyzikální tak chemické parametry původního odebraného vzorku. Pro odběr
potenciálně nebezpečných vzorků je často vhodným materiálem vzorkovnice sklo,
protože je inertní k většině materiálů. Plastové kontejnery nejsou (z pohledu většiny
vzorků) doporučeny, protože existuje nebezpečí sorpce analytu na povrch a/nebo do
materiálu vzorkovnice, případně hrozí nebezpečí úniku například plastifikátorů či
těžkých kovů do vzorku (nebo li kontaminace vzorku materiálem vzorkovnice).
Nicméně v určitých případech mohou některé vlastnosti vzorku vynutit použití
plastových materiálů vzorkovnic namísto skla. Kupříkladu se některé sloučeniny
kovů mohou sorbovat na stěny skleněných vzorkovnic při odběru vodných vzorků.
v každém případě je při výběru vzorkovnice nutno zohlednit metodologii analýzy.
Kupříkladu US EPA Metoda 1631 „Mercury in Water by Oxidation, Purge and Trap,
and Cold Vapor Atomic Fluorescence Spectrometry“ předepisuje použití buď
vzorkovnic z fluoropolymeru s uzávěry ze stejného materiálu, nebo alespoň
s teflonovým překrytím, popřípadě z borosilikátového skla. Polyethylenové
vzorkovnice jsou při použití této metody vyloučeny.
V případě vzorků obsahujících silné zásady či roztoky kyseliny
fluorovodíkové mohou být vhodnější plastové vzorkovnice, neboť skleněný materiál
může být těmito roztoky narušován a mohou se vytvářet sorpční místa na povrchu
vzorkovnice, v horším případě může dojít k zamrznutí zábrusů či úplné destrukci
vzorkovnice. Před objednáním vzorkovnic z laboratoře by měly být požadavky
na materiál vzorkovnice konzultovány s laboratoří, resp. jejími interními předpisy.
Tento problém řeší nejlépe situace, kdy odběrová skupina přímo souvisí s analytickou
laboratoří a požadavky na materiál (ale i jiné, např. slepé vzorky, dekontaminace
použitých materiálů a pod) je řešena v rámci interních předpisů.
3.5.2 Objem vzorkovnice
Objem vzorkovnice závisí na použité analytické metodě a na matrici
odebíraného vzorku. Vzorkař musí dodat analytické laboratoři dostatečné množství
vzorku pro provedení požadovaných analýz. Metodika v mnoha případech určuje
16
objem materiálu vzorku nezbytného pro provedení analýzy. Jednotlivé laboratoře
mohou poskytovat (požadovat) větší objem vzorkovnic pro různé analyty, pro
zajištění dostatečného množství vzorku pro provedení opakovaných analýz
(replikátů) a jiných analýz pro zajištění kvality. Naproti tomu, pokud jsou očekávané
koncentrace analytu významné, jako např. v odpadech, může být množství
požadovaného vzorku nižší, vzhledem k ředění a vzhledem k minimalizaci problémů
s likvidací odpadů.
3.5.3 Barva vzorkovnice
Barva vzorkovnice může záviset na použité analytické metodě. Kdekoliv je
možno, měl by být použit hnědý obal, který vylučuje či výrazně snižuje rozklad
či změny vlastností vzorku způsobené působením světla (příp. jiné barvy plnící tento
účel). Snad pouze s výjimkou odběrů pro analýzu kovů. Vzorkovnice pro odběr
vzorků na analýzu kovů by měly být bílé nebo bezbarvé. Pokud nejsou barevné
vzorkovnice k dispozici, je třeba vzorky chránit před působením světla při všech
manipulacích s nimi, tedy při transportu, uložení apod. Vždy je třeba zohlednit
vlastnosti matrice a analytu, např. pro odběr VOCs ve vodných vzorcích lze použít
průhledné skleněné vzorkovnice s objemem 40 ml, které umožňují snadnou optickou
kontrolu přítomnosti bublin.
3.5.4 Uzávěry vzorkovnice
Typ uzávěru může být specifikován již v rámci analytické metody. Uzávěr by
měl zajišťovat utěsnění proti únikům, tedy buď šroubovací uzávěry, nebo zábrusové
skleněné zátky. Uzávěry musí být provedeny z materiálu, který je inertní vzhledem ke
vzorkovanému médiu i obsaženým analytům, kupř. z PTFE (teflon), popř. jiné, je li
tak určeno v analytické metodě. Variantou je, že vlastní uzávěr je oddělen těsněním,
které samo o sobě tvoří inertní (nepropustnou) bariéru. Příkladem mohou být PTFE
linery, těsnění či PTFE kryté těsnění. Pozor na mazání zábrusů, ve většině případů
nemazat.
3.5.5 Čištění (dekontaminace) vzorkovnice
Volba a podmínky použitelnosti vhodných vzorkovnic
Výběr vzorkovnic (materiál, typ a velikost) je vhodné konzultovat*
s laboratoří, která bude vzorek zpracovávat. Zvolený materiál vzorkovnice nesmí
ovlivňovat sledované vlastnosti vzorku a velikost vzorkovnice je podmíněna
požadavky na zajištění reprezentativnosti vzorku a požadavky na laboratorní
zpracování. Musí být suché a čisté a uzávěry vzorkovnic musí zabezpečit vzorek před
únikem do životního prostředí, ohrožením zdraví a bezpečnosti osob podílejících se
na odběru, transportu a zpracování vzorků.
*
Některé analytické laboratoře poskytují klientům vzorkovnice vlastní, čímž laboratoř snižuje
riziko přenosu kontaminace špinavou vzorkovnicí
17
Čisté, resp. předčištěné vzorkovnice lze zakoupit, nicméně v tomto případě
musí být k dispozici certifikát určující použitelnost vzorkovnic vzhledem
k jednotlivým analytům či matricím. Další možností je čištění v laboratoři, s výhodou
v laboratoři, která provádí dané stanovení. Čistící postupy jsou určeny typem
prováděné analýzy.
3.5.6 Sledování oběhu vzorkovnice (chain of custody)
Vzorkovnice by měly mezi manipulacemi být uzavřeny (v chladicím zařízení
či přepravním boxu) a zapečetěny, číslo pečetě je zaznamenáno do protokolu, čímž je
vyloučena manipulace v době mezi jednotlivými činnostmi. Po přijetí přepravního
boxu do laboratoře odpovědná osoba za přejímku zaznamená stav a číslo pečetě.
3.5.7 Uložení a transport vzorkovnic
Bez ohledu na to zda jde o plné vzorkovnice čekající na zabalení před
odesláním, či o vzorkovnice prázdné, čekající na lokalitě na naplnění, je ve všech
případech nezbytné vyloučit kontaminaci. Přepravky, chladicí zařízení či vzorkovnice
jako takové je nutno transportovat v čistém prostředí. Vzorkovnice a vzorkovací
náčiní nesmí být skladováno či přepravováno v blízkosti rozpouštědel, benzínu,
a jiného vybavení, které může být potenciálním zdrojem kontaminace. Pokud je
sledován oběh vzorkovnic, je nezbytné vzorkovnice uchovávat v uzamčeném autě,
zapečetěné v přepravních boxech či pod dozorem autorizovaných osob. v rámci
analytických metod mohou být specifikovány minimální či maximální teploty,
kterým smí být vzorek vystaven ať už během transportu, uložení vzorku či při
přejímání do laboratoře.
3.6 Dekontaminační postupy vzorkovacího zařízení
Čištění (dekontaminace) vzorkovacího náčiní a zařízení je velmi důležitou
částí zajištění kvality vzorkovacích prací. Nesprávně očištěné a připravené
vzorkovací zařízení může vést k chybné interpretaci environmentálních dat díky
interferencím způsobeným vzájemnou kontaminací (křížová kontaminace).
3.6.1 Hlavní zásady dekontaminace v laboratoři
Ve většině případů je dekontaminace ve stabilní laboratoři výhodnější
alternativou k čištění na lokalitě a laboratorní dekontaminace je zásadně využívána
při přípravě vzorkovacího zařízení před odběrem a po ukončení vzorkování.
Dekontaminace tak probíhá v kontrolovaném prostředí přesně definovaným
způsobem a podle schválených operačních postupů. Prostory ve kterých se takto
dekontaminace provádí, jsou zajištěny proti nekontrolovanému úniku škodlivin do
složek životního prostředí. S čistícími prostředky (kyseliny, detergenty i oplachové
kapaliny) je tak nakládáno v souladu s platnými legislativními předpisy. Průběh
a výsledky čistícího procesu se dokumentují. Při použití dekontaminace v laboratoři
se snižuje riziko křížové kontaminace, způsobené nevhodně či chybně očištěným
zařízením. Nevýhodou jsou náklady závislé na rozsahu (počtu typů, událostí)
18
vzorkování a dále omezení vzniklá v nouzových situacích a jednou z dalších nevýhod
je komplikovanější logistika.
3.6.2 Hlavní zásady a požadavky dekontaminace v průběhu vzorkování
(na lokalitě)
Dekontaminace mezi jednotlivými odběry akce většinou neprobíhá
ve standardních podmínkách kontrolovaného prostředí a nemusí tak zaručovat
kvalitní provedení dekontaminace.
Je také nutno zajistit místo dekontaminace z hlediska ochrany životního
prostředí a vést dokumentaci o použitých čistících postupech, materiálech
a přípravcích, transportu, manipulaci a uložení dekontaminačních (oplachových)
kapalin, tedy organických rozpouštědel, kyselin, vody atp. Kvalitu dekontaminace
ověřujeme odběrem kontrolních slepých vzorků.
Také se setkáváme s případy, kdy je vzorkovací náčiní a zařízení zanechané
na místě za účelem dalších odběrů v rámci delšího období (periodické odběry vzorků
pro zajištění shody), nezbytné čistit od naakumulovaných kontaminantů, prachu,
nánosů, usazenin, atd. Při dekontaminaci dodržujeme zásady a požadavky
dekontaminace jako v průběhu vzorkování. Zajistíme tím, že budou odebrané vzorky
prosty takových materiálů, které se nahromadily na vzorkovacím náčiní mezi
použitím.
Prakticky pro všechno vzorkovací vybavení na odběry nevodných a pro
určitou část vodných vzorků (tedy pro spodní zpětné ventily/klapky, filtrační zařízení,
čerpadla z nerezové oceli/teflonu, automatické vzorkovače na složené (composite)
vzorky pro odpadní vodu apod.) lze připustit variantu čištění na lokalitě, pro kalovky
(bailer) lze připustit pouze dekontaminaci v laboratoři. Čištění kalovek na lokalitě
nepřípustně zvyšuje nebezpečí křížové kontaminace. Kalovky vyčištěné v laboratoři
se zabalí a jednoznačně popíší. Každá kalovka je určena pouze pro jedno umístění
vzorku (jeden vrt apod.). Pro více odběrů se proto zásobíme dostatečným počtem
kalovek
Kalovky na jedno použití (disposable) představují určitý způsob jak obejít
problémy dekontaminace běžných opakovatelně použitelných zařízení. Pro zajištění
kvality těchto zařízení by měla být tato jednorázově použitelná zařízení čištěna
u výrobce, a doklad o dekontaminaci přiložen k výrobku při prodeji. Zařízení musejí
být před odesláním od výrobce uzavřena (zapečetěna) v ochranném obalu a musí
zůstat chráněno až do okamžiku použití na lokalitě. Zařízení pro vzorkování
nevodných materiálů (pokud se vzorkuje pouze organika) může být baleno
v hliníkové folii a/nebo v plastové folii pokud se vzorkuje anorganika. Díky tomu
že tato zařízení budou použita pouze jednou, je možno prominout použití ne zcela
vyhovujících materiálů. Kupříkladu lze v odůvodněných případech použít
polypropylenové kalovky pro vzorkování na analýzu stopových množství těžkých
kovů. S tímto odběrovým zařízením je nutno manipulovat před použitím tak málo jak
jen lze a kdykoliv se zařízení dotýkáme tak pouze v rukavicích na jedno použití. Viz
tíž oddíl: „Možné zdroje kontaminace“
Vzorkovací náčiní nesmí být nikdy skladováno v blízkosti rozpouštědel,
pohonných hmot, palivových zplodin nebo jiných těkavých produktů, které by mohly
penetrovat či jinak narušit integritu připravených vzorkovacích zařízení.
19
Datum, kdy bylo zařízení čištěno, uvedeme na štítku zařízení. v případě
vrtných zařízení musí být štítek umístěn tak, aby nebránil dekontaminaci.
Dekontaminační stanice musí být umístěna tak, aby nedocházelo ke znečištění
(nežádoucím vlivům) na okolní prostředí.
Při vzorkování platí obecné pravidlo, že bez ohledu na to jak bylo zařízení
čištěno, vzorkuje se nejdříve v oblastech s nejnižší pravděpodobností kontaminace
(obsahu analytů) a postupně se pokračuje do oblastí s vyšší známou či
předpokládanou úrovní kontaminace. Tento postup dále zlepšuje úroveň řízení kvality
díky tomu, že snižuje možnost ovlivnění výsledků díky křížové kontaminaci mezi
vzorky.
Všechno vzorkovací náčiní pro odběry vzorků vod musí být dekontaminováno
s použitím destilované či deionizované vody. Během destilace jsou z vody odstraněny
(teoreticky) všechny ionizované pevné látky a velká část organických látek, tudíž je
tato voda velmi vhodná jako rozpouštědlo pro čištění vzorkovačů pro vzorkování
organických analytů. Deionizovaná voda je voda, která byla prakticky zbavena všech
iontových nečistot pomocí iontoměničů. Destilovaná a deionizovaná voda jsou běžně
na trhu dostupné, nicméně je nutno zaznamenat číslo použité šarže a mít k dispozici
odpovídající analýzy. Také by měla splňovat předpisy dané normou, kupř. ASTM
Typ II.
Příloha 1 uvádí jako příklad čtyři čistící postupy (v originále), které tvoří
základní kámen požadavků dle6. Tyto čtyři postupy pokrývají dekontaminaci zařízení
pro odběr vodných a nevodných vzorků v širokém rozmezí potřeb.
3.7 Strategie vzorkování (definování postupu k dosažení cílů
7
vzorkování)
Má li být získán a zajištěn reprezentativní vzorek, je nezbytné provést soubor
činností. Je nutno uvážit a popř. upřesnit účel vzorkování. Je třeba získat
a zkompletovat údaje o vzorkovaném objektu a okolnostech vzorkování, je nezbytné
vybrat vhodné technické prostředky pro vzorkování, správně provést odběr za dodržení
podmínek bezpečnosti a ochrany zdraví, je nutno zabezpečit vzorek před poškozením,
zajistit vhodné manipulační podmínky, transport a úpravy vzorku. Je nezbytné vhodnou
formou předem připravit celý postup a zdůvodnění jednotlivých kroků při odběru
vzorku a úpravě konkrétních dávek materiálu popsat v plánu vzorkování pro každý
konkrétní případ.
Přehled jednotlivých kroků v procesu vzorkování:
Přípravná část:
Zadání podmínek a požadavků na vzorkování
- definování účelu vzorkování
- definování požadavků na kvalitu vzorkování a následných zkoušek (program
zabezpečení jakosti)
Shromáždění podkladů pro zpracování plánu a pro vlastní realizaci vzorkování
Zpracování Plánu vzorkování
Prověření úplnosti podkladů
20
Odběr vzorků
Přípravná část
Vlastní odběr
Uchování vzorku a jeho transport do laboratoře
3.8 Zadání podmínek a požadavků na vzorkování
3.8.1 Definování účelu (cíle) vzorkování
Správné pochopení a definování cíle/ů vzorkování je prvním nezbytným
předpokladem pro přípravu vzorkování i pro následné provedení prací. Cíl by měl být
definován stručně a jednoznačně. Je velmi vhodné pokud je cíl prodiskutován
a odsouhlasen všemi zúčastněnými stranami, tedy zadavatelem, řešitelem, laboratoří
atp. Musí být definovány požadavky na kvalitu prací, aby bylo možno z dat vyvodit
požadované závěry a aby kvalita dat odpovídala účelu, pro který byly vzorkovací práce
a zkoušky prováděny.
Existuje více hledisek rozdělení cílů vzorkování. Obecně lze uvažovat např.
následující základní cíle spojené se vzorkováním:
-Charakteristika jakosti: účelem je na základě stanovení určitého/ých
ukazatele/ů definovat vlastnosti daného objektu, tedy např. odhad proměnlivosti obsahu
zkoumaného znaku ve vzorkovaném celku (stupeň nehomogenity), určení odhadu
průměrné hodnoty sledovaného znaku ve vzorkovaném celku, atd.
-Řízení jakosti: účelem je získání informací o vývoji sledovaného jevu (zda
průměrná hodnota sledovaného znaku leží uvnitř intervalu mezních hodnot
předepsaných specifikací nebo splňuje jiné kritérium, např. zda podíl vadných jednotek
obsažených ve vzorkovaném celku nepřesahuje dohodnutá kritéria, kdy na základě
těchto informací jsou přijímána odpovídající opatření.
-Hledání souvislostí mezi jevy: např. vyhledání příčiny výskytu (či
nepřítomnosti) určitého znaku ve vzorkovaném celku, vyhledání charakteristického
znaku pro definování či hodnocení vzorkovaného celku, apod.
3.8.2 Definování požadavků na kvalitu vzorkování a následných zkoušek
Platnost závěrů učiněných na základě vzorkování a následných analýz je vždy
omezena mnoha faktory (celková jakost procesu):
- volbou míst odběrů (kvalitou volby schématu vzorkování), viz dále a počtem
vzorků (viz kapitolu „Určení počtu vzorků“).
- kvalitou provedení odběru (úroveň zajištění jakosti vzorkování).
- kvalitou provedení následných zkoušek (úroveň zajištění jakosti zkoušek)
Definování požadavků na kvalitu dat souvisejících s volbou schématu
vzorkování
Pro konkrétní účel vzorkování a s přihlédnutím na požadovanou kvalitu dat je
třeba zvolit vhodné schéma vzorkování. Metody vzorkování lze v podstatě rozdělit na:
21
Autoritativní
vzorkování.
vzorkování
(vzorkování
s úsudkem)
a Pravděpodobnostní
Je-li volba místa pro odběr vzorku závislá na subjektivním názoru (úsudku)
osoby (provádějící či řídící odběr) který je mj. odvislý od úrovně znalosti řešeného
problému a dostupnosti dat, jedná se o autoritativní vzorkování. Spolehlivost
vzorkování závisí na schopnosti dané osoby správně vyhodnotit známé údaje a zajistit
reprezentativnost odběru. Při autoritativním vzorkování jsou závěry závislé
na odborném úsudku, zatímco při pravděpodobnostním vzorkování jsou závěry
založeny na statistické teorii.
Z výše uvedeného vyplývá, že závěry o dotyčném objektu jsou platné omezeně
a jsou závislé na ověření odborného úsudku, statistické vyhodnocení spolehlivosti
závěrů NENÍ možné. Zevšeobecňování závěrů není možné (resp. může vést k chybným
výsledkům), závěry lze vztahovat pouze na daný vzorek.
Vzorkování s úsudkem je možno využít při počátečních přípravných fázích
zpracování plánu vzorkování pro předběžné ověření vlastností zkoumaného objektu.
Cílený výběr umožňuje v některých případech odběr vzorku s minimálními či naopak
maximálními hodnotami sledovaného znaku (tendenční vzorkování). Lze tím získat
představu o rozpětí hodnot sledovaného znaku, následně vhodnou volbu statistické
metody a v neposlední řadě hrubý nástin finančních nákladů. Další možností je
vzorkování pro účely namátkové kontroly kvality při přejímkách materiálu
s definovanými parametry (s deklarovanou jakostí), příkladem je přejímka materiálu
na skládkách (namátkové vzorkování). Například z dříve provedených studií je známo,
že nejvyšší koncentrace těžkých kovů ve zdivu z galvanoven bývají obsaženy
v omítkách. Při přejímce materiálů ke skládkování se kontrola zaměří na tyto
problematické materiály (tendenční vzorkování).
Pravděpodobnostní vzorkování
Použití těchto typů vzorkování umožňuje† statisticky vyhodnotit provedené
zkoušky, definovat průměrné hodnoty, určit proměnlivost sledovaných parametrů
na zvolené hladině významnosti, je možno testovat statistické hypotézy o dotyčném
objektu.
Metoda vzorkování je založena na předpokladu, že všechna místa odběru (první
bod) mohou být vybrána se stejnou pravděpodobností.
Metoda se používá zvláště v případech, kdy na základě vzorkování máme
přijmout a potvrdit s definovanou (ne)jistotou určitou hypotézu. Používá se při
rozhodnutí o investicích většího rozsahu, kupříkladu při výměně technologií a zařízení,
které v některém parametru vypouštěných odpadů, zplodin apod. nesplňuje legislativní
předpisy.
†
Tedy, ne že by nebylo možno vyhodnotit data získaná autoritativním vzorkováním, drobný
rozdíl je v platnosti (důvěryhodnosti) učiněných závěrů…
22
Podle charakteru vzorkovaného objektu a účelu vzorkování rozlišujeme:
Prosté náhodné vzorkování, kdy tato metoda je vhodná pro stanovení
průměrných hodnot sledovaných ukazatelů vzorkovaného objektu, příp. dalších
statistických veličin za předpokladu že objekt neobsahuje větší trendy či cykly hodnot
daných ukazatelů. Metoda vychází z předpokladu, že všechna místa vzorkovaného
celku mají stejnou pravděpodobnost být vybrána pro odběr a volba jednoho místa
neovlivňuje výběr dalších.
Stratifikované náhodné vzorkování se používá pro vzorkování celků
složených z nestejně velkých jednotek, pro vzorkování celků složených z několika
dávek připravených za odlišných podmínek, pro vzorkování jednotek s výraznou
směrovou heterogenitou. Vzorkovaný celek se rozdělí na oblasti (straty) a z každé
takovéto oblasti odeberou dílčí vzorky pomocí prostého náhodného vzorkování.
Systematické náhodné vzorkování je prováděno v pravidelných intervalech, ať
už časových či prostorových, např. odběr vzorků z transportního pásu. v případě,
že hodnota sledovaného znaku periodicky kolísá (např. v závislosti na stavu výrobního
procesu), musí být pro vzorkovací interval zvolena odlišná perioda, v opačném případě
by metoda poskytovala stranné výsledky. Počáteční bod je volen náhodně.
Kombinovaná schémata vzorkování
Vícestupňové (hierarchické) vzorkování se používá pro rychlé a relativně
méně nákladné ověřování prostorového rozložení sledovaných charakteristik rozsáhlých
souborů (průzkumy znečištění, třídění materiálů ve skladu apod.). Pro určení místa
odběru vzorků na prvním stupni se využívá odborný úsudek vzorkaře nebo výsledků
terénních měření (atmogeochemie, geofyzikální měření, pH, redox potenciálu apod.).
Vícestupňové tedy znamená minimálně 2stupňové. v první fázi (první stupeň) se objekt
na základě polních měření rozdělí na podsoubory, z každého podsouboru je ve druhém
stupni vybráno jedno či více míst pro vzorkování, místa pro odběr vzorků na druhém
stupni jsou zvolena prostým náhodným vzorkováním.
Modifikované klastrové vzorkování využívá v prvním kroku prostého
náhodného vzorkování a v místech kde jsou splněny požadované hodnoty sledovaného
znaku se odebírají další vzorky kvůli prostorovému vymezení sledované vlastnosti. Toto
schéma je vhodné pro vyhledání řídce se vyskytujících vlastností v hodnoceném
souboru a umožňuje rychlé a méně nákladné měření, umožňuje vymezit hranice
ohnisek anomálních koncentrací.
Směsný vzorek se připraví složením a homogenizací několika dílčích vzorků
ve vhodném poměru. k odběru dílčích vzorků lze využít výše uvedená schémata
vzorkování. Použití tohoto schématu je vhodné pro stanovení průměrů sledovaných
parametrů, avšak bez možnosti sledování informací o prostorových a časových
souvislostech a změnách. Použití směsného vzorku omezuje vliv prostorově
nevýznamných nehomogenit na výsledek zkoušky. Metoda přináší snížení nákladů
snížením počtu laboratorních stanovení. u heterogenních matric s nenáhodným
rozložením sledovaných znaků (vrstevnaté či radiální rozložení vlastností) může vést
k nesprávným závěrům o výsledcích zkoušek. Metoda rovněž NENÍ vhodná, pokud při
smísení hrozí bezpečnostní rizika (chemické reakce s vývinem plynů, tepla, toxických
sloučenin a/nebo ke změnám v obsazích sledovaných parametrů (VOC, AOX,
mikrobiologické ukazatele, atp.). Metodu odběru směsného vzorku lze kombinovat
s ostatními metodami vzorkování.
23
Obecně lze rozlišit dva základní důvody (přístupy) pro vzorkování:
Vzorkování má být použito k ověření daného předpokladu na konkrétním
vzorkovaném objektu:
- k prokázání míry nebezpečných vlastností
- pro správné zařazení odpadu do příslušné výluhové třídy
- k posouzení jakosti při předání odpadu
- pro rozhodnutí v případě sporu
Na základě znalosti dané problematiky (rešerše, obecně platné zákonitosti,
modely) se přijímá určitý závěr či požadavky, kterým musí vyhovět parametry
vzorkovaného objektu. Zkoušky jsou tedy prováděny za účelem potvrzení či ověřování
platnosti daného tvrzení pro konkrétní případ.
Využívá se: stálé vzorkování, kontrolní vzorkování, občasné vzorkování,
orientační vzorkování.
Druhou možností použití vzorkování je přijetí určitého tvrzení, které chceme
zobecnit. Jedná se o případ, kdy je třeba na základě zkoušek zobecnit daný problém,
skutečnost, popsat výrobní postup (definovat výrobní parametry) a kvantifikovat
podmínky platnosti daného popisu. v tomto případě se využívá tzv. statistické
vzorkování.
3.9 Definování požadavků na kvalitu vlastního odběru vzorků
Spolehlivost a úroveň kvality dat DQO (Data Quality Objectives) a tedy platnost
a použitelnost přijatých závěrů může být velmi ovlivněna konkrétním provedením
manipulace se vzorkem, jeho adjustací, transportem a úpravou vzorků.
Proces řízení jakosti vzorkování (QC) (quality control – řízení kvality) je
komplex opatření, kdy se při znalosti možných poškození vzorku a na základě
požadavků na kvalitu výsledných dat přijímají odpovídající opatření k zabezpečení
kvality vzorkování QA (Quality Assurance – záruka, zajištění kvality) a provádí se
kontrola jejich dostatečnosti, resp. se provádí kvantifikace míry tohoto poškození
vlivem vzorkování
.
Zabezpečení jakosti vzorkování (QA) se nazývá systém opatření přijatých
k zajištění, že v průběhu výše uvedených operací nedojde k poškození některého
z hodnocených ukazatelů vzorkovaného objektu, je druhou složkou jakosti celého
procesu vzorkování.
Zabezpečení jakosti vzorkování zahrnuje všechny plánované a systematické
činnosti nutné k dosažení přiměřené důvěry, že vzorkování splňuje požadavky na jakost.
Hlavním cílem požadavků v oblasti zabezpečení jakosti je zachování původních
fyzikálních, chemických a biologických vlastností vzorků a jejich ochrana před
nežádoucím ovlivněním.
24
Problematika obecného zabezpečení jakosti se týká následujících oblastí:
Výběr personálu zajišťujícího vzorkovací práce
Volby vhodných materiálů pro zařízení přicházející do styku se vzorkovaným
objektem
Volby technického řešení vzorkovaného objektu
Volby a určení podmínek použití technických prostředků pro odběr vzorků
Volby a určení podmínek použití vhodných vzorkovnic
Volby pracovního postupu při odběru vzorku a úpravy vzorků
Manipulace, adjustace a uchování vzorků
Zabezpečení jakosti vzorkování se též týká standardizace následujících činností:
Vlastní provedení odběru vzorků
Manipulace se vzorkem (v průběhu vzorkování, transportu a skladování)
Dekontaminace vzorkovnic a vzorkovacích zařízení
Úprav vzorků před laboratorní zkouškou
Požadavky na personál
Pro zajištění spolehlivého vzorkování je nezbytné toto provádět kvalifikovaným
personálem. Úroveň vzdělání a praxe musí odpovídat nárokům kladeným na odběr
vzorků. Pracovníci provádějící odběr musí být seznámeni, proškoleni a kontrolování ze
znalosti a dodržování používaných standardních pracovních postupů. v některých
případech mohou požadavky na vzdělání vyplývat z legislativních předpisů (příkladem
je vzorkování odpadů pro účely hodnocení nebezpečných vlastností odpadů, rizikových
analýz, vzorkování pro účely provádění odběru PCB pro účely evidence, apod.).
Pracovníci musí být zdravotně způsobilí provádět danou činnost, pravidelně
absolvovat lékařská vyšetření. Měli by být proškoleni z předpisů týkajících se
bezpečnosti práce, ochrany zdraví včetně znalosti zásad první pomoci. Měli by být
seznámeni s možnými riziky při vzorkování, ať už vyplývají z manipulace se zařízením
či jde o toxicitu vzorkovaných látek.
Volba a podmínky použitelnosti vhodných technických prostředků pro odběr
vzorků
Technologické provedení (konstrukce, použité materiály) vzorkovače ani vlastní
způsob odběru nesmí změnit fyzikální, chemické, popř. biologické parametry, které jsou
předmětem měření.
25
3.10 Požadavky na technické prostředky pro vzorkování
Technické prostředky pro vzorkování musí být prokazatelně čisté a nesmí
ovlivňovat sledované vlastnosti vzorku Všudypřítomným nebezpečím při odběru dvou
či více vzorků stejným zařízením je přenos kontaminace z předchozích vzorků – křížová
kontaminace.
Výběr a vhodnost vzorkovacích zařízení pro jednotlivé použití závisí zejména
na:
- fyzikálních a chemických vlastností vzorkované matrice
- požadavcích na zajištění bezpečnosti podmínek odběru
- heterogenitě materiálu
- podmínkách uskladnění materiálu
- na dostupnosti odběrových míst
- na požadavcích na množství vzorku
- na účelu vzorkování-předběžné ověření vlastností či celkové zhodnocení
vlastností objektu.
3.11 Volba pracovního postupu při odběru a úpravě vzorku
Manipulace se vzorkem, s vzorkovací technikou, postup odběru vzorků, postupy
zabezpečení a řízení jakosti vzorkování, atp. musí být prováděny podle písemně
zpracovaných postupů, např. standardních operačních postupů.
Vhodnost postupů je nutno ověřovat aby nedocházelo k poškození sledovaných
ukazatelů (validace pracovního postupu)
.
Uchování vzorků a manipulace se vzorkem
Doba zpracování vzorku je čas mezi odběrem vzorku a jeho laboratorním
zpracováním a je typická pro jednotlivý analyt, matrici a způsob stabilizace vzorku.
Vzhledem k náchylnosti některých matric k chemickým, fyzikálním či biologickým
změnám probíhajícím ve vzorku po celou dobu mezi odběrem a zpracováním
v laboratoři, hrozí zde nebezpečí změny kvality vzorku. Určité analyty je nutno
konzervovat již v době odběru, v opačném případě se sledované parametry zjištěné
v laboratoři mohou výrazně odlišovat od parametrů, které vzorek měl v době odběru.
Hlavními příčinami změn vlastností vzorku mohou být:
- působení světla
- změna teploty vzorku
- oxidace vzorku vzdušným nebo rozpuštěným kyslíkem
- změna oxických poměrů po spotřebování kyslíku
- absorpce co2 z ovzduší do vzorku
- mikrobiologické procesy (řasy, bakterie)
- vysrážení, vymrznutí nebo odpaření analytů
26
- sorpce analytů na vzorkovací zařízení či na stěny vzorkovnice
Opatření sloužící k uchování vzorku v původním stavu (zachování vlastností)
patří:
- chlazení vzorků (snížení rychlosti chemických i biologických procesů)
- včasné dodání do laboratoře (dodržení doby zpracování vzorků)
- fixační (konzervační) činidla je v určitých případech možno dávkovat do
vzorkovnic již v laboratoři, nebo vzorkařem na lokalitě po vložení vzorku.
Konkrétní způsob fixace/konzervace nutno konzultovat s příslušnou laboratoří,
způsob konzervace je (měl by být) součástí standardního operačního postupu
vzorkovacího týmu a měl by být popsán v Plánu odběru vzorků.
3.12 Proces vzorkování
Musí zahrnovat postupy a měření, jejichž cílem je dokumentovat, že získané
výsledky jsou dostatečně spolehlivé a vyhovují potřebě zvoleného cíle. Jejich smyslem
je umožnit kontrolu průběhu vzorkování a budoucí validaci, revizi a interpretaci dat
získaných při zkouškách. Protože existuje možnost kontaminace vzorku kdykoliv
během jeho odběru, transportu, uchovávání a zpracování, odebírá se k eliminaci chyb
a pro kontrolu správnosti zvolené metody analýzy řada kontrolních vzorků8.
V případech, že se hodnoty stanovovaných parametrů blíží legislativním limitům
a nebo se jedná o rozhodčí odběry, je použití kontrolních vzorků nutné.
Slepé pokusy (blank) jsou definovány jako vzorky s matricí, která obsahuje jen
zanedbatelná nebo neměřitelná množství sledovaných analytů (reagenční matrice).
Účelem jejich použití je odhalení případné následné (sekundární) kontaminace při
odběru, manipulaci se vzorkem, transportu a/nebo při analytickém procesu, (v laboratoři
např. slepý pokus metody). Tyto vzorky by měly být odebrány v blízkosti posuzované
lokality (tzv. místní kontrolní plochy), v opačném směru, než je převládající směr větru
a směr proudění podzemní plochy. Tím se docílí omezení vlivu vlastní kontaminace
z lokality. Tyto vzorky by měly mít prakticky stejné charakteristiky (např. obsah
organického uhlíku, jílové frakce,…) jako vzorky půdy odebírané v místě kontaminace.
Tyto vzorky nekontaminované matrice nám také poslouží k eliminaci chyb
způsobených nevhodně volenou analytickou metodou. Zjišťujeme například, zda jsme
schopni zvolenou technikou měřit hledanou látku v této konkrétní matrici.
Kontrolní plochy slouží k odběru vzorků matrice z identických míst se
zkoumanými plochami, avšak bez přítomnosti hledaných látek. v praxi používáme dvou
druhů kontrolních ploch:
- místní kontrolní plochy – jsou obvykle přilehlé nebo velmi blízké plochy
k místům odběru testovacích vzorků.
- oblastní kontrolní plochy – jsou přímo v oblasti jako odběrová místa (tj. město
nebo venkov), ale nepatří do zkoumané plochy.
27
Transportní slepý pokus (Transport resp. Trip blank)
Terénní slepé pokusy‡:
Ověření dekontaminace odběrového zařízení (equipment blank) slouží
k posouzení čistoty odběrového zařízení (zejména u vzorků vod, případně půdního
vzduchu).
Atmosférický depozit (field blank)
Kontrolní vzorky prokazující přesnost a správnost vzorkovacího postupu
(ČSN ISO 5667–14)
Opakovaný odběr (Replikátní vzorky, replikáty)
Jde o odběr vzorků ze stejného místa identickým vzorkovacím postupem.
Odběrem opakovaných vzorků (replikátů) je možno vyhodnotit kvalitu práce
vzorkovacího týmu i laboratoře, avšak není možno rozlišit chybu laboratoře
a vzorkování. Pro tento účel se používají duplicitní vzorky.
Dělený vzorek (Duplicitní vzorek)
Připraví se rozdělením zhomogenizovaného§ vzorku na více identických porcí.
Umožňuje kontrolu práce laboratoře, dodává se do laboratoře (příp. několika)
s normálním číselným (kódovým) označením (tedy většinou bez ohlášení duplicity),
nicméně je nutno zajistit, aby příprava, transport apod. děleného vzorku nevnášela
chybu (typickým příkladem je únik těkavých látek při homogenizaci), velikým
problémem je dostatečná homogenizace vzorku atp.
Kontrolní vzorek s přídavkem (odběr spikovaného vzorku)
Všechny kroky vzorkovacího postupu (odběr, adjustace, transport, uložení atd.)
se provedou s použitím uměle nakontaminované (přídavek sledovaného analytu)
matrice, ať už s použitím slepého vzorku nebo reálné matrice, vždy je však potřeba
posuzovat duplicitní vzorek uložený v laboratoři. Umožňuje určit vliv vzorkovacího
postupu na změny hodnot sledovaných parametrů.
Analýza vzorků je často značně nákladná. Proto je prozíravé odebrat celou škálu
slepých vzorků, ale analyzovat pouze terénní slepý vzorek. Pokud je analýza bez
problémů, mohou být ostatní vzorky podle potřeby odloženy nebo skladovány. Objeví-li
‡
Specifické slepé pokusy jsou uvedeny u jednotlivých metod (např:Kontrolní
vzorek na reagencie („reagent blank„) slouží ke stanovení detekčního limitu
analytických metod.)
§
28
Homogenizovaný a zhomogenizovaný bývá velký rozdíl!!
se komplikace, potom je nutné analyzovat jednotlivé slepé vzorky, abychom zjistili
původ chyb.
Pro určité druhy analýz existují zvláštní předpisy pro opakování analýz
a dodržování doby uchovávání slepých vzorků. Při nedodržení těchto předpisů se
vystavujeme nebezpečí, že výsledky analýz budou z právního hlediska neplatné.
Pokud se neodebírá přímo vzorek, ale používáme extrakční zařízení k odběru
reálného vzorku, potom terénní, transportní apod. vzorky musí být zpracovány také
extrakčním zařízením.
29
4. Dokumentace vzorkování
4.1 Projekt prací
Vzorkování se většinou provádí v rámci konkrétního projektu. Cíle takového
projektu jsou různé. Může to být dlouhodobý monitoring přirozené atenuace,
monitoring trendů vývoje koncentrace znečištění některé ze složek životního prostředí,
průzkum znečištění lokality, ověření kvality podzemních vod, průzkum starých
ekologických zátěží apod. Proto musí být vždy tento cíl konkrétně definován. Dále musí
být definovány prostředky, kterými se má těchto cílů dosáhnout. Definuje potřebný
počet odebraných vzorků, rozsah a kvalitu potřebných měření a analýz.
4.2 Plán vzorkování
Je nezbytnou součástí odběru vzorků, obsahuje detailní popis a zdůvodnění
všech jednotlivých kroků procesu vzorkování. Zároveň umožňuje naplánovat správný
a praktický postup prací, s cílem vyloučit chyby vzniklé použitím nevhodných postupů
či technologií.
Následující přehled a rozpis uvádí doporučené členění Plánu vzorkování
(převzato z 7)
Tématické části pánu vzorkování
Kapitoly plánu vzorkování
Zadání podmínek vzorkování, popis
obecných informací
Cíl, účel prací
Popis postupu vzorkování
Informace o zájmové lokalitě,
o vzorkovaném objektu
Určení Schématu vzorkování
Hmotnost, popř. objem dílčího vzorku
Typ vzorkovače a typ vzorkovnice
Popis způsobu odběru dílčích vzorků
Postup úpravy vzorků
Velikost laboratorního vzorku
Materiální zabezpečení odběrů vzorků
Specifikace požadavků k zajištění kvality
a bezpečnosti vzorkování a následných
zkoušek
Opatření k zajištění kvality vzorkování
Určení odpovědnosti za průběh vzorkování
a personálního zabezpečení vzorkování
Výběr laboratoře
Ochrana zdraví a zásady bezpečnosti práce
30
Plán vzorkování struktura:
- zadání podmínek vzorkování, popis obecných informací
- cíl, účel prací: jednoznačné vymezení účelu vzorkování a požadavků na kvalitu
(jakost) výsledných dat vzhledem k jejich zamýšlenému využití
- informace o zájmové lokalitě, o vzorkovaném objektu
Určení Schématu vzorkování:
- hmotnost, popř. objem dílčího vzorku
- typ vzorkovače a typ vzorkovnice
- popis způsobu odběru dílčích vzorků
- postup úpravy vzorků
- velikost laboratorního vzorku
- materiální zabezpečení odběrů vzorků
- opatření k zajištění kvality vzorkování
- určení odpovědnosti za průběh vzorkování a personálního zabezpečení vzorkování
- výběr laboratoře
- ochrana zdraví a zásady bezpečnosti práce
4.3 Bezpečnostní plány
Při přípravě každého odběrového plánu musí být vzata v úvahu bezpečnost
práce. v novele Zákoníku práce (zákon č. 77/1994 Sb.), který nabyl účinnost
k 1. 6. 1994, nacházíme celou jednu hlavu (Hlava pátá) zabývající se bezpečností
a ochranou zdraví při práci. Z ní vyplývá, že každý zaměstnavatel, tedy i podnikatel
v oblasti vzorkování, musí věnovat pozornost ochraně zdraví při práci. Platí
nejvýznamnější zásada, že plnění hospodářských a pracovních úkolů nesmí být dána
přednost před péčí o bezpečnost a ochranu zdraví při práci.
V §133 jsou zakotveny povinnosti zaměstnavatele a v §135 jsou zařazeny práva
a povinnosti zaměstnanců. Zaměstnanci kromě jiného, mají právo na zajištění
bezpečnosti a ochrany zdraví při práci, na informace o nevyhnutelných rizicích jejich
práce a na informace o opatřeních na ochranu před jejich působením.
Odebíráme-li vzorky kontaminovaných matric, jedná se ve velké většině
o přítomnost chemických kontaminantů, které mohou ohrozit zdraví vzorařů
i pracovníků laboratoře. Nezřídka se setkáváme případy, kdy je nutno odebírat vzorky
z míst s vysokou koncentrací chemických látek nebo z různých odpadních jam
a odpadních proudů. v takových případech musí obsluha použít protichemických
obleků, které jsou vyrobeny ze speciálních materiálů (guma, neopren, teflon, nitrilové
polymery atd.).
Ve světě a dnes již i u nás, se požaduje speciální výcvik osob pro odběr vzorků,
zejména ze zamořených ploch a prostorů nebezpečnými látkami. v USA to vyžaduje
Occupational Safety and Health Administration – OSHA). Pečlivá příprava
bezpečnostních protokolů pomáhá chránit zaměstnance, kteří provádějí odběr vzorků,
před nešťastnými náhodami a zraněními nebo potenciálně nebezpečnými chemikáliemi.
31
Dokumentace bezpečnostních protokolů je důležitá zejména v případech, ve kterých se
řeší náhrady za následky úrazů nebo otrav způsobených při odběru vzorků.
Z charakteru práce při odběru vzorků vyplývají určité zdravotní požadavky
na vzorkaře. Ti musí být zdravotně způsobilí pro danou činnost a pravidelně absolvovat
lékařská vyšetření. Musí být proškoleni z předpisů týkajících se bezpečnosti práce,
ochrany zdraví, včetně znalostí zásad první pomoci. Měli by být seznámeni
s nebezpečím, které vyplývá z konkrétního procesu odběru vzorků, nebezpečnosti
vzorkovaných látek apod. v odběrovém plánu musí být také vždy uvedeno, jaký druh
ochranného obleku použít. Pro výběr bezpečného obleku slouží různé katalogy
uvádějící, které obleky použít při výskytu určitých chemikálií. v USA je to Chemical
Protective Clothing Performance Index. Pro odběr vzorků ve zvláště nebezpečných
prostředích pro obsluhu se používá robotů (radioaktivní prostředí, vysoce toxické dýmy,
páry, aerosoly apod.).
Před zahájením odběru pracovník odpovědný za vedení vzorkovacích prací
ověří, zda podmínky vzorkování souhlasí se zadáním a splňují podmínky ochrany
zdraví a bezpečnosti práce. v případě, že podmínky bezpečnosti práce a ochrany zdraví
vzorkaře nejsou zajištěny, práce nesmí zahájit.
4.4 Pracovní deník
Pracovní deník slouží k podrobnému vedení záznamů o odběru vzorků přímo
na lokalitě a slouží jako podklad pro vypracování odběrového protokolu. Je proto
rozumné zaznamenávat v něm všechny údaje potřebné pro vypracování odběrového
protokolu. Protože se předpokládá, že protokol o odběru je stručnější než zpráva
o odběru vzorku, zaznamenáváme si do deníku i technický popis provedení odběru
a souvisejících činností na lokalitě. Protože protokol pak vypracováváme v kanceláři, je
nutné archivovat tyto deníky jako doklad pro případné kontroly originálů (požadavek
zadavatele, kontrolních orgánů apod.
4.5 Odběrové protokoly
Při každém odběru vzorků je nezbytné vést odběrové protokoly. Protokoly by
měly mít statistickou úpravu a vedeny tak, aby jasně prokazovaly reprezentativnost
odběru. Odběrové protokoly musí detailně popisovat sběr, adjustaci, balení, transport
a uskladnění vzorků. Dále mají obsahovat datum, přesný popis místa odběru, vzhledu
vzorku a jeho označení. Čím jsou tyto protokoly podrobnější, tím je menší možnost
záměny a chyb. Záslužným činem byla vyhláška MŽP č.339/97 Sb., která je vlastně
vypracovanou šablonou Protokolu o odběru vzorků. Upřesněný protokol najdeme
v příloze č. 5 Vyhlášky MŽP 376/2001 Sb., do kterého už jen vpisujeme konkrétní
údaje.
Výsledný odběrový protokol musí tedy přesně popsat údaje o odběru vzorku, tj.
adresa a popis místa odběru, datum a čas, jméno a příjmení osoby provádějící odběr
a dále zahrnout všechny informace o zařízení a způsobu odběru vzorku a další údaje
jako: typ vzorku, číslo a velikost kontejneru, označení vzorku (štítek), typ odběrového
zařízení, způsob odběru, počty a typy slepých vzorků (srovnávací vzorky), dělení
a spojování vzorků, objem a specifikaci složení vzorků.
32
5. Nástroje pro vzorkování
Odběr vzorků odpadů a vzorků životního prostředí mnohdy vyžaduje rozličné
typy vzorkovacího náčiní, vzhledem k nutnosti vyhovět měnícím se požadavkům
situace na lokalitě. Výběr vhodného vzorkovacího náčiní je závislý na typu vzorku,
matrici a fyzickém umístění vzorkovaného místa, popř. na jiných podmínkách závislých
na lokalitě. Je nezbytné vzít v úvahu kompatibilitu materiálu vzorkovacího zařízení
a vzorkované matrice a analytu, viz. Příloha 2, Konstrukční materiály.
V těchto kapitolách je popsáno zařízení pro odběr vzorků zemin, sedimentů,
podzemní vody, povrchové vody a vzduchu a další specializované nástroje (stěry
apod.). Některé typy odběrových zařízení jsou popsány přímo u jednotlivých metod
odběru (pasivní vzorkovače apod.).
Pro zajištění minimálních interferencí a kontaminace by veškeré nástroje měly
být provedeny z teflonu, nerez oceli či materiálu, který je vhodný a otestovaný (popř.
předepsaný) pro daný analyt/matrici.
Teflonu je dávána přednost, nicméně není vždy praktické jej použít. Jinými
slovy, volba materiálu je závislá na podmínkách použití. Takovými výjimkami je
například použití nerez oceli pro odběr vzorků zemin a sedimentů, uhlíkaté oceli pro
dělené vzorkovače a jiné velmi namáhané části zařízení pro vzorkování z větších
hloubek, popřípadě kalovky na jedno použití z polyethylenu či polypropylenu pro odběr
vody analyzované na obsah anorganiky. v určitých případech odběru povrchové, pitné
či odpadní vody je možno odebírat přímo do laboratoří připravených vzorkovnic, což
odstraňuje potřebu vzorkovacího náčiní a slepých vzorků dekontaminace zařízení.
V následujících kapitolách je popsáno mnoho zařízení, jejich vhodnost a krátký
popis jejich použití. Snad je zřejmé, že ne každý nástroj je vhodný k odběru všech typů
vzorků a matric a že tento text nemůže pokrýt všechny existující a stále přibývající typy
vzorkovacího náčiní a metod. Nehledě na to, rozdělíme další text na vzorkování aktivní
a vzorkování pasivní.
5.1 Vzorkování Aktivní
Vzorek je odebírán za pomoci jiného hnacího mechanismu nežli difúze, dodáním
energie. Aktivním členem může být čerpadlo (sání či výtlak), podtlak (kanystry, vaky),
vzorkař (odebírá za pomoci nádob či zařízení) atp.
5.1.1 Vzorkovací zařízení pro vodné a ostatní kapalné vzorky
Kapaliny jsou díky jejich skupenství relativně dobře odebratelné, nicméně
získání reprezentativního vzorku je výrazně obtížnější. Hustota, rozpustnost, teplota,
proudění a množství ostatních mechanismů zapříčiňuje změny ve složení vzhledem jak
k času, tak prostoru. Správné vzorkování musí pojmout tyto dynamiky a respektovat
jejich působení. Mnohá zařízení mohou být využita ve více aplikacích, v případě
pochyb je nutno prostudovat i ostatní kapitoly těchto skript.
5.1.1.1 Zařízení pro odběr podzemní vody
Důležitost správného odběru podzemní vody je naprosto nesporná, a to
i v případě monitorovacích či dočasných vrtů, které jsou správně umístěny a vystrojeny,
33
je nezbytné učinit opatření, která zajistí, že odebrané vzorky jsou opravdu
reprezentativními vzhledem k podzemní vodě v daném místě.
Je velmi důležité věnovat pozornost tomu, že vzorky nejsou zvětralé ani
kontaminované vzorkovacím zařízením, vzorkovacím postupem nebo způsobem
nakládání se vzorkem. Stejnou péči je nutno věnovat jakémukoliv zařízení použitému
pro přípravu vrtu na vzorkování.
Voda v rámci vrtu a filtračního obsypu vrtu nemusí nutně reprezentovat složení
podzemní vody v okolí. Tyto rozdíly mohou být způsobeny vrtnými kapalinami či
změnami zapříčiněnými materiálem vystrojení a obsypu vrtu. Před vlastním odběrem je
nutno použít jednu ze tří možností stabilizace kvality vody ve vrtu. Buď musí být
odstraněna vrstva vody nad vzorkovaným intervalem směrem seshora sloupce vody,
nebo musí být voda v rámci vzorkovaného intervalu odčerpána až do ustálení vrtu,
popřípadě je nutno použít jiné techniky nežli proplachové.
5.1.1.1.1
Vzorkovač plněný horem (přelivný válec)
Jde o zařízení používané spíše pro odběry povrchových vod (nádoba-válec
na tyči apod.), z hlediska odběrů podzemních vod v zásadě nevhodný, s výjimkou
odběru plovoucí fáze (NAPL, fáze na hladině), kdy tento způsob vzorkování umožní
odebrat právě tuto fázi. Konstrukční materiály: viz obecné zásady uvedené výše,
nerezavějící ocel či teflon, atp. Pokud je vzorkovač přidělán na tyči (třebas výsuvné)
umožňuje odběr vzorků z lagun, jímek, rybníků apod. (pond sampler)
Výhody
jednoduchý, použití pro plovoucí fázi
Nevýhody:
nemožnost zonálního odběru kromě hladiny
nevhodný pro většinu vzorků, vzorek se míchá a provzdušňuje
5.1.1.1.2 Kalovka (bailer)
Jde o spodem plněný vzorkovač, válec se zpětnou klapkou (ventilem) na dolním
konci**. Jeden z nejstarších a nejjednodušších způsobů vzorkování vody ve vrtech.
Provedení je velmi jednoduché, jde o válec z PTFE či nerez oceli (za dodržení výše
popsaných podmínek neovlivnění vlastností vzorkovaného média i jiný materiál) který
má na dolním konci zpětný ventil či klapku (kónický otvor + kulička, zpětná klapka
apod.). Kalovky existují v mnoha verzích, délek, průměrů a použitých zpětných ventilů.
Jejich relativní jednoduchost a tedy nízká cena umožňuje využívat zařízení na jedno
použití. Nosné či otvírací lanko musí být pokryto PTFE (nerez ocel pokrytá PTFE,
pokud nepřichází do kontaktu s vodou, může být využito PE povlaku.
Kalovka a ostatní příslušenství musí být čištěny v laboratoři, protože na lokalitě
(zvláště při odběru NAPL) není možno zařízení dokonale vyčistit-dekontaminovat.
**
34
Existuje mnoho typů, viz dále.
Zacházení s kalovkou je možné pouze v rukavicích (chirurgické rukavice kvůli
kontaminaci zařízení pro odběr a kontaminaci vrtu. Rukavice se mění při každé změně
vrtu (odběrného místa). Více viz kap.Dekontaminační postupy.
Principy Kalovky, zdroj:9
zdroj: 6
zdroj: 10, 11
zdroj: 12
35
Bohužel, přes jejich atraktivnost mají kalovky jednu nevýhodu: i když je s nimi
manipulováno velmi opatrně, způsobují jisté narušení vzorku. Vzorky odebírané
kalovkou musejí být odebrány s minimálním stupněm aerace. Toho může být dosaženo
pokud je vzorkovač spouštěn velmi opatrně do doby kdy se dotkne hladiny, a je plněn
velmi pomalu (pomalým ponořováním). Nicméně bez ohledu na stupeň péče při plnění
vzorkovače, plnění a vyprázdnění kalovky vždy ovlivní obsah rozpuštěného kyslíku
ve vzorku.
Z těchto důvodů (vzorkařem vyvolané turbulence a expozice vzorku
atmosférickému vzduchu) nemůže být toto zařízení použito pro správný
a reprodukovatelný odběr vzorků na měření parametrů závislých na vzduchu, jako jsou
kupř. rozpuštěný kyslík, pH, oxid uhličitý, železo a jeho formy (Fe2+/3+) apod. Zároveň
mohou být ovlivněny analýzy na VOCs (snížení-aerací), a stanovení kovů (zvýšeníturbidita).
Postup použití:
1)Vyjmi vzorkovač (kalovku) z ochranného obalu označeného†† štítkem a připoj
na určenou vodící šňůru.
2) S použitím polyethylenové (nebo lanka z nerezavějící oceli pokryté inertním
plastem) šňůry ponoř vzorkovač pomalu, dokud nedosáhne hladiny vody.
3) Ponech kalovku ponořit a naplnit s minimálním narušením vzorku
4) Pomalu zdvihni vzorkovač k povrchu, je nutno vyloučit kontakt vodící šňůry s
pažením vrtu a/nebo horninou.
5) Nakloň kalovku tak, aby se obsah pomalu vylil horním koncem po stěně do
vzorkovnice, kvůli minimalizaci turbulencí. Je možno použít zařízení pro vylití dolním
koncem, a tato metoda se zdá být vhodnější při vzorkování VOCs. Pokud je možné, plní
se vialky na VOCs první, až po vrch (bez volného head-space prostoru) a to prvním
vzorkovačem který je naplněn vodou.
6) Opakuj kroky 2–5 do získání potřebného objemu vzorku
7) Použij postupy pro konzervaci, adjustuj vzorkovnice pro transport
8) Vlož použitou kalovku zpět do pytle pro zaslání do laboratoře
k dekontaminaci (či likvidaci) a odstraň použitou polyethylenovou šňůru.
9) vezmi další kalovku dekontaminovanou v laboratoři (či na jedno použití)
a pokračuj na následujícím vzorkovacím místě.
††
Obal musí být popsán laboratoří či výrobcem, musí být uvedeny údaje o lokalitě (analytech)
a pod, detaily viz kapitolu Dekontaminační postupy
36
10) pokud se vyžadují dělené vzorky, naplň vzorkem z kalovky střídavě
a rovnoměrně všechny požadované (dle počtu parametrů a zúčastněných laboratoří)
vzorkovnice.
Výhody:
- Není třeba externí zdroj energie
- Použití vzorkovačů dekontaminovaných v laboratoři je možné pro každý vrt
zvlášť, čímž je eliminována křížová kontaminace mezi vzorky.
- Jsou dostupné v provedení PTFE či nerezavějící ocel
- Kalovky na jedno použití je možno využít v případech, kdy nehrozí
interference materiálu kalovky a analytu či matrice
- Jednoduché použití, lehké (většinou), přenosné
Nevýhody:
- Omezený objem odebraného vzorku
- Nemožnost odběru diskrétních vzorků pod hladinou vody
- Nelze použít dekontaminaci na lokalitě
- Nemohou být použity pro vyprázdnění vrtu
- Reprezentativnost vzorků závisí na vzorkaři
- Opakovaně použitelné vzorkovače z polyethylenu nejsou vhodné pro chemické
analýzy (tedy jen fyzikální faktory)
- zpětný ventil s kuličkou mívá tendenci se obrušovat, měnit rozměry
a zadržovat nánosy a díky tomu podtékat (netěsnosti). Tyto netěsnosti mohou způsobit
provzdušnění následujících vzorků a hromadění nežádoucích materiálů omytím výstroje
vrtů.
- Neposkytuje spolehlivá či reprodukovatelná data co se týká parametrů citlivých
na vzduch, tedy rozpuštěný kyslík, pH, oxid uhličitý, železo a jeho formy (Fe2+/3+) atp.
- Výsledky analytických stanovení VOCs mohou vykazovat výsledky nižší nežli
je hodnota skutečná a výsledky stanovení kovů mohou vykazovat výsledky vyšší.
Rozhodnutí o ponechání vzorkovače ve vrtu v případě dlouhodobého
monitoringu nelze doporučit z důvodu potenciální akumulace kontaminace.
5.1.1.2 Zonální odběrová zařízení
V podstatě většinou kalovka s ventilem(y) ovládaným(i) lankem, pneumaticky,
závažím a podobně
5.1.1.2.1 Kemmererův vzorkovač
Je použitelný ve většině situací (tedy nejen podzemní vody). Jde o zařízení
aktivovaná závažím (messenger). Dolů se zařízení spouští v otevřeném stavu a voda
proudí (relativně snadno skrze trubici. Po dosažení cílové hloubky je posláno dolů po
nosném lanku závaží (messenger) který způsobí uzavření trubice a oddělení odebraného
vzorku od okolí. Uzavírány jsou jak horní, tak dolní konec trubice. Odběr vzorků je
možný v hloubkách cca 1–200 m.
37
Kemmererův vzorkovač Zdroj: 13
Theiler-Friedingerův vzorkovač,
Zdroj: 13
Niskinův vzorkovač, zdroj: 14
Horizontální Niskinův vzorkovač, úzké
vrstvy vody, zdroj: 14
5.1.1.2.2 Membránové čerpadlo (bladder pump)
Příklad čerpadla s pozitivním tlakem (objemové, vytěsňovací), v principu jde
o pevnou trubici (teflon, nerezavějící ocel…) která uzavírá válcovou membránu (teflon
a pod). Nad a pod membránou jsou umístěny ventily., na sací straně případně sítko.
Pracovní cyklus čerpadla začíná naplněním membrány (vnitřního válcovitého prostoru)
vodou přes zpětný ventil, většinou v patě čerpadla (pro NAPL může být uspořádání
jiné). Po naplnění je do prostoru mezi membránu a vnější válec čerpadla hnán vzduch
(popř. jiné medium), což způsobí deformaci membrány směrem dovnitř válce
a vytlačení vody (kapaliny) přes výtlačný zpětný ventil do výtlačného potrubí. Tento
ventil brání zpětnému toku vody z potrubí do čerpadla.
38
Membránové čerpadlo, zdroj: 15
Membránové čerpadlo, zdroj: 6
Veškeré pohyby vzorku a hnacího plynu jsou řízeny řadou regulátorů většinou
zakrytovaných v jedné skřínce na povrchu. Zdrojem hnacího média (plynu) je buď
tlaková láhev (typicky dusík nebo velmi čistý vzduch) popřípadě je získáván přímo
na lokalitě pomocí bezolejového kompresoru.
Průtoky lze regulovat lépe nežli u odstředivých čerpadel s proměnným výkonem
a to bez rizika zablokování motoru. Membránová čerpadla musí být dekontaminována
v laboratoři a jsou vždy určena pro daný vrt. Jinak řečeno, membránová čerpadla
zůstávají pro dlouhodobý monitoring nainstalovaná ve vrtu, a to v případě,
že membrána a ostatní materiály čerpadla jsou dlouhodobě odolné proti kontaminantům.
Čištění membránových čerpadel na lokalitě lze připustit pouze za následujících
podmínek:
1) pouzdro čerpadla je z nerezavějící oceli a vnitřní membrána je výměnná,
na jedno použití.
2) Použije se jedna z ověřených metod čištění: (viz. Příloha 1),
Postup použití:
1) Zkontroluj těsnost všech spojů
2) Ponoř dekontaminované čerpadlo a určenou hadici do vrtu pod hladinu vody.
3) Připoj kompresor ke zdroji energie, je nutno zajistit aby zdroj energie (pokud
se nejedná o připojení k síti) byl umístěn po větru od vzorkované zóny (výfukové
plyny). Pokud není použit kompresor, připoj externí zdroj vzduchu (plynu, hnacího
média)
4) Připoj zdroj hnacího média přes řídící skřínku. Plného průtoku by mělo být
dosaženo cca za 5–15 cyklů. Po stabilizaci kvality vody z vrtu a zaznamenání údajů je
možno započít se vzorkováním
5) Nastav plnící a výtlačné cykly pro optimalizaci účinnosti čerpání, toto může
být provedeno následujícím postupem:
6) Nastav plnící a výtlačné cykly na 10–15 sec, měř objem vody vytlačené
v každém cyklu.
7) Zkracuj výtlačný cyklus do té doby, než se konec výtlačného cyklu začne krýt
s koncem výtoku vody z pumpy.
39
8) Zkracuj plnící periodu do té doby, nežli se objem vyčerpané vody
ve výtlačném cyklu sníží na 10–15 % maximálního objemu, který byl získán při měření
v kroku 6)
9) v případě vzorkování VOCs a semi-VOCs sniž průtok nastavením škrtící
klapky na 100–150 ml.min-1 či méně.
10) Po stabilizaci vrtu odeber vzorek(y) přímo z výtlačné trubky do v laboratoři
vyčištěné vzorkovnice, v případě potřeby proveď konzervaci, adjustuj.
Výhody:
Jde o čerpadlo s pozitivním tlakem (vytěsňovací)
Lze využít pro odčerpání vrtu a odběr vzorků pro stanovení veškerých parametrů
Jednoduchý design a manipulace
Provozní proměnné jsou snadno řiditelné
Minimální porušení vzorku
Je možná in-line filtrace
Je dostupné v široké škále průměrů
Nevýhody:
Zvláště pro hlouběji instalovaná čerpadla mohou být potřebné značné objemy
plynu (hnacího média)
Pouze čerpadla s vyměnitelnou membránou lze čistit na lokalitě a to pouze
s využitím ověřených dekontaminačních postupů
5.1.1.2.3 Pístové čerpadlo (Reciprocating Piston Pump)
Díky typu hnacího média a principu je zařazeno do stejné skupiny s předchozím,
jde o čerpadlo s pozitivním výtlakem. Toto zařízení využívá jeden či dva písty a jejich
pohybu v rámci komor(y) vybavené zpětnými ventily, poháněno je většinou stlačeným
vzduchem. Díky tomu, že písty vykonávají přímočarý pohyb (nasají vodu a pak ji
vytlačí), způsobují minimální narušení vzorku. Čerpadla s jedním pístem pracují do
hloubek cca 160 m, čerpadla s dvěma písty jsou použitelná do hloubek cca 350 m.
Čerpadla s menšími průměry vyžadují 3/8" hadice pro dodávku vzduchu a ½" hadice
pro odvod vzduchu s ½" hadicí pro výtlak vody. Omezení dodávky vzduchu se používá
jako ovládací prvek průtoku čerpadla. Hadice pro dodávku vzduchu se dodávají buď
jako sloučené do jednoho kabelu nebo oddělené.
40
Pístové čerpadlo, zdroj: 16
Postupy použití:
1) Dekontaminuj čerpadlo, trubice pro přívod a odvod vzduchu a výtlačnou
hadici na vodu včetně připojených spojek a fitinek
2) Uvolni čerpadlo a hadice z bubnu
3) Pomalu instaluj čerpadlo do sloupce vody a zároveň otírej spouštěné trubky
papírovým ubrouskem nasyceným deionizovanou vodou
4) pro objemově průměrované vzorkování nastav čerpadlo buď v rámci 1 m od
hladiny a nebo bezprostředně nad filtr vrtu (zárubnici) v závislosti na zvolené metodě
5) pro nízkoprůtokové odčerpání a vzorkování instaluj čerpadlo do určené
hloubky v rámci vzorkovaného intervalu
6) nastav požadovaný průtok pomocí regulace průtoku vzduchu
Výhody:
- Ocelová konstrukce těla a pístů
- Proměnné řízení rychlosti
41
- Čerpadlo s pozitivním výtlakem
- Volitelně přenosné či dlouhodobě umístěné
- Průtoky od 0,75 l.min-1
- Čerpadlo je rozložitelné kvůli dekontaminaci
Nevýhody:
- Výtlačná hadice má velký průměr i u malých čerpadel (½" hadice u 1,8 "
modelu)
- Navíjení na buben při použití jako přenosné činí dekontaminaci hadic obtížnou
- Obroušené části mohou umožnit vstup vzduchu do vzorku či snížit účinnost
čerpadla
5.1.1.2.4 Odstředivé čerpadlo s proměnnou rychlostí (centrifugal pump)
Pokroky v konstrukci a designu ponorných odstředivých čerpadel dosažené
v posledních desetiletích vyústily do čerpadel se značně sníženou velikostí a s možností
ovládání změny rychlosti výtoku.
Tyto dvě klíčové výhody, ve spojení s použitím konstrukčních prvků
z nerezavějící oceli a teflonu, výrazně zvýšily vhodnost těchto čerpadel pro aplikaci při
nízkoprůtkovém proplachu a odběru vzorků.
Přehled čerpadel Grundfos, zdroj: 17
42
Odstředivé čerpadlo zn. Grundfos, převzato z manuálu, zdroj: 18
Čerpadla grundfos jsou typickými zástupci komerčně dostupnými v této třídě
čerpadel. Jsou zde však jistá omezení která, pokud jsou známa a vzata do úvahy,
umožní uživateli zvládnout většinu běžných situací.
Proměnná rychlost je jednou z klíčových výhod těchto zařízení, neboť umožňuje
nízkoprůtokové proplachy a odběry vzorků. Pro kompenzaci ztrát výkonu, způsobených
zmenšením průměru oběžného kola hnací turbínky, je nutno výrazně zvýšit rychlost
otáčení rotoru (tedy zvýšit otáčky motoru). Vysokým otáčkám motoru padl za oběť
kroutící moment, (síla motoru) a výsledkem toho je, že při startu či restartu čerpadla je
řízeně zvýšena rychlost otáčení kvůli nutnosti otevření zpětného ventilu. Tato náhlá
změna (zvýšení) průtoku může způsobit mobilizaci nežádoucího materiálu z okolí
čerpadla. Pro vyloučení tohoto problému (restart) je důležité zvláště během
proplachovacího a vzorkovacího intervalu zajistit, aby nedošlo k přerušení napájení
(palivo v generátoru a pod).
Dalším bodem je výběr vhodného zpětného ventilu. Je ideální když má zpětný
ventil minimální odpor při otevření a může být umístěn in-line na povrchu. Toto řešení
umožní odstranit stagnující sloupec vody z trubky bez vytažení čerpadla. Pokud je
43
nutno vytáhnout čerpadlo z vrtů kvůli vylití vody z trubky, prodlužuje to čas přípravy
a navíc vytažení čerpadla může způsobit nežádoucí změny ve vrtu, které si vynutí delší
stabilizační čerpání.
Design čerpadel s řiditelným průtokem můžou též důkladně otestovat vrty
s malou vydatností. Pokud se vzorkuje méně nežli 100 ml.min-1, stává se ovládání
čerpadla citlivějším a může vytvářet opakované restarty, které při nízkoprůtokovém
čerpání a vzorkování nejsou žádoucí. Z tohoto důvodu je dobré ověřit, že ovládací
elektronika obsahuje přepínač frekvence na desetinu (“ten-turn-pot”), který umožní
výrazně lepší ovládání průtoků a náhodných zastavení čerpadla při vzorkování nízkými
průtoky.
Celkově zmenšené velikosti čerpadel a vysokootáčkové motory způsobují,
že jedním z dalších kritických parametrů je řízení teploty. Čerpadlo je konstruováno tak,
že se chladí vodou protékající podél pláště čerpadla. Je nutno vzít do úvahy zvýšení
teploty způsobené motorem čerpadla zvláště v případě čerpání a vzorkování za nízkých
průtoků.
Průměr čerpadla hraje roli v případě velkoprůměrových vrtů (>100 mm), kdy
průtok do sání čerpadla je spíše horizontální nežli vertikální. Výrobci proto dodávají
k čerpadlům příslušenství (kryt), který směruje tok média a zlepšuje tepelné toky.
ve vrtech s malými průměry je pohyb vody za nízkých průtoků výrazně účinnější pro
funkci chlazení nežli se předpokládá. Pro případy, kdy je důležitým a sledovaným
parametrem teplota a je zde výrazné a ustálené zvýšení teploty, není dobré pro
vyloučení ohřevu vypínat a zapínat čerpadlo. Tato činnost jen může vést k porušení
vrtu. Namísto toho je vhodné zaznamenat teplotu do vzorkovacího (pracovního) deníku
a počkat na ustálení teploty. V případech významného zaznamenaného zvýšení teploty
může na základě těchto údajů odpovědný pracovník vyhodnotit data pro VOCs
a SVOCs.
Při odběru slepého vzorku (field blank) je nutno dodržet stejná pravidla jako pro
ostatní vzorkovací náčiní. Tedy veškeré zařízení a nástroje, které by přišly do kontaktu
se vzorkem, musí přijít do kontaktu s vodou na slepý vzorek. Pro předcházení
problémům při vzorkování, které by mohly vniknout díky vnitřnímu systému čerpadla,
doporučuje se následující postup: Připraví se slepý vzorek naplněním 1000ml
dekontaminovaného skleněného cejchovaného válce způsobem, který určí analytická
laboratoř. Dekontaminované čerpadlo se umístí do válce, a to včetně připojených
spojovacích fitinek, spojek a trubic. Čerpadlo se aktivuje a odebere se požadovaný slepý
vzorek; při vyčerpání vody se voda ve válci doplní další vodou určenou laboratoří.
Tento postup vyžaduje dodání vody z laboratoře v 1- nebo více-litrových nádobách.
Tradiční dodávka ve vzorkovnicích, do kterých se poté odebírají vzorky je v tomto
případě nevhodná.
Některá čerpadla (Grundfos® Redi Flo 2) využívají jako interní chladící
kapalinu deionizovanou vodu, která je oddělena od sání vzorku těsněním z Vitonu,
kterým prochází hřídel motoru. Abraze tohoto těsnění může způsobit pronikání chladící
vody do vzorkované vody a naopak. Z tohoto důvodu je nutno čerpadlo při
dekontaminaci kompletně rozložit, oddělit motorovou hřídel od statoru, použít správné
dekontaminační postupy pro vzorkovací nástroje na podzemní vodu (viz
Dekontaminační postupy) a následovat postup uvedený v manuálu čerpadla, včetně
plnění chladícího prostoru čerpadla čerstvou deionizovanou vodou. Při plnění je nutno
otočit hřídelí rotoru, aby došlo ke kompletnímu zaplnění chladícího prostoru vodou
a odstranění zachyceného vzduchu, v opačném případě hrozí přehřátí motoru. Je nutno
44
pravidelně měnit Vitonová těsnění a je nutno dbát na nezamrznutí chladící kapaliny
v obdobích chladného počasí. Správné čištění a pravidelná údržba pomůže zajistit
správně odebrané vzorky a dlouhý život vaší pračce.
Postupy použití:
1) Dekontaminuj čerpadlo, elektrický kabel a všechny související fitinky
2) Pro odčerpání a vzorkování za nízkého průtoku připoj připravenou trubici
o správné délce, v závislosti na vzorkované hloubce a dalších podmínkách.
3) Pro objemově průměrované vzorkování nastav čerpadlo buď v rámci 1 m od
hladiny a nebo bezprostředně nad filtr vrtu (zárubnici) v závislosti na zvolené metodě
odběru.
4) Pomalu instaluj čerpadlo do sloupce vody a zároveň otírej spouštěnou trubku
papírovým ubrouskem nasyceným destilovanou či deionizovanou vodou.
5) Pokud je použit elektrický generátor, měl by být umístěn ve směru po větru.
6) Započni odčerpání vrtu dle zvolené metody
7) Po odčerpání, odeber vzorky dle zvoleného plánu
Výhody:
- Výtlačný princip
- Versatilní a lehké
- Proměnné řízení rychlosti z povrchu umožňuje jemné ladění průtoku
- Konstrukce z nerezové oceli a teflonu
- Celková rozložitelnost umožňuje přístup ke všem částem pro důkladnou
dekontaminaci
- Vhodné pro nízkoprůtokové čerpání a vzorkování
Nevýhody:
- Během nízkoprůtokového čerpání a vzorkování může narůstat teplota
- při využití nízkých průtoků jsou možná zastavení motoru, pro opětovné
rozeběhnutí může být dočasně výrazně zvýšen čerpací výkon
- v případě nedodržení instrukcí výrobce při rozebírání čerpadla pro
dekontaminaci je možná křížová kontaminace vrtu.
5.1.1.2.5 Zubová čerpadla (gear pump)
Výtlačný princip, malé a lehké, vyrábí několik dodavatelů. Je schopno proměnné
rychlosti vzorkování, použití je podobné jako u výše uvedeného odstředivého čerpadla.
Je třeba zvolit čerpadlo s díly provedenými z nerezavějící oceli a teflonu (rotory).
Nicméně vnitřní části nejsou snadno dostupné pro dekontaminaci, tedy je nezbytné
věnovat zvýšenou pozornost čištění, je třeba vzít tuto vlastnost do úvahy při volbě
čerpadel přenosných. Mnoho z nich je provedeno tak, že napájení je zataveno do
výtlačné trubice, což snižuje aplikovatelnost za různých podmínek. Zároveň je velmi
ztížena dekontaminace. Je tedy vhodné volit čerpadlo s odděleným přívodním kabelem
a výtlačným potrubím. Tato čerpadla jsou velmi vhodná pro dlouhodobé monitorování
(zůstává v jednom vrtu).
45
Princip zubového čerpadla, zdroj: 19
Zubová čerpadla do vrtů, zdroj: 20
Postupy použití:
1) Dekontaminuj čerpadlo, elektrický kabel a všechny související fitinky
2) Pro odčerpání a vzorkování za nízkého průtoku připoj připravenou trubici
o správné délce, v závislosti na vzorkované hloubce a dalších podmínkách.
3) Pro objemově průměrované vzorkování nastav čerpadlo buď v rámci 1 m od
hladiny a nebo bezprostředně nad filtr vrtu v závislosti na zvolené metodě odběru.
4) Pomalu instaluj čerpadlo do sloupce vody a zároveň otírej spouštěnou trubku
papírovým ubrouskem nasyceným destilovanou/deionizovanou vodou.
5) Započni odčerpání vrtu dle zvolené metody
6) Po odčerpání, odeber vzorky dle zvoleného plánu
Výhody:
- Výtlačný princip
- Lehké
- Proměnné řízení rychlosti zvláště v oblasti nízkých průtoků
- Konstrukce z nerezové oceli a teflonu
- Vhodné pro nízkoprůtokové čerpání a vzorkování
Nevýhody:
- mnoho typů je konstruováno s elektrickým kabelem zataveným do výtlačné
trubice, což je nevýhodné pro dekontaminaci
- Zakalené vzorky obrušují rotory z teflonu
5.1.1.2.6 Vřetenové čerpadlo (Progressing Cavity Pump)
Jiným příkladem čerpadla s výtlačným principem je čerpadlo vřetenové. Je
lehké, zhotovuje se z různých materiálů a v různých velikostech a rychlost čerpání je
možno ovládat z povrchu. Též u tohoto typu bývá napájecí kabel často spojen
s výtlačnou hadicí, tedy je nezbytná dekontaminace výtlačného potrubí mezi
46
jednotlivými odběry v různých vrtech. Je třeba zvolit čerpadlo s pouzdrem
z nerezavějící oceli, chemicky odolným statorem, a jejichž napájecí kabel a výtlačné
potrubí je odděleno. Často bývá napájeno 12 voltovou baterií a jsou omezeny dosahem
do cca 50 m.
Princip vřetenového čerpadla vynalezl na začátku třicátých let francouzský
technik Rene Moineau. Tento princip je již dobře ověřený a jeho možnosti aplikací stále
nejsou omezeny. Čerpadlo se skládá ze šroubovitého kovového rotoru, který se otáčí
uvnitř šroubovitého statoru. Geometrie a rozměry těchto částí jsou navrženy tak, aby
rotor vložený do statoru vytvořil řetěz vytěsněných komor (nebo dutin). Komory
axiálně postupující od sání k výtlaku čerpadla dopravují kapalinu21.
Rotory vřetenového čerpadla, zdroj: 23
Princip vřetenového čerpadla, zdroj: 22
Vřetenové čerpadlo, zdroj: 24
Princip vřetenového čerpadla,
zdroj: 21
1) Dekontaminuj čerpadlo, elektrický kabel a všechny související fitinky
2) Pro odčerpání a vzorkování za nízkého průtoku připoj připravenou trubici
o správné délce, v závislosti na vzorkované hloubce a dalších podmínkách.
3). Započni odčerpání vrtu dle zvolené metody
5) Po odčerpání, odeber vzorky dle zvoleného plánu
Výhody:
- výtlačný princip
47
- lehké
- proměnné řízení rychlosti zvláště v oblasti nízkých průtoků
- konstrukce z nerezové oceli a teflonu
- vhodné pro nízkoprůtokové čerpání a vzorkování
Nevýhody:
- mnoho typů je konstruováno s elektrickým kabelem zataveným do výtlačné
trubice, což je nevýhodné pro dekontaminaci
5.1.1.2.7 Inerciální (setrvačné) čerpadlo (Inertial pump)
Jak napovídá název čerpadla, pracuje na principu inerce, setrvačnosti. Čerpadlo
je velmi jednoduché, skládá se z polyethylenové hadice a zpětné klapky či kuličkového
zpětného ventilu umístěného na konci trubice (v podstatě dlouhá kalovka ☺). Ventil
umožňuje průtok média dovnitř, ale brání výtoku zpět. Pouhým pohybem trubice nahoru
a dolů na krátkou vzdálenost čerpáme médium. Pohyb směrem dolů otevře ventil
a umožní proudit médiu do trubice, pohyb zpětný uzavírá ventil, tento zadržuje nabrané
médium a vrací trubici do výchozí polohy. Opakování těchto pohybů způsobí díky
působení setrvačnosti postupný posun vody (média) směrem vzhůru. Omezení použití je
dáno možným narušením vzorku v rámci vrtu, v případě jílovitých poloh se může zvýšit
obsah anorganických kontaminantů ve vzorku. Stejně tak je zanášena chyba do
stanovení VOCs. Pohyb může být prováděn manuálně či mechanicky. Automatický
způsob umožňuje určitou kontrolu narušení vrtu a dodávky vzorku. Tento způsob je
výhodný u dočasných velmi úzkých vrtů (>25mm) a pro screeningová vymapování
(vertikální delineace) rozložení čoček kontaminantu s využitím techniky přímého
vtláčení.
Princip zpětného ventilu, zdroj: 26
Princip inerciálního čerpadla, Zdroj: 25
Ukázka inerciálních čerpadel, zdroj: 26
48
Postupy použití:
1) Připoj dekontaminovaný teflonový či kovový zpětný ventil na konec trubice.
2) Během zasouvání do vrtu otírej trubici papírovým ubrouskem navlhčeným
deionizovanou vodou.
3) Po dosažení požadované hloubky započni pohybovat trubicí nahoru a dolu,
s vyloučením narušení vrtu a jeho výstroje.
Výhody:
- Levné
- Snadná manipulace
- Dekontaminace ventilů je relativně snadná
- Výhodné použití pro polní screening (dočasné vrty) při použití techniky
přímého vtláčení a úzkých průměrů vrtů (s omezením VOC)
Nevýhody:
- Manuální manipulace je namáhavá
- Použití způsobuje nezanedbatelné míchání a zakalení
- Nerovnoměrná doprava vzorku
- Může způsobovat ztráty VOC díky míchání
- Použití ve vrtech s nízkým nátokem a malým průměrem může způsobit
významný pokles hladiny vody a způsobit provzdušnění vzorku
- není vhodný pro vrty s velkými průměry (trubice se vlní)
Vzorkovač typu stříkačka, zdroj: 14
Vzorkovač s vyměnitelnou
stříkačkou, zdroj: 14
5.1.1.2.8 Vzorkovač typu stříkačka (syringe sampler)
Jde o specializovaná zařízení, která jsou uzpůsobená pro in situ odběr a uchování
vzorků podzemní vody s vyloučením provzdušnění vzorku (možná změna obsahu
49
VOC), tlakových změn způsobených odplyněním (únik anorganických plynů, může
způsobit změny v rozpustnostech látek). Nejsou běžně používány pro odběry
podzemních vod, nicméně mají své nezastupitelné místo pro odběr diskrétních,
neprovzdušněných vzorků. Příkladem může být odběr neporušeného podílu DNAPL
(nevodná fáze těžší vody) ze dna vrtu, či vymapování zóny pro následná polní
analytická měření.
Měření indikátorů kvality vody prováděná na diskrétních či nečerpaných
vzorcích jsou více náchylná chybám způsobeným změnami teploty, tlaku, zákalu
a koncentrace rozpuštěných plynů nežli měření s využitím měření ve vrtu či s použitím
průtočné komory. Z toho vyplývá, že takto odebrané sub-vzorky mohou být použity pro
měření vodivosti, pH, alkalinity, nicméně nemohou být využity pro zaznamenávání dat
jako je teplota, rozpuštěný kyslík, Eh či zákal. Zařízení bývají konstruována tak, že lze
použít běžně dostupné stříkačky (past, sklo) či speciální.
Konstrukce ze skla a nerezavějící oceli umožňuje snadnou dekontaminaci,
konstrukce z plastu je na jedno použití.
Výhody:
- Možnost vzorkovat v určené hloubce
- vnitřní část válce není vystavena okolní vodě
- případné využití pro polní screening
Nevýhody:
- malý objem odebraného vzorku činí srovnání duplicitních a podobných vzorků
pro zajištění kvality neprůkaznými
- není doporučeno pro odběry na analýzy vocs z monitorovacích vrtů kvůli
nebezpečí změn koncentrací
- použití musí být ověřeno případ od případu
5.1.1.3 Čerpadla podtlaková-sací (Suction-lift Pumps)
Do tohoto oddílu patří čerpadla membránová, odstředivá a peristaltická. Tato
zařízení jsou instalována na povrchu, s trubkou z polyethylenu, PVC či teflonu
zavedenou do vrtu. Čerpadla membránová a odstředivá se používají pouze k vyčerpání
vrtu před vzorkováním, čerpadla peristaltická lze použít i pro odběr vzorků. Veškeré
trubky musí být nové a určené pro daný vrt, musí být při instalaci otřeny destilovanou či
deionizovanou vodou. Potrubí k odstředivým čerpadlům instalovaným na povrchu by
mělo být vybaveno zpětným ventilem, kvůli zavzdušnění čerpadla a provzdušnění vody
před odběrem vzorků. Pokud není zpětný ventil použit, musí čerpadlo běžet
i v okamžiku výměny čerpadel, kvůli vyloučení vtoku vody z trubek a čerpadla zpět do
vrtu. Tato odsávací čerpadla bývají běžně využívána při objemově průměrovaném
vzorkování, kdy se odčerpávají běžně 3 až 5 objemů vody z vrtu před odběrem
vlastního vzorku kupříkladu kalovkou. Znovu je třeba zdůraznit, že pomocí sacích
čerpadel nelze odebírat vzorky na chemickou analýzu (s výjimkou vzorků odebraných
peristaltickým čerpadlem pro anorganické analýzy). Po použití odstředivých čerpadel je
nutno zajistit, že v pouzdru nezůstala žádná voda a je nutné důkladné promytí
a odstranění přisedlé suspenze. Hlavním omezením těchto typů čerpadel je nemožnost
odběru z hloubek větších nežli cca 8 m, kvůli atmosférickému tlaku. Pokud je nutno
čerpadlo zalévat (aktivace zalitím), smí být použita pouze pitná voda.
50
Peristaltické čerpadlo Zdroj: 27
Peristaltické čerpadlo, zdroj: 28
Peristaltické čerpadlo, zdroj: 29
Peristaltické čerpadlo, Zdroj:30
5.1.1.3.1 Peristaltické čerpadlo
Nejdůležitějším prvkem čerpadla je pružná hadice. Ta je otáčejícími kladkami
sevřena proti stěně tak, aby byla ve stlačeném místě zcela neprůchozí. Protože kladky
hadici postupně uzavírají, tlačí uzavřený úsek hadice před sebou a tím i kapalinu, která
je v tomto úseku obsažena. Za kladkou se hadice vlastní silou opět vrací do původního
tvaru. Tím vzniká podtlak, který do vzniklého prostoru za kladku nasává další kapalinu.
Délka svíraného úseku musí být tak velká, aby vždy alespoň jedna kladka hadici svírala
a nikdy nenastala situace, že jsou obě kladky mimo hadici. Nejjednodušší je uspořádání
se dvěma kladkami (viz. výše), může se však použít větší počet kladek (např. místo
dvou na tři) a úhel opásání hadice se zmenší (např. ze 180°; na 120°). Hadice použitá
pro odčerpání vrtu se může v určitých případech použít na odběr vzorku. Pro odběr
vzorku z vrtu se doporučuje teflonem pokrytý polyethylen, pro vlastní hadici čerpadla je
vhodným materiálem silikonový polymer v kvalitě pro zdravotnické použití, popřípadě
jiný materiál s menší sorpcí a podobnou pružností. Viz kapitolu: Možné zdroje
kontaminace.
Výhody:
- má samonasávací schopnost.
- má neomezenou dobu provozu nasucho bez kapaliny.
51
- nepotřebuje výtlačný ventil, voda se po zastavení zpět nevrací.
- nevadí mu znečištěná voda, ani abrazivní částice.
- může bez újmy čerpat pitnou vodu nebo i silně agresivní kapaliny, pokud to
materiál hadice dovoluje, vzorek nepřichází do styku s jiným materiálem kromě hadice
- jsou-li kladky a ložiska ze samomazného plastu, nevadí čerpadlu voda, může
pracovat dál i pod vodou.
- snadný provoz, rychlost je proměnná (řiditelná)
- pracuje velmi tiše a bez rázů.
- lze použít pro vrty malých průměrů (5 cm)
- komerčně dostupné
- není nutná dekontaminace čerpadla, kromě výměny hadic(e) mezi různými vrty
- pokus se vzorkuje jen anorganika, oplach a vzorkování může být provedeno
jednou (tou samou) hadicí
Nevýhody:
- potřebuje nízké otáčky cca 30-200 ot./min. (nelze je pohánět přímo
elektromotorem ani malou rychloběžnou turbínou).
- sací výška je omezena pružností hadice a její schopností získat původní tvar,
cca 8 m
- výtlačná výška je omezena pružností hadice a její pevností.
- nebezpečí ztrát těkavých podílů díky podtlaku, tudíž tímto zařízením nelze
odebírat vzorky s obsahem těkavých a semitěkavých látek, a vzorky na analýzu
parametrů závislých na vzduchu. (mj. rozpuštěný kyslík, ph, oxid uhličitý, železo a jeho
formy (Fe2+/3+).
Postup použití:
Zkontroluj hadici a rotor (úniky, praskliny), nahraď, pokud je třeba
Navlékni pružnou hadici do pumpy (kolem rotoru)
Zaveď určenou délku vzorkovací trubice do vrtu a připoj na sací stranu pružné
hadice čerpadla
Délka hadice zavedená do vody by neměla přesáhnout 3 m
V případě potřeby přidej malé závaží z nerezavějící oceli nakonec trubice
ve vrtu (zvláště vhodné pro zavedení konce trubice do úzkých vrtů)
Připoj odpadní trubici (na výtlačnou stranu čerpadla) kvůli sběru vzorků
a odvodu vody mimo čerpadlo a vrt
Spusť pumpu a započni odčerpání vrtu, rychlost pumpy je nutno udržovat
na takové úrovni, aby nedošlo k výraznému poklesu hladiny vrtu (>10 cm), po
odčerpání vrtu započni vzorkování
Odeber vzorky do čistých vzorkovnic a dle potřeby proveď jejich konzervaci
a adjustaci.
Zpracováno podle: 27, 6.
52
5.1.1.4 Vzorkovací zařízení na odpadní vody (Wastewater Sampling
Equipment)
Vzorkovací zařízení na odpadní vody bývá běžně konstruováno pro odběr
vodných vzorků z přítokových a odtokových zdrojů daného zpracovatelského závodu.
Protože bývají sledovány velké objemy v delším časovém úseku, stávají se tyto
vhodnými pro odběr kompozitních (složených) vzorků. Tato zařízení mohu být též
využita pro charakterizaci toků řek, brakických vod, jezer či nádrží. Vzorky je možno
odebírat ručně či automatickými vzorkovači. Bez ohledu na to, kterou techniku
použijeme, úspěch vzorkovacího programu závisí na péči věnované vlastnímu odběru
vzorků. Optimální výkon bude získán v případě zkušeného a zacvičeného a patřičně
vzdělaného personálu.
5.1.1.4.1 Ruční odběry (Manual sampling)
Vyznačuje se (většinou) minimálními náklady na vzorkování. Lidský faktor je
klíčovým k provedení úspěšných odběrů či naopak zanesení chyby při jakémkoliv
programu manuálního vzorkování.
Tento typ vzorkování je velmi vhodný pro odběr malého množství vzorků,
nicméně se vzrůstajícím počtem vzorků (rutinní dlouhodobé odběry, popř. velké
objemy) narůstá časová i finanční náročnost.
Výhody:
- nízké investiční náklady
- lze aplikovat na různé situace
- jsou zaznamenány výjimečné případy (máme znalost průběhu chybné akce)
- není třeba údržba (?!)
- v krátkém čase možno odebrat speciální vzorky (navíc)
Nevýhody:
- pravděpodobné zvýšení variability vzorků z důvodu manipulace se vzorky
- nejednotnost odběrů
- vysoké náklady je několik vzorků odebíráno denně
- opakovaná a monotónní úloha pro personál
5.1.1.4.2 Automatické vzorkování
Automatické vzorkovače jsou zvýhodněny, kvůli efektivitě nákladů,
víceúčelovosti, spolehlivosti, zvýšeným možnostem, větší vzorkovací četnosti
a přizpůsobivosti vzorkování specifickým požadavkům (kupř. povolení na vypouštění
vod). Jsou dostupné v mnoha různých úrovních složitosti, odolnosti a užitných
vlastností (a samozřejmě nákladů). Nicméně žádné automatické zařízení není (zatím)
ideálně vhodné pro všechny situace. Je vždy třeba vyhodnotit následující požadavky
na vzorkovač:
- změny sledovaných charakteristik vody či odpadní vody v rámci času
- změny průtoků v čase
- specifická hustota kapalin a koncentrace suspendovaných částic
53
- přítomnost plovoucích částic.
Výběr vzorkovacího zařízení je též závislý na vyhodnocení rozsahu použití,
nezbytných znalostech potřebných pro instalaci a úroveň požadované přesnosti.
v podstatě existuje 5 vzájemně navazujících a souvisejících podsystémů, které by měl
automatický dávkovač obsahovat a je nutno jejich funkci vyhodnotit. Jde o vtokové
zařízení, shromáždění vzorku, transport, uložení a napájení. Robustnost vtokového
systému lze posuzovat na základě odolnosti proti zanášení či ucpávání, necitlivosti
na fyzické poškození, minimální odpor kladený průtoku, pevná čerpací trubice či
možnost zajištění či ukotvení (proti povodni či ukradení), zda existuje více vstupů
a kompatibilita konstrukčních materiálů vzhledem k požadovaným analýzám. Komerční
vzorkovač často využívají buď vakuum či peristaltické čerpadlo.
Automatický vzorkovač, zdroj:31
Kapacita: 12 nebo 24 vzorkovnic, napájení:
12 V, sání: max. 7.9 m, rozsah teplot 0 °C až
+50 °C
5.1.2 Vzorkovací náčiní pro vzorky jiné než kapalné
Vzorkování jiných než vodných matric zahrnuje mnoho různých typů odpadů,
včetně pevných odpadů v barelech a kontejnerech, pastovitých matric a zemin. Je zde
mnoho faktorů, které je nutno vzít do úvahy při výběru vhodného vzorkovacího náčiní
pro tyto typy matric. Nejdůležitějším aspektem vzorkování těchto typů matric je získání
reprezentativního vzorku ze všech přítomných (vzorkovaných) vrstev. Musíme v rámci
možností zachovat integritu vzorků, čili zachovat jejich fyzikální formu a chemické
složení. Splnit tyto nároky nám umožní správné použití vhodných vzorkovacích
nástrojů.
Tato kapitola je dále rozčleněna na tři podkapitoly, zeminy, sedimenty a kaly
a odpady v kontejnerech.
54
5.1.2.1 Vzorkovací zařízení pro odběry zemin
Vzorkování zemin se provádí z více možných důvodů. Tyto zahrnují zjištění
kontaminace zemin, zjištění horizontálního a vertikálního rozložení kontaminace či
sledování vztahů mezi kontaminací podzemní vody a zeminy. Zeminy vzorkujeme buď
na povrchu či pod povrchem, v závislosti na typu potřebné informace. Rozlišujeme
povrch, tedy vrstvu od vlastního povrchu do cca 60 cm a podzemí, tedy pod 60 cm
hloubky. Je třeba zdůraznit, že pro účely radiologického vzorkování se povrchovou
vrstvou míní 15 cm. Pro tyto účely lze využít několik typů vzorkovačů.
5.1.2.1.1 Lopatka (lžíce) (scoop, trowel)
Vzorkovací lopatka, plast, zdroj: 32
Vzorkovací lopatka, nerez ocel, zdroj:33
Takovéto nástroje možno využít pro odběr vzorků povrchových částí zeminy.
Můžeme je využít pro homogenizaci či pro odběr vzorků mnoha jiných pevných
odpadů. Použít můžeme tvary různé, nicméně uzavřenější (u rukojeti i na bocích) model
je vhodnější, lépe zadržuje materiál. Existují v mnoha provedeních a materiálech,
nicméně nejvýhodnějším materiálem se ve většině případů jeví nerezavějící ocel.
Naprosto nevhodné jsou pochromované či lakované nástroje, mohou do vzorků přidávat
části povrchového laku. Ostatní materiály se mohou ve zdůvodněných případech použít,
kupř. polyethylenová lopatka může být vhodná pro vzorkování stopových prvků
v sedimentech.
Vzorky je možno vložit přímo do vzorkovnic či předem zpracovat (sítování –
pro získání určité frakce), popř. dělení, směšování apod.
Způsob použití:
1) Odeber z povrchu (a těsně pod ním)v určených intervalech malé, stejné
podíly.
2) Přenes vzorky do laboratorně vyčištěných vzorkovnice a popřípadě konzervuj
dle příslušných předpisů.
Výhody:
Snadnost použití a snadné čištění
55
Nevýhody:
Nelze použít pro odběr vzorků na analýzu VOCs.
5.1.2.1.2 Válcové vrtáky (bucket auger)
Jedná se o zařízení válcovitého tvaru s dvěma či více čepelemi na dolním konci
a připojovacím šroubením (či jiným typem připojení) pro napojení na prodlužovací tyče
a vratidlo (či jiné zařízení pro vyvinutí točivého momentu a tlaku směrem dolů).
Otáčením nástroje (většinou) ve směru hodinových ručiček se zařízení zavrtává
do matrice a čepelemi vykrajuje válcovitý profil, který je nasouván do válcovité části
nad čepelemi.
Těchto zařízení existuje nepřeberné množství variant, různé průměry, délky
a různé konstrukce čepelí i válcovité části. Běžné délky bývají okolo 30 cm, v principu
lze rozlišit tři základní typy: pro písek, pro jílovité/bahnité matrice a pro smíšené
zeminy.
Je nutno zdůraznit, že použití těchto zařízení dochází ke změně struktury
odebraného vzorku zeminy, ať již narušením či míšením. Tyto typy vrtáků nejsou
vhodné pro odběry na strukturně neporušených vzorků a nejsou vhodné pro odběry
vzorků na analýzu VOCs.
Na následujícím obrázku jsou znázorněny vrtáky pro různé matrice, odleva
a odshora klesá soudržnost zeminy: vysoký podíl jílu matrici (1. vlevo), kamenitá
zemina (3. zprava), písčitá zemina (2. zprava). Navíc je ukázán spirálový vrták (první
zprava) do velmi kamenitých zemin, nicméně jeho vytěžení z vrtu bývá mnohdy velmi
problematické (v případě ručního vrtání).
Ruční vrtáky, pro různé typy matric, zdroj:34
56
Způsob použití:
1) Očisti místo odběru od volných kamenů, větví a jiných materiálů nežli zemina
2) na rukojeť připoj vhodný vrták (případně přes prodlužovací tyč)
3) otáčej vrtákem ve směru hodinových ručiček a při naplnění (vždy po
prohloubení otvoru o cca délku aktivní části vrtáku) vysuň vrták a vyprázdni, pokračuj
po dosažení cílové hloubky.
4) Použij druhý vrták pro odběr vzorku. Použití vrtáku, kterým byl vrt vyvrtán
pro odběr vzorku, není přípustné.
5) Přenes vzorek do laboratorně dekontaminované vzorkovnice s pomocí čisté
dekontaminované lopatky či lžíce.
6) Při odběru z hloubek větších nežli je délka vrtáku, odstraň cca 2 cm materiálu
odshora vzorkovače, může jít o materiál sesypaný na dno vrtu.
7) Dle potřeby proveď konzervaci vzorku
Výhody:
Relativně rychlá práce při odběru vzorků
Nevýhody:
Naruší profil vzorkované zeminy, nelze odebrat neporušené vzorky, neměl by
být použit pro vzorkování na analýzu VOCs.
5.1.2.1.3 Vzorkovač pro odběr jádrových vzorků (soil core device)
5.1.2.1.4 Dělený jádrový vzorkovač (Split Spoon Sampler)
Jedná se v podstatě o válec z nerezavějící oceli, který se zatlačí (zatluče) do
zeminy a zemina v něm uzavřená si uchovává (alespoň relativně) svoji strukturu a navíc
tento válec po uzavření a utěsnění konců funguje jako vzorkovnice pro uložení při
odběrech na analýzy VOCs.
Lze použít vnitřní plastové vložky pro snadné vyjmutí vzorků a dále lze využít
zádržné košíčky (pro více sypké zeminy). Pro vyvrtání sondy do určité hloubky lze
použít válcové či spirálové vrtáky, nutno odstranit spad. v některých případech bývají
tyto vzorkovače podélně dělené, pro snadnější vyjmutí vzorku (viz dále). Existuje
varianta s výměnnými čepelemi (resp. čepel zůstává a mění se vnitřní vložka
na uchování vzorku), hlava pro upevnění válce mívá zpětný ventil pro odběr vzorků
jílovitých a pastovitých matric (vzorek funguje jako píst), kdy lze vzorek zatlačit do
vzorkovače, ale vypadnutí vzorku brání zpětný ventil.
57
Princip funkce a reálný vzhled zádržných košíčků (vložek),
zdroj: 35
Postupy použití:
1) Sestav tyče, vzorkovací válec, hlavu, případně řezné ostří, pokud je
vyžadováno tak i s vložkami.
2) Umísti vzorkovač tak, aby se dotýkal dna vrtu (začátku místa vzorkování)
3) Zatlač či zatluč vzorkovač do naplnění (nárůst odporu již značí stlačování
vzorku). Pokud je vyžadován odběr vzorku s neporušenými hydraulickými vlastnostmi,
je nutno si vyznačit startovní hloubku (výchozí pozici) a zatlačit válec přesně
na vzdálenost odpovídající jeho délce, při nedodržení tohoto pravidla stoupá stlačení
vzorku, změna permeability odpovídá cca (velmi orientačně) 1 řád/1 úder kladiva navíc.
4) Po dosažení cílové hloubky se vzorkovač vytěží z místa odběru, pozor
na ztrátu (vysypání) vzorku. u vlhkých a lepivých zemin pomůže pohyb horní částí
soutyčí po obvodu vrtu (tyč vykoná kuželovitý pohyb BEZ rotace kolem osy tyče.
Tento kuželovitý pohyb může pomoci oddělení („utržení“vzorku od okolní matrice.
5) Při použití nedělené trubice uzavři dolní konec vzorkovače (ocelová vložka
a plastový těsnící uzávěr), odpoj od vzorkovací hlavy a utěsni horní část vzorku
(ocelová vložka a plastový uzávěr). Pokud je použita dělený vzorkovač, odšroubuj
vzorkovač od prodlužovacích tyčí, odšroubuj vrtné čelo, vyjmi plastovou vložku se
vzorkem (je-li použita) a dle určení vzorku proveď analýzu (FID, PID analyzátory
apod.) vložku i se vzorkem ulož či přemísti vzorek dle určení.
6) v případě že se vzorek přemísťuje, proveď konzervaci, pokud je vyžadována.
Výhody:
- Lze použít v různých substancích
- Jádrové vzorky zůstávají relativně nedotčeny
- vrtné vložky a vrtná čela lze vyměňovat (u některých typů)
Nevýhody:
- Omezení hloubkou vrtu
- Nepoužitelné ve skalnatém podloží či silně stlačených horninách (matricích)
58
- pro odběr na chemickou analýzy lze doporučit pouze vzorkovače vyrobené
z nerezavějící oceli
Dělený jádrový vzorkovač, zdroj: 34
Dělený jádrový vzorkovač, zdroj: 34
59
Dělený vzorkovač, zdroj: 37
60
Dělený vzorkovač, zdroj:36
Je variantou výše uvedeného, je konstruován pro odběr reprezentativních vzorků
z hloubek, bývá konstruován z uhlíkaté či nerezavějící oceli, vzorkovač je podélně
rozdělen na dvě poloviny pro snadné vyjmutí vzorku.
Je vybaven vrtnou hlavou a vrtnou čepelí. Tato zařízení existují v široké škále
délek a průměrů, běžně jsou zatlačovány do zeminy údery zařízení (kluzné kladivo‡‡)
o hmotnosti cca 70 kg, dráha pohybu kladiva cca 75 cm.
Postupy použití:
1) Sestav vzorkovač přiložením obou polovin k sobě navzájem aby vytvořily
válec, našroubuj vrtnou (řeznou) část na spodní konec a těžší vrtnou hlavu na horní
konec. Sešroubování zároveň zpevňuje celé zařízení.
2) Umísti vzorkovač kolmo k vzorkované matrici
3) Zatluč vzorkovač do matrice s využitím kladiva či strojního zařízení (kluzné
kladivo pokud je dostupné), nezatlačuj větší délku, nežli je aktivní část vzorkovače, při
zatlačení na délku celého vzorkovače (včetně vrtné hlavy) dochází ke stlačení vzorku.
4) Zapiš délku zatlačení vzorkovače a počet úderů potřebných k tomuto
zatlačení.
5) Vytáhni vzorkovač, odšroubuj řeznou hranu a vrtnou hlavu, pokud jsou
vyžadovány dělené vzorky je nutno využít dekontaminovaný nůž z nerezavějící oceli
pro podélné rozdělení vzorku.
Proveď polní měření (jsou li vyžadována), přenes dekontaminovaným nástrojem
(lžíce, lopatka apod. vzorek do laboratorně vyčištěných vzorkovnic, proveď případnou
konzervaci.
Výhody:
- snadno dostupné
- silné (robustní)
- ideální pro odběr dělených vzorků
-je označováno jako výhodné pro odběry VOCs
Nevýhody:
- Pro hlubší vzorky vyžaduje vrtnou soupravu či alespoň zařízení na vytěžení
vzorkovače z vrtu.
5.1.2.1.5 Trubkový jádrový vzorkovač (Shelby Tube Sampler)
Trubkový vzorkovač je prakticky identický s předchozími typy, ale tělo
vzorkovače tvoří nerozebíratelná tenkostěnná trubice z nerezavějící oceli. Tato trubice
slouží zároveň jako odběrové zařízení a zároveň jako vzorkovnice pro uložení
‡‡
V podstatě jde o závaží tvaru dlouhého dutého válce navlečeného na vrtném soutyčí, zvedané
a spouštěné kupř. pomocí lana a vinchen.
61
(krátkodobé) vzorku. Lze ji velmi dobře využít pro vzorkování na VOCs a pro odběr
neporušených vzorků s nezměněnými hydraulickými parametry. Dolní (řezný) okraj
trubice je zabroušen do tvaru ostří, zešikmeného směrem od vnější strany trubice
k vnitřní, výsledkem této úpravy je, že vzorek uložený v trubici není při nasouvání do
vzorkovače radiálně stlačován.
Postupy použití:
1) Umísti smontovaný vzorkovač kolmo k povrchu vzorkovaného materiálu
2) Zatlač trubici do zeminy plynulým a rychlým pohybem, bez nárazů či otáčení.
Nikdy by nemělo dojít k zatlačení vzorkovače hlouběji nežli je vlastní aktivní délka
trubice§§.
3) Ponech několik minut v klidu, vzorek v trubici expanduje.
4) Před vytěžením vzorkovače z vrtu otoč dvakrát vzorkovačem, kvůli „utržení“
vzorku ode dna původní matrice. U vlhkých a lepivých zemin pomůže pohyb horní částí
soutyčí po obvodu vrtu (tyč vykoná kuželovitý pohyb bez rotace kolem osy tyče.
5) Vzorkovač odmontuj z vrtné hlavy (většinou je držen dvěma šrouby)
Výhody:
- relativně levný
-trubice vzorkovače se použije pro uložení a transport vzorku bez jeho porušení
- je k dispozici jádrový vzorek
- snadné čištění
Nevýhody:
- někdy je velmi obtížně vytěžit vzorkovač se vzorkem (sypké horniny)
- nelze použít v kamenitých a skalnatých matricích (válce se snadno deformují)
§§
62
To je bohužel pouze pustá teorie, v praxi se bez zatlučení mnohdy neobejdeme)
Trubkový vzorkovač, zdroj: 34
Trubkový vzorkovač, zdroj: 37
5.1.2.1.6 Mikrovzorkovač (En Core sampler)
Je v podstatě jediným ověřeným typem vzorkovače, kterým je možno odebrat
subvzorky na analýzu VOCs z neporušeného vrtného jádra. Jedná se o zařízení na jedno
použití, pro odběr zemin. Nelze použít pro odběr kapalin.
63
Zdroj: 38
Postup použití:
1) otevři zapečetěný balíček se vzorkovačem
2) vlož teflonový vzorkovač do těla rukojeti
3) před použitím NEVYTAHUJ píst
4) odlož zařízení na stranu na čistý povrch
5) otevři vzorkovač se vzorkem, proveď příslušná měření online přístroji (jsou li
vyžadována)
6) po určení správného umístění vzorku (18 cm interval ode dna vzorku) připrav
povrch vzorku pro vzorkování odškrábnutím malého množství z povrchu pomocí
dekontaminované špachtle
7) přilož vzorkovač kolmo k povrchu vzorkovaného objektu a zatlač do vzorku,
cca 16 mm (5/8") aby bylo odebráno 5 g vzorku.
8) Čistou špachtlí odstraň přebytečný materiál a očisti konec vzorkovače, tak
aby bylo možno vzorek těsně uzavřít (násuvný o-kroužek uvnitř krytu).
9) Uzavři vzorkovač
10) Vyjmi vzorek z T-rukojeti a uzamči píst přesunutím a otočením do uzavřené
polohy, nelze li otočit, jo to známka, že nebylo odebráno celé množství materiálu.
11) Uzavři zpět do foliového balíčku, uzavři, označ samolepkou a ochlaď
na 4 °C.
12) Zašli do laboratoře, nesmí být překročen čas methanolické extrakce
v laboratoři do 48 hodin.
Výhody:
- Je v podstatě jediným ověřeným typem vzorkovače, kterým je možno odebrat
subvzorky na analýzu VOCs vez nutnosti konzervace vzorku na lokalitě.
- je konstruován tak, aby byla zachována integrita vzorku beze ztrát VOCs
Nevýhody
64
- Píst je konstruován tak, aby se otevřel při zatlačení do vzorku vrtného jádra
zeminy, tedy v závislosti na soudržnosti vzorkované zeminy může činit odběr najednou
potíže.
- Matrice s obsahem kamenů, štěrku či větších úlomků hornin nemohou být
tímto vzorkovačem vzorkovány.
5.1.2.1.7 Spirálový vrták (power auger)
Tento vrták není určen pro odběr vzorků, slouží k prohloubení či vytvoření vrtu
do úrovně, od které se začne vzorkovat. Je tvořen stočenou plechovou spirálou nesenou
na válcovém jádře.
Výhody:
- Zkracuje čas vzorkování
-Vzorky z větších hloubek jsou snáze dostupné
Nevýhody:
- vstupní investice
- použití benzínem či naftou poháněnými zařízeními pro pohon vrtáku zvyšuje
riziko kontaminace vzorků či vrtu
- Nepoužitelný v kamenitých matricích (zvláště při ručním pohonu a vytahování)
- složitý postup dekontaminace (vysokotlaké čištění, popř. čištění horkou vodou.
5.2 Vzorkování pasivní
je technika založená na volném toku molekul vzorkované sloučeniny ze
vzorkovaného média do média sběrného, vyvolaném snahou po dosažení rovnovážné
koncentrace vzorkované látky v obou médiích. Tento proces trvá až do dosažení
rovnovážného stavu nebo do ukončení procesu operátorem39. Charakteristickou
vlastností těchto vzorkovačů je fakt, že vzorkují pouze určitou frakci polutantů.
65
Vzorkované médium samovolně proudí kolem pasivně vystaveného sběrného
zařízení (filtru, membrány či jiného sběrného média), v němž se sledovaný polutant
zachycuje. Separační mechanismus je založen na rozdílu mezi koncentracemi škodlivin
v prostředí a v sorpčním médiu. Délka vzorkování se řídí podle doby, která je nutná pro
ustavení rovnovážného stavu (nasycení sorpční kapacity). Tyto vzorkovače jsou málo
citlivé na náhodné extrémní změny v aktuální koncentraci polutantů. Poskytují pouze
informace o dlouhodobé úrovni kontaminace40. Sorpční média pro pasivní vzorkování
lze podle původu dělit na biotická a abiotická. Jako biotické vzorkovače se osvědčily
přírodní materiály jako je jehličí (borovice), mechy a lišejníky, popř. živé organismy –
ryby, mlži atp. Obsah analytů je výsledkem dlouhodobého ustanovování rovnováhy
mezi vzorkovačem a ovzduším. Výhodou bývá snadná dostupnost těchto materiálů
v životním prostředí. Osvědčily se při sledování organického i anorganického
znečištění. Dále si můžeme rozdělit pasivní vzorkovače na rovnovážné a integrativní.
Pasivní vzorkování-výhody:
- jednoduchost
- nízká cena zařízení a nízké provozní náklady
- malé nároky na instalaci a technickou údržbu
- snadná manipulace
- zpravidla jednodušší laboratorní zpracování exponovaných médií
- nezávislost na zdroji energie
- neobtěžují okolí
- ekonomicky výhodné
- vzorkují po celé období expozice (vhodné pro monitoring) a tedy poskytují
informaci o dlouhodobé úrovni kontaminace
Nevýhody:
- nižší citlivost a vyšší detekční limit
- možné interference s jinými polutanty
- obtížnější kvantifikace – nemožnost exaktního stanovení prošlého objemu
vzduchu (používají se přepočty závislé na délce expozice, rychlosti sorpce a dalších
parametrech či empiricky získané koeficienty).
5.2.1 Rovnovážný vzorkovač
lze popsat rovnicí:
K SV =
CS
CV
Kde
KSV
66
je rozdělovací konstanta mezi vzorkem a vzorkovačem
CS
je koncentrace analytu v sorbentu
CV
je koncentrace analytu ve vzorku
Závislost koncentrace analytu ve sběrném médiu na čase
5.2.2 Příklady rovnovážných vzorkovačů
SPME – mikroextrakce tuhou fází (Solid Phase Microextraction), zavedené
Arthurem a Pavliszynem 1990.
V podstatě jde o křemenné vlákno pokryté netěkavým polymerním povlakem,
které je uvedeno do kontaktu s kapalným či plynným (včetně headspace i nad pevným)
médiem. Sorbované analyty jsou poté termálně uvolněny v injektoru plynového
chromatografu. Vlákno je umístěno v držáku podobném stříkačce, který chrání vlákno
během transportu a uložení, umožňuje proniknutí vlákna septem nástřiku GC a/nebo
vialky. S tím to zařízením lze zacházet velmi podobně jako s běžnou stříkačkou pro GC.
Následující rovnice popisuje zjednodušeně rozdělování analytu mezi vlákno a vzorek.
CV =
MS
VS K SV
Kde:
MS
je hmotnost sorbentu
Vs
je objem sorbentu a ostatní výrazy viz výše.
67
Obrázek převzat od 41
Mikroextrakce tuhou fází (dále jen SPME), je jednoduchá a účinná
sorpčně/desorpční technika zakoncentrování analytu. Principem je expozice malého
množství sorbentu, tj. extrakční fáze, nadbytkem vzorku. Cílem většiny používaných
metod přípravy vzorků před analýzou je získání analytu v dostatečném, detekovatelném
množství, bez nežádoucích příměsí. v případě SPME jsou analyty sorbovány na vlákně,
dokud není dosaženo rovnováhy. Metoda SPME se používá jak pro stanovení
kvalitativní, tak i pro stanovení kvantitativní. Přesnost a správnost výsledků je
ovlivněna celou řadou faktorů. SPME metoda poskytuje lineární kalibrační křivku
v širokém koncentračním rozmezí. Volbou vhodného typu vlákna lze dosáhnout
reprodukovatelných výsledků i pro nízké koncentrace analytů. Analýza organických
látek, např. znečišťujících životní prostředí, ale často i příprava řady dalších vzorků
začíná zakoncentrováním analytu. Používají se různé metody jako např. extrakce
kapalinou, extrakce tuhou fází, extrakce plynem (purge and trap, headspace) nebo další
techniky. Všechny tyto postupy jsou časově náročné, vyžadují komplikované přístroje
a organická rozpouštědla. SPME, adsorpčně/desorpční technika, vznikla na University
of Waterloo (Ontario, Kanada). Podstatou SPME je křemenné vlákno pokryté různými
typy stacionární fáze, které se liší polaritou i sorpčními vlastnostmi. Nevázané fáze jsou
stabilní v organických rozpouštědlech mísitelných s vodou, ve kterých mohou slabě
bobtnat. Nikdy nesmí být čištěny nepolárními organickými rozpouštědly. Vázané fáze
jsou stabilní ve všech organických rozpouštědlech. v některých nepolárních
rozpouštědlech mohou slabě bobtnat. Upozornění: podrobnosti o kompatibilitě vláken
a rozpouštědel najdete v aplikačních listech a bulletinech, které jsou věnovány
aplikacím SPME/HPLC. Upozornění: Chlorovaná rozpouštědla mohou rozpouštět
epoxidová lepidla používaná k lepení vláken. Speciální pozornost je třeba věnovat při
práci s vlákny PDMS/DVB a CW/DVB. Může zde dojít i ke stažení vrstvy.
68
Stacionární fáze lze rozdělit: 1. homogenní čisté polymery – absorbenty 2.
porézní částice suspendované v polymeru – adsorbenty Rozdíly v mechanismech sorpcí
jsou znázorněny na obrázcích 1 a 2. Volbě vhodného typu sorpční vrstvy je třeba
věnovat náležitou pozornost. Analyt je na vlákně zachycen na základě absorpce
v případě čistých polymerů a nebo adsorpce v případě fází s porézními suspendovanými
částicemi. Analyt může být sorbován z prostoru parní fáze (headspace) nebo ponořením
do vzorku. Rovnovážný stav SPME je závislý na koncentraci analytu ve vzorku a
na typu a tloušťce polymeru, který pokrývá křemenné vlákno. Množství sorbovaného
analytu závisí na distribuční konstantě a na tloušťce vrstvy polymeru. v některých
případech bývá vzorkování ukončeno ještě před dosažením rovnovážného stavu, a to
z důvodů úspory času. Chceme-li použít SPME metodu pro stanovení obsahu analytů, je
třeba nejprve zvolit vhodný typ vlákna a metodu vzorkování. Výtěžek je ovlivněn řadou
faktorů, jako např. tloušťkou sorpční vrstvy, mícháním vzorku, vysolováním, vlivem
hodnoty pH a dalšími. Silnější vrstva je schopna extrahovat větší množství analytu
a naopak Proto se vlákno se silnější vrstvou používá pro zachycení těkavějších látek.
Tenká vrstva naopak zajišťuje rychlou difúzi a uvolnění výše vroucích látek během
tepelné desorpce. Silná vrstva účinněji extrahuje výše vroucí složky ze vzorku, ale
desorpce je dlouhotrvajícím procesem. Analyt tak může být přenášen až do další
extrakce. Míchání vzorku extrakci zlepšuje a zkracuje, obzvláště u molekul s vyšší
molekulovou hmotností a s vysokým difúzním koeficientem. Proměnlivé míchání je
nežádoucí, protože způsobuje nižší přesnost stanovení. Ultrazvuk zlepšuje sorpci
analytu, zároveň vede k zahřívání vzorku, tím se mohou analyty odpařit do prostoru
parní fáze a tak zvýšit výtěžek extrakce. Je to další faktor, který ovlivňuje
reprodukovatelnost. Těkavé analyty, které jsou schopné odpařování, mohou být
extrahovány ponořením vlákna do vzorku nebo vzorkováním v prostoru parní fáze.
69
Netěkavé analyty musí být extrahovány pouze ponořením vlákna. Přidání 25–30%
(hmotnostních) chloridu sodného do vzorku nebo úprava pH vzorku před vlastní
extrakcí zvyšuje iontovou sílu roztoku a tím snižuje rozpustnost analytů. Zvýšením
iontové síly roztoku přídavkem soli do vzorků se zvýší účinnost extrakce pro řadu
analytů, zvláště látek polárních a těkavých. To platí i pro stopovou analýzu. Zvýšení
iontové síly se nedoporučuje pro vysokomolekulární látky, protože je příčinou vzniku
interferujících píků. Změna pH také ovlivňuje rozpustnost některých analytů. Kyselé
a bazické složky jsou mnohem účinněji extrahovány v kyselém, respektive bazickém
prostředí. Vhodnou kombinací vlivu iontové síly a hodnoty pH se zlepší extrakce
analytu z prostoru parní fáze. Ustavení rovnováhy je rychlejší v prostoru parní fáze než
při ponoření do vzorku proto, že se molekuly pohybují v plynné fázi mnohem rychleji
než v kapalině. Množství extrahovaného analytu ovlivňuje celá řada dalších faktorů.
Zpracováno podle42
Jinou variantou je SBSE43
(Stir Bar Sorptive Extraction), nebo-li míchadlo pokryté sorbentem.
Pro výpočet koncentrace ve vzorku lze použít rovnici jako pro SPME.
Desky pro TLC jako pasivní vzorkovače vod44:
1: ochranný koš
2: vzorkovací médium – TLCdeska C2,
C18 (50 x 51mm)
3: stojan
5.2.3 Integrativní vzorkovače
Na rozdíl od rovnovážných, využívají polopropustnou membránu či jinou
difúzní bariéru oddělující vzorek a vzorkovací médium, kdy tato bariéra zajišťuje
víceméně jednosměrný tok analytu.
70
Příkladem integrativního vzorkovače využitelného jak pro ovzduší tak pro
kapalnou fázi je tzv. virtuální, umělá ryba, SPMD45 (SemiPermeable Membrane
Device), popsaný46 v roce1993.
(Převzato od39)
Převzato od 47
Jaké výhody má použití membrán SPMD?
71
-není nutno ji na rozdíl od živých organismů krmit (membránu)
-nepožírají se navzájem, nejsou napadány predátory (kromě lidských hamižných
bytostí),
-nejsou závislé na kyslíku a neublíží jim nemoci ani je neotráví polutanty, které
mají měřit
-neutíkají, nemnoží se, není zde problém zavlečených druhů
-pro většinu prostředí lze použít jeden a tentýž typ
Umístění SPMD vzorkovačů
převzato od 48,49
Specifikace SPMD: tenkostěnný (50–100 µm) polymerní film nebo trubice
tvořená
LDPE
(nízkohustotní
polyethylen),
silikonem,
polypropylenem,
ethylvinylacetátem, atd.
72
Sběrná média (sequestranty): vysokomolekulární (≈600 daltonů) nepolární
kapaliny nebo tekutiny (neutrální lipidy, silikonové oleje, jiné lipidy – organické
kapaliny, samotná LDPE membrána).
Standardní SPMD konfigurace(komerčně dostupné): membrána-LDPE
plochá trubice bez aditiv, sběrná fáze-vysoce čistý (> 95%) syntetický triolein a LDPE
membrána, rozměry-2,5-cm široká (naplocho) a 91,4-cm-dlouhá LDPE trubice,
tloušťka stěny 70-95 µm s povrchovou plochou ≈ 450 cm² nebo ≈ 100 cm²/g SPMD,
obsah 1 ml (0,915 g) trioleinu ve formě tenkého filmu. Jiné rozměry lez použít, pokud
je zachován hmotnostní poměr lipid/membrána ≈ 0,2 a tloušťka membrány je dle výše
uvedené specifikace. Póry specifického rozměru do 1.10-9 m, což je rozměr odpovídající
biologickým membránám rybích buněk.
Pro výpočet koncentrace SPMD pro integrativní vzorkování ovzduší je možno
nalézt např. vztahy50:
CA =
CS
RSA t
RSA =
3000
RS [l.den-1]
6,5
Kde
RSA
je efektivní rychlost vzorkování
Vzorkování pomocí SPMD závisí na mnoha parametrech, např.:
−rychlost vzorkování je závislá na teplotě, hodnoty jsou stanoveny
experimentálně. Obecně platí, že čím je větší teplota, tím je větší rychlost vzorkování
− době vzorkování (obvykle 28–30 dnů),
− povrchu (ploše) membrány,
− vzorkovaném prostředí (vznik biologického filmu na membráně),
-rozdělovacím koeficientu oktanol-voda (KOV) pro daný analyt51
Pro informaci uvádíme (v žádném případě vyčerpávající) přehled dalších variant
pasivních vzorkovačů vod integrativního typu39: EMPORE-DISCS52, MESCO53
(Membrane-Enclosed Sorptive Coating), Keramický dozimetr54 a dále uvádíme
několik typů pasivních vzorkovačů ovzduší integrativního typu: PUF Sampler55, SBSELDPE56 (Stirr-Barr Sorptive Extraction – Low-Density Polyethylene), PAS57 (Pasivní
vzorkovač s adsorbentem) a POG58 (Polymer-coated Glass).
5.2.3.1 Vzorkování kalů a sedimentů
V podstatě lze tyto vzorkovače rozdělit na tři základní typy podle jejich
mechanického principu: s centrálním uložením vzorku, byť uzavíraný čelistmi (central
pivot scoop), lasturovité typy (čelisti zároveň odebírají, uzavírají a uchovávají vzorek
(clamshell pivot) a vlečné sítě, vlečené saňové typy a naběračky.
5.2.3.1.1 Drapáky
73
drapák typ Ponar, zdroj: 35
Petersenův drapák, zdroj: 59
74
Van Veen drapák, zdroj: 35
Ekmanův drapák, zdroj: 60
Krabicový drapák, zdroj:60
Vzorkovač Shipek, zdroj:60
Drapák typu Ponar je krásným příkladem zařízení s centrálním uložením vzorku
na odběr dnových sedimentů. Původní určení bylo pro biologické sběry, nicméně při
znalosti konstrukce a typu lze jednotlivé drapáky využít pro odběry na chemické
analýzy. Hloubka odběru nepřekračuje (většinou) řádově centimetry, drapáky nejsou
schopny (na rozdíl od jádrových vzorkovačů) odebrat zcela neporušený vzorek.
Konstrukčním materiálem bývá nejčastěji nerezavějící ocel, drapák dopadá na dno
otevřený.
Existuje v mnoha velikostních variantách. Odběry dnových sedimentů možno
provádět až po odběru veškerých vzorků vod nad a okolo zamýšleného místa odběru
sedimentů.
Ekmanův drapák je určen pro lehčí sedimenty, přítomnost kamenů může
způsobit nedovření čelistí, na horní straně jsou umístěny odklopná víka, která při
průchodu vodou umožňují odtok vody.
Krabicový drapák (Box corer) je sám o sobě velmi těžký a může být ještě
doplněn závažími (celková hmotnost může přesáhnout 100 kg, nutno použít jeřáb). Je
určen pro tvrdé sedimenty, jíly a podobně, není uzavírán pomocí pružin.
Vzorkovač Shipek, vzorkovač pro odběr téměř neporušených vzorků, skládá se
ze dvou koncentrických poloválcovitých uzávěrů, kdy jeden je pevně připevněn na těle
vzorkovače. Dopad na dno způsobí uvolnění uzávěru (setrvačností závaží) a rychlou
rotaci poloválcovitétho uzávěru (princip pasti na myši) odřízne část sedimentu.
Hmotnost cca 75 kg, konstrukce z nerezavějící oceli.
Postup použití:
1) připevni dekontaminovaný vzorkovač na šňůru (nosné lano)
2) označ hloubku odběru (dna) a přidej značku 1 m nade dnem, kvůli zpomalení
pohybu a vyloučení (omezení) víření.
3) otevři čelisti do zaskočení západky
4) upevní volný konce tažného lana kvůli náhodné ztrátě ☺
75
5) začni s ponořováním vzorkovače po dosažní značky
6) poslední metr ponořuj pomalu až po dosažení dna (kontakt)
7) povol nosné lano o několik centimetrů kvůli zanoření do sedimentu, v silných
proudech je nezbytné výraznější povolení nosného lana kvůli uvolnění závěrového
mechanismu
8) pomalu vytáhni vzorkovač nad hladinu
9) přes sítko vylij přebytečnou kapalinu
10) umísti vzorkovač na podnos z nerezavějící oceli či teflonu a otevři
11) vhodnou lopatkou či lžící odeber podíl vzorku, je nutno vyloučit části, které
byly v kontaktu s materiálem vzorkovače (v závislosti na materiálu vzorkovače a typu
analýz)
12) přenes patřičné množství do vhodných vzorkovnic, případně proveď
konzervaci
Výhody:
- schopnost odběru většiny dnových sedimentů včetně bahna a hrubozrnných
matric
- lehký (jak který typ)
- možnost odběru velkých objemů vzorků
Nevýhody:
- rázová vlna může narušit (promíchat) povrch dnových sedimentů
- většinou nemožnost odběru neporušených vzorků
- možná ztráta vzorku během transportu vodním sloupcem
- možné nedovření čelistí může způsobit ztrátu vzorku
5.2.3.1.2 Vzorkovač na rašelinu (Russian peat borer)
Jedná se o zařízení vhodné pro odběr ne zcela rozložených rostlinných zbytků,
ale i jiných sedimentů a matric. Jde o polovinu trubice rozříznuté po délce, kdy jedna
hrana (dlouhá) je nabroušená a přiléhá na ni odklopné křídlo otáčející se v polotrubici.
na spodním konci je vzorkovač vytvarován do špice. Po zatlačení do matrice
v otevřeném stavu se trubice následně vyřízne (otočením kolem dlouhé osy) vzorek
a tento je uzavřen křídlovým uzávěrem. Tento vzorkovač je velmi snadný na obsluhu,
lze jím odebrat neporušené vzorky v tuhých sedimentech, lze sledovat vrstvení
sedimentu (vzorkovač neporušuje stratifikaci vzorkované matrice).
76
Vzorkovač na rašelinu, zdroj:6
77
5.3 Vnitřní, venkovní a pracovní prostředí
5.3.1 Dělení podle potřeby aktivního čerpání
5.3.1.1 Aktivní vzorkování
Odběr vzorků těkavých organických sloučenin (ČSN EN ISO 16017-2) s
použitím čerpadla, pumpičky, měchu apod.
Vzduch je pomocí čerpadla hnán buď přímo přes analyzátor, nebo přes filtr,
sorbent či promývačku, který je zpracován a analyzován následně po skončení odběru.
78
Trubičky pro dlouhodobé odběry
(SKC)
SKC impinger, nebo-li bublačka (promývačka)
Trubičky určené pro dlouhodobé odběry jsou určeny pro použití s osobním
odběrovým čerpadlem, používají se pro stanovení tzv. dlouhodobého váženého průměru
(TWA). Trubička se připne k límci a prosává se průtokem (20 ml/min). Vypočítá se
celkový prosátý objem [ml/min] x čas [min]). Chemická koncentrace je přečtena přímo
z trubičky, „TWA“ se snadno vypočítá dle instrukcí přiložených k trubičce.
Tento typ odběrů ovzduší lze dále rozdělit na:
- kontinuální
- semikontinuální
- diskontinuální
Při kontinuálním vzorkování odebíraný vzduch stálou rychlostí prochází přímo
přes analyzátor. Jsou známy okamžité koncentrace sledované škodliviny. Nedochází
tedy k jejímu zachycování na filtru. Příkladem tohoto typu vzorkování mohou být
kontinuální analyzátory SO2 (metoda pulsní ultrafialové fluorescence), NOx
(chemiluminiscenční metoda),
(metoda korelační infračervené absorpce), O3 (spektrofotometrická metoda),
prašnosti (radiometrická metoda) aj.
Semikontinuální odběry se vyznačují tím, že vzorkovaný vzduch je stálou
rychlostí hnán přes vhodný typ zachycovacího média. Po krátké době (obvykle 15 či 30
minut) se zachycovací médium automaticky vymění a ihned analyzuje, přičemž dojde
k jeho opětnému vyčištění (regeneraci). Příkladem tohoto typu vzorkování je
kontinuální, resp. semikontinuální analyzátor těkavých organických látek (VOCs).
Velmi často jsou využívány i diskontinuální metody, kdy vzorkovaný vzduch
je čerpadlem hnán přes vhodný typ filtru, na němž se zachycuje sledovaná škodlivina.
Objem prosátého vzduchu obvykle bývá měřen plynoměrem, řidčeji se zjišťuje jinými
metodami, jako jsou například měření podtlaku v sání a následný výpočet odebraného
objemu z kalibrační křivky čerpadla. Pouze u tohoto typu odběru lze získat dostatečné
79
množství vzorku pro analýzu škodlivin, jejichž koncentrace v ovzduší jsou velmi nízké
či vyžadují předúpravu a specifická zařízení pro jejich hodnocení (např. polychlorované
dibenzo-p-dioxiny a dibenzofurany – PCDDs/Fs). Diskontinuální odběrové techniky se
využívají i k získávání vzorků vzduchu pro analýzy s využitím ekotoxikologických
biotestů.
Diskontinuální vzorkování lze podle objemu prosávaného vzduchu rozdělit na:
1) vysokoobjemové – odebírané množství vzduchu se pohybuje kolem 1 m3 za minutu,
2) středněobjemové – odebírané množství v desítkách až stovkách litrů za minutu,
3) nízkoobjemové – odebírané množství v desetinách až jednotkách litrů za minutu.
Dolní hranice odebíraného množství je dána citlivostí používaných analytických
metod pro sledovanou škodlivinu např. u personálních vzorkovačů se pohybuje pouze
v desetinách litrů za minutu.
Čerpadla pro osobní odběr ČSN EN 1232 (pro nízké průtoky), pro vyšší
průtoky nad 5 l.min-1 ČSN EN 12919
5.3.1.2 Kolorimetrické detekční trubice
(detekční trubice ČSN EN 1231)
Kolorimetrické detekční trubice se používají ke kvalitativnímu i kvantitativnímu
stanovení určitých kontaminantů nebo skupin kontaminantů v plynech nebo vzduchu.
Těchto trubic se také často používá pro předběžnou indikaci znečištění. v praxi se
používá mnoho variant těchto trubic v závislosti na výrobci a na druhu chemického
kontaminantu. Obecně však všechny kolorimetrické detekční trubice obsahují chemické
reakční činidlo, které je nanesené na porézním nosiči. Chemická reakce těkavých
kontaminantů se projeví různým zabarvením a jeho intenzitou. Přes trubičku se vždy
prosává přesný objem zkoumané plynné matrice, který je vyznačen na trubičce. Pro
obsluhu stačí minimální doba zácviku, neboť trubice jsou kalibrovány výrobcem
a citlivost jednotlivých druhů trubic je přesně definována. Výsledky měření mohou být
ovlivněny vlhkostí, a proto je přípustná vlhkost (množství vodních par v atmosféře)
definována v instrukcích pro použití. Také přímé sluneční světlo a teploty vyšší než
30°C mohou ovlivnit přesnost měření. Nejznámější firmou, která dodává již více než 60
let tyto kolorimetrické detekční trubice na náš trh, je německá firma Dräger61. ve svém
katalogu nabízí 220 různých trubiček pro stanovení chemických individuí nebo skupin
látek. na našem trhu je distribuuje Labora62. Ceny jednoho balení (10 ks trubiček) se
pohybují v rozmezí 150 – 250 Kč. Náš domácí výrobce Kavalier a.s. Votice63 vyrábí
úzký sortiment těchto trubic v cenových relacích řádově nižších. Další firmou
zastoupenou na našem trhu firmou Chromservis64 je japonská firma Gastec, která
dodává detekční trubičky Airtec. Skladovatelnost těchto trubiček je 2 – 3 roky.
5.3.2 Atmogeochemie
(vzorkování půdního vzduchu a jeho analýza v polních podmínkách)
Složení půdního vzduchu závisí na rovnováze produkce a spotřeby různých
plynů v půdě a poměru výměny mezi půdním vzduchem a vzduchem nad zeminou.
Půdní vzduch odráží povahu půdních respiračních procesů (aerobních, anaerobních).
Biologické procesy za normálního průběhu (aerobní) spotřebovávají O2 a uvolňují CO2 ,
ale výsledkem anaerobních procesů je kromě produkce CO2 např. methan. Další plyny
vznikají chemickými procesy v půdě. Hojně se vyskytuje v našich podmínkách radon
80
z minerálních frakcí zeminy. Půdní vzduch kromě zmíněných plynů může obsahovat
i páry těkavých látek, které se do půdního horizontu dostaly jako kontaminanty.
Úkolem atmogeochemického průzkumu je poskytnout informace o míře,
charakteru a rozsahu kontaminace horninového prostředí (zejména primární
kontaminace nesaturované zóny z přípovrchových zdrojů, ev. druhotné kontaminace
nesaturované zóny v souvislosti s kontaminací podzemních vod) těkavými a částečně
těkavými organickými látkami (VOC, SVOC).
Analýzy půdního vzduchu mají různé možnosti využití. Nejčastěji se využívají:
- pro screening lokality – tj. pro prvotní průzkum území k ověření výskytu
kontaminace horninového prostředí VOC a SVOC (indikace znečištění, jeho charakteru
a stupně), resp. jako indikátor pro posouzení potřeby, rozsahu či dalších kroků
k identifikaci nebo eliminaci kontaminace horninového prostředí;
- pro stanovení (časo)prostorového rozložení kontaminantů v horninovém
prostředí – tedy pro zmapování plošného či vertikálního rozvrstvení kontaminace, pro
sledování preferenčních migračních cest ap.;
- pro posouzení efektivity ventovacích metod sanace – tedy jako korekční
technologický faktor;
- pro monitoring časového vývoje znečištění na lokalitě – tedy mj. pro
monitoring probíhajících sanací (in situ i ex situ – např. na dekontaminačních
plochách);
- pro ochranný monitoring potenciálních zdrojů kontaminace – tedy jako
prevenční opatření pro včasné zjištění a efektivní omezení následků případných havárií;
resp. pro ochranný monitoring zvláště chráněných oblastí – např. jímacích území
podzemních vod.
Této metody však nelze použít ke kvantitativnímu stanovení obsahu
kontaminantů v zemině nebo podzemní vodě. Výsledky podávají pouze obraz
o relativní hladině koncentrace vzhledem k ostatním analyzovaným bodům.
Specifické cíle vzorkování mohou být stanoveny například takto:
předběžné posouzení kontaminace lokality;
vyhledání zdrojů a rozsahu kontaminace způsobené jak aktuálními úniky tak
dlouhotrvající zátěží;
identifikace typu kontaminantu, např. chlorovaných či aromatických uhlovodíků;
určení zonálního rozvrstvení kontaminace;
mapování migračních cest a akumulačních zón kontaminace;
příprava podkladů pro optimální projektování sanačních či monitorovacích vrtů;
dlouhodobý monitoring rizikových provozů či naopak míst zvýšené ochrany,
kde mohou být potenciální úniky indikovány dříve, než kontaminant dosáhne hladiny
podzemních vod nebo než se nekontrolovatelně rozšíří do okolí;
určení dynamických parametrů nesaturované zóny, například pro účely nasazení
ventovacích metod sanace;
monitoring účinnosti sanačních prací (tj. sledování kvalitativních i trendových
kvantitativních změn kontaminace v průběhu sanací), apod.
81
5.3.2.1 Praktické provedení odběru vzorku
V praxi se používají čtyři metody pro vzorkování půdního vzduchu.
a/ Vytlučení nebo vyvrtání sondážní jámy pro vzorkování do potřebného
horizontu a zapuštění sondy analytického přístroje přímo do měřeného horizontu.
b/ Zatlučení odběrové sondy do půdního horizontu a odebírání vzorku půdního
vzduchu přímo za použití polního analytického zařízení.
c/ Zatlučení odběrové sondy do půdního horizontu a odebrání vzorku půdního
vzduchu pomocí plynotěsné pumpičky, injekční stříkačky, mikrodávkovače.
d/ Zatlučení odběrové sondy do půdního horizontu a odebrání vzorku půdního
vzduchu do plastikového vaku nebo ocelové tlakové nádoby
V běžné praxi se používá sondážních vpichů o průměru 10 až 43mm. Při odběru
vzorku půdního vzduchu z připravených vpichů by měl být jejich průměr o něco menší
nebo totožný s průměrem odběrové sondy, aby se zamezil přístup atmosférického
vzduchu k odběrovému místu. Pokud má sondážní jáma větší průměr, používá se
trychtýřovitého rozšíření vrchního konce sondy nebo sondy se šroubovitým kónusem,
kterým se utěsní vstupní otvor do sondážní jámy.
Sondážní jámy maloprůměrové se obvykle připravují vytloukáním ocelovým
trnem (vpichy), ručním vrtákem nebo rotačním příklepovým kladivem. Používané
průměry sond jsou většinou malé, obvykle od 10 do 100mm. Hloubka bývá nejčastěji
od 1m do 3m. Někdy se vrtné zařízení sestavuje z jednotlivých segmentů (délka
6075cm, spojují se závity). Mobilní vrtné zařízení se používá pro odběr vzorků
z hloubek větších než 3 m. Obvykle jsou průměry těchto vrtů větší a proti zasypání se
vystrojují ocelovou výztuží. Jejich průměry nepřesahují 430 mm.
82
Zdroj: 65
Zdroj: Foto autoři
Konstrukce odběrového zařízení (sondy) bývá běžně zhotovena z PVC nebo
z oceli. PVC může být použito pouze tehdy, když je předem vyvrtána nebo vytlučena
sondážní jáma. Pro většinu ocelových sond není nutné vrtat sondážní jámy, stačí je
zarazit přímo do potřebné odběrové hloubky. Pro tyto účely se používá násuvná ocelová
špička (ztracený hrot), která po vytažení sondy v zemi zůstává. Jsou však případy, kdy
to půdní materiál nedovoluje, pak nezbývá nic jiného, než sondážní jámu vyvrtat.
Nástroje pro vrtání (zatloukání)
na ztracený hrot, zdroj:34
Plastikové vaky na odběry plynných vzorků jsou konstruovány z inertních
a nepropustných plastů. Ve většině případů se používá Teflon nebo Tedlar, který má
menší permeabilitu.
83
5.3.2.2 vzorkování imisí
Cílem vzorkování vnějšího ovzduší je kvalitativní a kvantitativní zjištění
přítomnosti a koncentrace škodliviny nebo skupiny škodlivin v ovzduší na dané lokalitě.
ve většině případů se jedná o měření nízkých koncentrací škodlivin, které bývají
přítomny ve více formách. v české republice je pro tuto činnost ve státní imisní síti
autorizováno Ministerstvem životního prostředí (MŽP ČR) Oddělení ochrany čistoty
ovzduší (OOČO) Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMU). Tato měření
většinou zahrnují stanovení koncentrace SO2, oxidy dusíku (NO, NO2, NOx), CO,
a ozonu. Přistupuje k tomu měření polétavého prachu a aromatických uhlovodíků
(BTEX). Jako další měření přicházejí v úvahu zjišťování koncentrace NH3, H2S, Hg,
a některých iontů ve srážkové vodě.
Provedení odběru vzorku vnějšího ovzduší dělíme odběry na pasivní a aktivní.
Aktivní vzorkování: kontinuální, diskontinuální, semikontinuální
Mezi nejstarší koncentrační techniky patří absorpce ve vhodné kapalině,
vymražování analytů nebo adsorpce na tuhém sorbentu.
5.3.2.3 Vzorkování pracovního ovzduší
Vzorky se odebírají v dýchací zóně zaměstnance, tj. uvnitř polokoule obepínající
zepředu obličej o poloměru 300 mm měřeném ve středu spojnice uší (Vyhláška
178/2001 Sb.). Používá se přenosné bateriové čerpadlo umístěné na opasku nebo
v kapse zaměstnance. Průtok vzduchu se nastavuje na 1 litr za minutu. Doba odběru se
měří s tolerancí 2%.
Odběr vzorků na pevně stanovených místech se musí odebírat ve výšce dýchací
zóny a v bezprostřední blízkosti zaměstnanců. ve většině případů se těkavé organické
látky zachytávají na pevných sorbetech, které se následně analyzují. Pro odběry prachů
a vláken asbestu se používají k záchytu filtry.
5.3.2.4 vzorkování emisí
Ve většině případů se jedná o vysoké koncentrace polutantů obsažených
v emisních plynech, jejichž charakter mnohdy vykazuje vysokou agresivitu. Techniky
odběrů jsou ve většině případů kondenzační nebo ředící.
5.3.2.4.1 Aktivní vzorkování – vzorkovače s pevným objemem
Vzorkovače s pevným objemem představují jednoduchá zařízení pro odběr
vyšších koncentrací polutantů či takových, které nepotřebují zakoncentrování pro účely
analytického stanovení. Tato zařízení jsou nenáročné na obsluhu, avšak náročná
na čištění před opakovaným odběrem. Aktivním nasátím je odebrán určitý objem
nezakoncentrovaného vzorku, který je následně analyzován. Pro odběry jsou využívány
zařízení s definovaným objemem, jako jsou vzorkovací vaky, plynotěsná stříkačka,
vzorkovací smyčka, vzorkovací kanystry nerezové či skleněné („myši“). Stabilita
odebraných organických vzorků v těchto odběrových zařízeních byla zkoumána dle US
EPA TO – 14. Bylo testováno celkem 194 látek nepolárních (koncentrace 1–5 ppbv)
a polárních (koncentrace 2 – 20 ppbv). Pro nepolární látky (alkany, alkeny, aromáty
a halogenované uhlovodíky) je stabilita těchto látek po dobu 30 dní, pro polární látky,
jako akrylonitril, ethylakrylát, aceton, isopropanol, pouze 7 dní. Nestabilita byla
prokázána u olefinických uhlovodíků C9 a vyšších a F-12, F-23, CCl4, hexanalu,
diethyletheru66.
84
Navzorkované emise je možno čerpadlem hnát přímo přes analyzátor nebo
vhodný filtr, který se analyzuje následně.
5.3.2.5 Pasivní vzorkování
Pasivním vzorkováním par těkavých kontaminantů rozumíme dlouhodobé
uložení sorbentu do sledované plynné matrice bez použití čerpadla. Vzorkovaný vzduch
obklopuje sorbent a páry polutantu v něm obsažené se difúzí koncentrují na pevném
sorbentu. Množství zachyceného kontaminantu bude záviset v počáteční fázi
na koncentraci jeho par v plynné matrici a čase, u dlouhodobějších odběrech, kdy
předpokládáme dosažení rovnovážného stavu, na sorpční kapacitě sorbentu. Provádí-li
se toto pasivní vzorkování pro sledování koncentrací par v ovzduší, proudění vzduchu
sorpci urychluje. Dnes jsou běžně používány difúzní vzorkovnice italské firmy
Radiello.
Výhody tohoto uspořádání:
– nízká cena zařízení a nízké provozní náklady
– malé nároky na instalaci a technickou údržbu
85
– bez nutnosti připojení ke zdroji elektrické energie
– poskytují informaci o dlouhodobé úrovni kontaminace
Nevýhody:
– nižší citlivost a detekční limit
– možné interference při dlouhodobé expozici s jinými polutanty
– obtížná kvantifikace
– nemožnost zachycení náhodných extrémních změn koncentrací
Druh přepážky dělí pasivní vzorkovače na:
•Difúzní – vrstvou sledovaného media na definované styčné ploše
•Permeační – prostupem membránou s póry o malém průměru.
5.3.2.5.1 PUF vzorkovače pro POPs v ovzduší
Pro sledování persistentních organických polutantů (POPs) lze jako sorbent
použít polyuretanovou pěnu (PUF). Závislost mezi množstvím POPs zachycených
na PUF filtru a koncentracemi těchto škodlivin ve vzorkovaném ovzduší dosud není
přesně matematicky popsána. Proto lze k vyhodnocení využít pouze empirických
poznatků získaných např. z paralelních aktivních a pasivních měření. Pro použitý typ
vzorkovače (viz obr.) byla empiricky stanovena přibližná rychlost sorpce 3,5 m3/den,
což odpovídá zhruba 100 m3 při 28denním vzorkovacím cyklu. Tato rychlost je však
silně ovlivňována např. meteorologickými parametry a zejména rychlostí proudění
vzduchu kolem filtru. Proto slouží pasivní vzorkování ovzduší především jako levná
screeningová metoda k relativnímu srovnání kontaminace jednotlivých lokalit nebo
k ověření poznatků získaných aktivním vzorkováním.
86
Pasivní vzorkovače s filtrem na bázi PUF jsou vhodné ke sledování vybraných
druhů POPs. Jde zejména o těkavější látky ze skupiny polycyklických aromatických
uhlovodíků (PAHs; acenaften – pyren), polychlorovaných bifenylů (PCBs)
a organochlorových pesticidů (OCPs). Méně těkavé látky (např. výšemolekulární
PAHs) jsou na filtru rovněž zachycovány, avšak jen v malé míře (sorbované
na usazených prašných částicích).
Pasivní vzorkovače se skládají
se ze dvou nerezových misek
o průměru 30 a 24 cm na společné ose,
která slouží i k upevnění PUF filtru.
Všechny části vzorkovače jsou
vyrobeny z nerezové oceli. Jako sorpční
médium se používají filtry z bílé,
nebarvené polyuretanové pěny (PUF)
o hustotě 0,030 g.cm-3 (typ N 3038;
výrobce Gumotex Břeclav). Filtry jsou
kruhového tvaru, tloušťky 15 mm
a průměru 150 mm. Před umístěním do
pasivního vzorkovače jsou filtry
čištěny, a to extrakcí 8 hodin v acetonu
a 8 hodin v dichlormetanu. Po extrakci
jsou filtry vysušeny a do jejich středu je
umístěna nerezová trubička délky 1,5
cm sloužící k upevnění filtru na osu
vzorkovače. Vyčištěný filtr se i s
trubičkou zabalí do dvou vrstev
hliníkové fólie s vyznačeným datem čištění. Takto označený filtr se vloží do
uzavíratelného polyetylénového sáčku (tzv. zip-lock). Poté je uchováván v mrazícím
boxu při teplotě -18 °C, nejdéle však po dobu tří měsíců. Zpracováno s využitím
materiálů centra RECETOX67.
Následující obrázky ukazují příklady dalších typů pasivních vzorkovačů.
Průřez pasivním vzorkovačem SKC
575difůzní bariéra zajišťuje konstantní
průtok bez ohledu na vnější rychlost průtoku
SKC Pasivní
vzorkovač na formaldehyd (osobní
dozimetr)
87
(vítr).
Pasivní vzorkovač na formaldehyd, pro
vzorkování vnitřního ovzduší
Radiello
Radiální uspořádání vzorkovače radiello zabezpečuje vysoké a konstantní
vzorkovací rychlosti vzorkovaných plynů. Umístění speciálního difúzního povrchu
o velké ploše těsně okolo malého objemu sorbetu zabezpečuje vysokou citlivost
a konstantní rychlost vzorkování. Přístroj poskytuje finančně nenáročné stanovení
koncentrace velkého množství plynných látek. Typická oblast použití zahrnuje
průmyslovou hygienu, kvalitu vnitřního ovzduší, osobní odběry včetně
environmentálního monitoringu pozaďových hodnot v městské zástavbě. Analyty, které
lze takto stanovovat, jsou BTEX a ostatní VOCs, amoniak, oxidy dusíku a síry, ozonu
a kyselé plyny (HF, HCl, H2S), aldehydy a narkotické plyny.
Radiello jednotka neobsahuje žádné pohyblivé části pro sběr vzorků z vnitřního
a vnějšího ovzduší. Vybrané atmosférické plyny se adsorbují nebo reagují s materiálem
v zachycovací patronce umístěné za difúzní barierou. Po ukončení času určeného pro
expozici je náplň dopravena k analýze do laboratoře v hermeticky uzavřené skleněné
skladovací trubici.
5.3.3 Odběr vzorků komunálních odpadů (KO)
Znalost charakteristik KO, zejména jejich průměrných a extrémních hodnot
a časových průběhů, je nezbytná pro projekci zařízení na odstraňování, využívání
a optimalizaci svozu.
88
Odběr reprezentativních vzorků KO je značně obtížný pro velkou rozmanitost
odpadu, jehož složení se mění v průběhu týdne i roku a liší se v závislosti na městské
zástavbě. Plán odběru se musí proto pečlivě uvážit a vzorky odebírat opakovaně, aby se
vyloučily nahodilé chyby. v zásadě je možno odebírat vzorek v původním
nepromíšeném stavu, jak jej nacházíme ve sběrných nádobách, nebo po promíchání
a stlačení ze sběrného vozu. Způsob odběru se rozhodne podle účelu stanovení. Jde-li
např. o posouzení možnosti separovaného sběru (papíru, skla, plastů, pečiva apod.), je
výhodnější provádět třídící zkoušky v nestlačeném stavu. Pro rozvahu o kompostování,
spalování atd. je účelné použít odpad promíšený a stlačený ve sběrných vozech.
Výběr reprezentativního vzorku závisí na počtu obyvatel sledované obce či
regionu a na stupni požadované přesnosti výsledků analýzy. Stanovení se provádí při
běžných analýzách tak, že se zváží obsah několika sběrných nádob (4-6 ks) a vysype se
na rovnou nepropustnou plochu. Množství vzorku by mělo činit cca 200 kg. Je dobré,
když se sběrné nádoby odeberou z více sběrových míst, aby se vyloučil vliv
specifických odpadů (z domácností, obchodů, kotelen,…). Pokud se odebírá vzorek ze
sběrných vozů, odváží se vzorek cca 200 kg, přičemž je nutno dbát na průměrné složení.
Zmenšování vzorků (kvartací, děličem vzorků, střídavým házením lopatou apod.), jak je
známe při odběrech vzorků kontaminovaných zemin či jiných pevných vzorků, v tomto
případě nepřichází v úvahu. Musíme analyzovat celý odebraný vzorek.
Poslední výzkumy68 doporučují pro dostatečně přesná stanovení následující
hmotnosti sledovaných vzorků.
Tabulka 1Minimální velikost (hmotnost) odebíraného vzorku
Oblast o počtu
obyvatel
Minim. velikost vzorku
Minim. hmotnost
vzorku
[%]
[počet obyvatel]
Méně než 3 000
10
150
600
3 001 – 30 000
5
300
1 200
30 001 – 150 000
2,5
1 500
6 000
Více než 150 001
1
15 000
15 000
[kg]
89
6. Normy
Výběr z norem69:
Označení
Název normy
ČSN 01 5110
Vzorkování materiálů. Základní ustanovení
ČSN 01 5111
Vzorkování sypkých a zrnitých materiálů
ČSN 01 5112
Vzorkování kapalin a pastovitých materiálů
ČSN 01 5113
Vzorkování plynu
ČSN EN ISO
11125-1
Příprava ocelových podkladů před nanesením nátěrových hmot
a obdobných výrobků – Zkušební metody pro kovové otryskávací
prostředky – Část 1: Vzorkování
ČSN EN ISO
11127-1
Příprava ocelových podkladů před nanesením nátěrových hmot
a obdobných výrobků – Zkušební metody pro nekovové otryskávací
prostředky – Část 1: Vzorkování
ČSN EN ISO
10564
Materiály pro měkké a tvrdé pájení – Metody pro vzorkování
měkkých pájek pro analýzu
ČSN EN 60567
Návod pro odběr vzorků plynů a oleje z elektrických zařízení
plněných olejem a pro analýzu volných a rozpuštěných plynů
ČSN 38 5520
Vzorkování topných plynů
ČSN 38 5590
Vzorkování spalin
ČSN EN 28049
Feronikl granule. Vzorkování pro analýzu (ISO 8049:1988)
ČSN EN 28050
Feroniklové ingoty nebo kusy. Vzorkování pro analýzu (ISO
8050:1988)
ČSN ISO 1811-1
Měď a slitiny mědi. Odběr a příprava vzorků pro chemický rozbor.
Část 1: Vzorkování litých netvářených výrobků
ČSN ISO 1811-2
Měď a slitiny mědi. Odběr a příprava vzorků pro chemický rozbor.
Část 2: Vzorkování tvářených výrobků a odlitků
ČSN EN 23954
Prášky pro práškovou metalurgii. Odběr vzorků (ISO 3954:1977)
ČSN EN 24884
Slinuté karbidy. Odběr vzorků a zkoušení prášků za použití
spékaných zkušebních těles (ISO 4884:1978)
ČSN EN 24489
Slinuté karbidy. Odběr vzorků a zkoušení (ISO 4489:1978)
ČSN 42 1210
Litina ocel. Vzorkování technického železa pro chemický rozbor
ČSN 42 1211
Vzorkování technického železa pro chemickou a spektrometrickou
analýzu z litých vzorků
ČSN 44 1302
Zkoušky tuhých paliv. Odběr vzorků z černouhelných slojí
ČSN 44 1302
Zkoušky tuhých paliv. Odběr vzorků z černouhelných slojí
ČSN 44 1303
Tuhá paliva. Odběr vzorků z hnědouhelných slojí
90
ČSN 44 1308
Tuhá paliva. Vzorkování z hromad pro provedení třídicí zkoušky
ČSN ISO 5069-1
Hnědá uhlí a lignity – Zásady vzorkování – Část 1: Vzorkování pro
stanovení obsahu vody a obecný rozbor
ČSN ISO 5069-2
Hnědá uhlí a lignity – Zásady vzorkování – Část 2: Úprava vzorků
pro stanovení obsahu vody a obecný rozbor
ČSN ISO 9411-2
Tuhá paliva. Mechanické vzorkování z proudu. Část 2: Koks
ČSN 44 1317
Automatické vzorkování uhelných kalů, jejich úprava a laboratorní
zkoušení
ČSN ISO 1213-2
Tuhá paliva. Terminologie. Část 2: Termíny vztahující se ke
vzorkování, zkoušení a analýze
ČSN ISO 4296-1
Manganové rudy. Vzorkování. Část 1: Odběr dílčího vzorku
ČSN ISO 4296-2
Manganové rudy. Vzorkování. Část 2: Příprava vzorků
ČSN ISO 3081
Železné rudy. Vzorkování dílčích vzorků. Ruční metoda
ČSN EN 326-1
Desky ze dřeva – Odběr vzorků, nařezávání a kontrola – Část 1:
Odběr vzorků, nařezávání zkušebních těles a vyjádření výsledků
zkoušky
ČSN EN 326-3
Desky ze dřeva – Odběr vzorků, nařezávání a kontrola – Část 3:
Přejímka zásilky desek
ČSN EN 1014-1
Ochranné prostředky na dřevo – Dehtový impregnační olej a jím
impregnované dřevo – Odběr vzorků a analýzy – Část 1: Postupy pro
odběr vzorků dehtového impregnačního oleje
ČSN EN 27213
Buničiny. Odběr vzorků ke zkouškám
ČSN EN ISO 186 Papír a lepenka – Odběr vzorků pro stanovení průměrné kvality
ČSN 64 0201
Zkoušení plastů. Vzorkování
ČSN 64 0903
Plasty. Ionexy. Vzorkování
ČSN 64 7001
Syntetické usně. Odběr vzorků a kondicionování syntetických usní
ČSN 65 0511
Vzorkování zrnitých hmot
ČSN 65 0512
Vzorkování kapalin
ČSN EN 1482
Vzorkování hnojiv a materiálů k vápnění půd
ČSN 65 6005
Ropa a ropné výrobky. Vzorkovanie
ČSN EN ISO
3170
Ropa a ropné výrobky – Ruční odběr vzorků (ISO 3170:1988 včetně
změny1:1998)
ČSN EN ISO
3171
Kapalné ropné výrobky – Automatický odběr vzorků z potrubí
ČSN 65 6207
Hydraulické oleje a kapaliny. Odběr vzorků pro stanovení obsahu
mechanických nečistot
ČSN 65 6450
Ethylen a propylen. Vzorkování
ČSN EN ISO
4257
Zkapalněné ropné plyny. Vzorkování
91
ČSN 65 8005
Černouhelné dehtové oleje, dehty a smoly. Vzorkování a technické
dodací předpisy
ČSN 66 1322
Glycerin technický. Metody vzorkování
ČSN 66 2730
Methylaminy. Vzorkování a metody zkoušení
ČSN 66 6603
Fotografické materiály. Odběr vzorků
ČSN EN ISO
9665
Lepidla. Živočišná lepidla. Metody vzorkování a zkoušení
ČSN EN 21512
Nátěrové hmoty. Vzorkování produktů v kapalné a pastovité formě
(ISO 1512:1991)
ČSN 67 3007
Vzorkování nátěrových hmot
ČSN EN ISO
8130-9
Práškové nátěrové hmoty – Část 9: Vzorkování
ČSN 68 4041
Čisté chemikálie a zvláště čisté látky. Všeobecné směrnice pro
vzorkování
ČSN 72 1152
Odběr vzorků přírodního stavebního kamene
ČSN ISO 8868
Kazivec. Vzorkování a příprava vzorku
ČSN 72 2202
Vápna, vápence a dolomity – vzorkování
ČSN EN ISO
10545-1
Keramické obkladové prvky – Část 1: Odběr vzorků a zásady pro
přejímku
ČSN EN 295-2
Kameninové trouby, tvarovky a spoje trub pro venkovní a vnitřní
kanalizaci. Část 2: Kontrola jakosti a odběr vzorků
ČSN ISO 5022
Žárovzdorné výrobky tvarové. Odběr vzorků a přejímací zkoušky
ČSN ISO 8656
Žárovzdorné výrobky. Odběr vzorků surovin a netvarových výrobků.
Systém vzorkování
ČSN ISO 2736-1
Zkoušení betonu – Zkušební tělesa. Část 1: Odběr vzorků čerstvého
betonu
ČSN ISO 5667-4
Jakost vod. Odběr vzorků. Část 4: Pokyny pro odběr vzorků
z vodních nádrží
ČSN ISO 5667-5
Jakost vod. Odběr vzorků. Část 5: Pokyny pro odběr vzorků pitné
vody a vody užívané při výrobě potravin a nápojů
ČSN ISO 5667-6
Jakost vod. Odběr vzorků. Část 6: Pokyny pro odběr vzorků z řek
a potoků
ČSN EN 25667-1 Jakost vod. Odběr vzorků. Část 1: Pokyny pro návrh programu
odběru vzorků (ISO 5667-1:1980)
ČSN EN 25667-2 Jakost vod. Odběr vzorků. Část 2: Pokyny pro způsoby odběru
vzorků (ISO 5667-2:1991)
ČSN ISO 5667-10 Jakost vod. Odběr vzorků. Část 10: Pokyny pro odběr vzorků
odpadních vod
ČSN ISO 5667-11 Jakost vod. Odběr vzorků. Část 11: Pokyny pro odběr vzorků
podzemních vod
92
ČSN ISO 5667-7
Jakost vod. Odběr vzorků. Část 7: Pokyny pro odběr vzorků vody
a páry v kotelnách
ČSN ISO 5667-8
Jakost vod. Odběr vzorků. Část 8: Pokyny pro odběr vzorků srážek
ČSN EN ISO
5667-3
Jakost vod. Odběr vzorků. Část 3: Pokyny pro konzervaci vzorků
a manipulaci s nimi
ČSN ISO 5667-12 Jakost vod – Odběr vzorků – Část 12: Pokyny pro odběr vzorků
dnových sedimentů
ČSN EN ISO
5667-13
Jakost vod – Odběr vzorků – Část 13: Pokyny pro odběr vzorků kalů
z čistíren a úpraven vod
ISO 5667-14
Water quality – Sampling – Part 14: Guidance on quality assurance
of environmental sampling and handling
ČSN EN ISO
5667-16
ČSN 83 0550-2
ČSN ISO 10381-6
93
7. Přílohy
Příloha 1
Eight-Step Decontamination Procedure For Aqueous and Non-Aqueous Sampling
Equipment –
Laboratory Only
This procedure is based, impart, upon the American Society for Testing and Materials,
Practice for Decontamination of Field Equipment Used at Nonradioactive Waste Sites,
number D 5088-90. The first step, a detergent and water wash, is to remove all visible
particulate matter and residual oils and grease. This may be preceded by a steam or hot
water, high pressure water wash to facilitate residual removal. a generous tap water
rinse and a distilled and deionized water rinse to remove the detergent follow this. If
aqueous sampling is to be performed, the following additional steps must be completed.
An acid rinse, included if metals samples are to be collected, provides a low pH media
for trace metals removal. It is followed by another distilled and deionized water rinse. If
the sample is not to be analyzed for metals, the acid rinse and water rinse can be
omitted. Next, a high purity solvent rinse is designated for trace organics removal.
Acetone has been chosen because it is an excellent solvent, miscible in water and is not
a targeted analyte in Priority Pollutant Analysis. If acetone is known to be
a contaminant at a given site or Target Compound List analysis is to be performed,
Methanol or another solvent may be substituted on a case by case basis with approval
from NJDEP. Note, methanol can not be used when sampling gasoline and its’ byproducts. The solvent must be allowed to evaporate and then a final distilled and
deionized water rinse is performed. This rinse removes any residual traces of the
solvent. The field sampling equipment cleaning and decontamination procedures are as
follows:
• Laboratory grade glassware detergent plus tap water wash
• Generous tap water rinse
• Distilled and deionized (ASTM Type II) water rinse
• 10% nitric acid rinse (trace metal or higher grade HNO3 diluted with distilled and
deionized (ASTM Type II) H2O)
• Distilled and deionized (ASTM Type II) water rinse*
• Acetone (pesticide grade) rinse**
• Total air dry or pure nitrogen blow out**
• Distilled and deionized (ASTM Type II) water rinse**
All sampling equipment decontaminated via this procedure must be laboratory cleaned,
wrapped and/or sealed, and dedicated to a particular sampling point or location during
a sampling episode. In instances where laboratory cleaning is not feasible, permission
for field cleaning must be obtained from the NJDEP prior to the collection of any
samples and be referenced in the approved quality assurance project plan. Sampling
devices should be numbered in a manner that will not *Only if sample is to be analyzed
for metals.
**Only if sample is to be analyzed for organics.
affect their integrity. Equipment should be custody sealed and information concerning
decontamination methodology, date, time, and personnel should be recorded in the field
logbook. The use of distilled and deionized water commonly available from commercial
vendors may be acceptable for sampling equipment decontamination. NJDEP may
require specific lot numbers from containers or analytical verification that the distilled
94
and deionized water meets ASTM Type II specifications. Hexane is not a necessary
solvent for dioxin, PCB, or other chlorinated organic sampling. The cleaning procedure
outlined above is adequate for all sampling episodes. In those instances where acetone
is a parameter of concern another solvent may be used. All substitutes must be approved
by NJDEP. In the field, decontamination should be carried out over a container and the
material properly disposed off-site. Decontamination wastes must be disposed of
properly.
Three-Step Equipment Decontamination Procedure Non-Aqueous Matrix Only –
Laboratory and Field
While it is preferred that all non-aqueous field sampling equipment be laboratory
cleaned, wrapped, and dedicated to a particular sampling point or location during
a sampling episode, field cleaning may be more practical. Refer to the general field
decontamination considerations above. The first step, a detergent and water wash, is to
remove all visible particulate matter and residual oils and grease. This may be preceded
by a steam or high pressure water wash to facilitate residual removal. a generous tap
water rinse and a distilled and deionized water rinse to remove the detergent follow this.
If visual contamination persists, or gross contamination is suspected, the full eight-step
decontamination procedure is required. The field sampling equipment cleaning and
decontamination procedures are as follows:
• Laboratory grade glassware detergent and tap water scrub to remove visual
contamination
• Generous tap water rinse
• Distilled and deionized (ASTM Type II) water rinse
All sampling equipment decontaminated via this procedure must be wrapped and/or
sealed during storage and prior to use. Wherever possible, sampling devices should be
numbered in a manner that will not affect their integrity. Information concerning
decontamination methodology, date, time, and personnel should be recorded in the field
logbook. The use of distilled and deionized water commonly available from commercial
vendors may be acceptable for sampling equipment decontamination. NJDEP may
require specific lot numbers from containers or analytical verification that the distilled
and deionized water meets ASTM Type II specifications. In the field, decontamination
should be carried out over a container and the residual liquid material must be properly
disposed. Decontamination wastes must be disposed in accordance with current NJDEP
policy (see Chapter 2, Section 2.4.5.7, Disposal of Development, Purge, Pump Test and
Decontamination Water). When analysis for metals is required it may be necessary to
use carbon steel split spoon sampling devices instead of stainless steel. If this is the case
and it is necessary to utilize the acid rinse for removal of visible contamination, the
nitric acid rinse may be lowered to a concentration of 1% instead of 10% so as to reduce
the possibility of leaching metals from the spoon itself.
US Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory Decontamination
Procedures for Use Primarily on Water Sampling (or Ground-Water Sampling)
Equipment – Laboratory and/or Field Exclusively for Organics Including
Pesticides
Extensive study, by the US Army Corps of Engineer’s Cold Regions Research and
Engineering Laboratory in New Hampshire, has affirmed what many have suspected
regarding certain aspects of solvent use during the decontamination process and
sorptive/desorptive properties of commonly used materials during contaminant
exposure. Paraphrasing, their conclusions indicate that if sampling equipment is not
decontaminated, there will be significant carry over (µg/L) of hydrophilic and
hydrophobic organic contaminants for both permeable and non-permeable materials.
95
They also found that organic contaminants (including pesticides) could be removed
from nonpermeable stainless steel and rigid PVC surfaces using a hot detergent wash
and DI water rinse thereby eliminating the commonly practiced step of an acetone,
methanol or hexane solvent rinse. Other polymeric materials, such as other plastics or
various fluoropolymers such as polytetrafluroethylene (PTFE) or Teflon(, were
generally less readily decontaminated. Decontamination of polymers is a function of
analyte; rigidity, porosity or sorptive nature of the material; and contact time for
sorption and desorption. a hot water detergent wash and distilled (DI) water rinse
removed organic contaminants from less sorptive rigid PVC however, more sorptive
PTFE required additional oven drying to remove selected VOCs. Oven drying speeded
diffusion of adsorbed contaminants out of the polymer. Their findings strongly suggest
that solvent rinsing for organic contaminant removal (use of acetone, methanol or
hexane) may not be necessary for devices of stainless steel and rigid PVC construction.
They did note that removal of pesticides from low-density polyethylene was aided
somewhat by solvent use, however the hot water detergent wash procedure followed by
hot air oven drying out performed solvent use. Hot air oven drying is a departure from
currently accepted procedures and is offered here as a new alternative, if the following
steps are performed without exception. Exposure of ground water sampling equipment
to hot air drying must be conducted over a 24-hour period for most pieces of equipment.
Temperatures must be maintained at 110°C (approx. 230°F). This includes devices of
polymer construction such as bailers and bladder pumps. In the field, an air-drying oven
can be set up inside a trailer or building to facilitate this logistical consideration. For
ground water sampling pumps, check with the manufacturer for heat tolerance of sealed
internal electrical parts or size and shape distortion tolerances for bladder pumps
constructed of permeable materials. Sampling equipment constructed of polymers may
be heat sensitive in terms of distortion tolerance (USACE observed warping in the oven
although they did not observe any problems when rigid PVC was heated). When
distortion or uneven heat distribution are of concern, the use of a hot-water (100°C)
high-pressure washer may offer an alternative to hot water/heated drying. Hotwater
(100°C) high-pressure cleaning may be applied to large dimensional sampling
equipment constructed of stainless and/or carbon steel equipment typically associated
with direct push sampling technology. Sampling equipment, whether rigid PVC,
stainless steel, or other permeable plastic materials, exposed to neat compounds or
contaminants at high concentrations pose limitations to the effectiveness of this, or any,
decontamination technique. This specific procedure is considered most effective when
contaminant concentrations are 100 parts per million or less. If this decontamination
procedure is the chosen method in instances of equipment exposure to contaminant
levels above 100 ppm, then the collection rate of quality control field (equipment)
blanks must be increased. For rigid PVC or stainless steel sampling equipment, collect
an additional field (equipment) blank if organic concentrations in the last sample
collected exceeded 100 ppm.
These decontamination procedures are not applicable to any forms of tubing, as USACE
has never demonstrated this technique as an effective means to decontaminate tubing of
any construction material. The field sampling equipment cleaning and decontamination
procedures are as follows:
• For Permeable Polymeric Materials (Teflon®, Teflon®-lined PE, Polyethylene)
– Laboratory grade glassware detergent and hot (approx. 100°C) DI water scrub to
remove visual contamination from extruded or machine shaped pieces.
– Generous DI water rinse for extruded or machine shaped pieces.
– Exposure to hot air (117°C) drying for 24 hour period.
96
• For Rigid PVC and Stainless Steel
– Laboratory grade glassware detergent and hot (approx. 100°C) DI water scrub to
remove visual contamination.
– Generous DI water rinse
– Optional use of hot-water (100°C) high-pressure washing1
Ultra Clean Sampling Equipment Decontamination – Laboratory or Field
In certain cases when contaminant and general chemistry levels are being measured at
their respective lowest method detection levels and the end user requires analytical data
that must be free from any conceivable sample equipment interference, this cleaning
method may be considered. These procedures, currently used by the US Geological
Society for cleaning most ground and surfaces water sampling equipment, are not
typically used by the Department’s Site Remediation Program. Most NJDEP site
investigations document levels of contamination that are above the lowest detection
levels and have data quality objective plans which assure sampling equipment
interference can be quickly identified and rectified. “Ultra Clean” procedures are
designed to address contaminants not normally associated with SRP investigations e.g.,
inorganic indicators of water quality like cobalt, copper, zinc, manganese and iron.
Therefore, the most likely SRP-use scenarios would include measurement of those
lowest of contaminant concentration investigations where long term trends of
environmental and ambient sensitive constituents are being monitored, e.g. parameters
associated with Monitored Natural Attenuation. However, the Department’s Bureau of
Freshwater and Biological Monitoring, whose main focus and objectives are more
aligned with the USGS and the NJGS, does routinely use these cleaning procedures.
Their investigations of surface water are geared to monitor long terms changes of
inorganic, organic, biological and general chemistry constituents whose sensitive
analytical nature dictate the use of such an intensive decontamination procedure. The
cleaning procedures outlined and paraphrased below, are taken from the USGS National
Field Manual for the Collection of Water-Quality Data, Book 9, Chapter A3 and are not
presented here in their 65 page entirety. For complete details visit the USGS Internet
address:
(http://water.usgs.gov/owq/FieldManual/chapter3/Ch3_contents.html).
If
Internet access is not available, contact the USGS @ 412 National Center, 12201
Sunrise Valley Drive, Reston, VA 20192. When sampling for inorganic analysis, do not
use cleaning agents or items that might leach or sorb metals. Basins, brushes and other
items used for cleaning should be constructed of a suitable 1Hot water (100°C) highpressure washing of large dimensional rigid PVC, stainless steel and direct push
technology sampling equipment is acceptable. nonmetallic material such as uncolored
or white polypropylene, polyethylene or other plastic. When sampling for organic
analysis do not use cleaning agents or items that might leach, sorb or leave residues of
organic substances that could bias or interfere with the analysis. All cleaning equipment
is subject to specified cleaning procedures prior to use on sampling equipment.
Simplified, wash basins and standpipes are filled with non-phosphate detergent solution
whereupon wash bottles, scrub brushes and other small items are placed within and
soaked for 30 minutes. All items are then subject to a tap and DI water rinse, followed
by a 30 minute soak in 5% HCl. (and/or 10% HNO3). Acid solutions are neutralized
before disposal and cleaning equipment given several final DI rinses before air-drying.
Visit the above Internet address for more details. Surface and ground water sampling
equipment is subject to a very precise cleaning procedure. As stated above, contaminant
exposure levels sampled by the USGS are often at the low end of the method detection
level and the focus is research oriented. The procedures below, for the cleaning of
submersible pumps and submersible pump tubing, are taken from Section 3.3.9.B of
97
Book 9, Chapter 3 of the USGS National Field Manual. The procedures are divided into
Office-laboratory cleaning and Field-site cleaning. For more discussion on cleaning
other sampling devices visit the above Internet address.
Office-laboratory Cleaning
Fluorocarbon-polymer tubing used to collect water containing large concentrations of
volatile organic compounds (VOC) can be difficult to clean adequately.
• Collect additional blanks if VOC concentrations in last sample collected through the
tubing were greater than 500 µg/L.
• Pump tubing should be replace rather than cleaned if VOC concentrations in last
sample exceeded about 700 µg/L.
• Most submersible pumps have a stainless steel casing and other metal parts and should
not be acid rinsed.
• To clean pumps that are excessively contaminated, a dilute acid rinse followed by
copious water rinsing can be used occasionally without damaging the pump.
• Repeated rinsing with dilute acid solution can pit or corrode the pump’s stainless steel
surface.
• If the surface appears dulled, the pump must not be used for collecting trace-metal
samples.
Lubrication water inside water-lubricated pumps (for example, the Grundfos
RediFlo2™) can become contaminated and cause contamination of subsequent samples.
Replace the lubrication water with volatile organic blank water each time after sampling
and when cleaning the pump. Follow the manufacturer’s instructions.
Step 1. Preparation.
• Wearing appropriate gloves, prepare several gallons of a laboratory-grade
nonphosphate detergent solution (about 0.1 or 0.2 percent, v/v; use up to 2-percent
solution for excessively contaminated pump systems).
• Preclean washbasins and standpipes.
• Place pump into sink or washbasin and scrub exterior surfaces with soft brush and
detergent solution; rinse thoroughly with tap water.
• Disassemble the pump and place components into a detergent-solution washbasin.
Step 2. Detergent wash and tap water rinse pump components and tubing.
• Soak pump components in the detergent solution for 30 minutes.
• Scrub pump components with soft sponge or brush.
• Rinse thoroughly with tap water.
• Raise discharge end of tubing above the rest of the tubing. Using a peristaltic or
valveless fluidmetering pump, fill the pump tubing with fresh detergent solution until
solution rises to the end of the tubing. Plug the tubing end(s).
• After 30 minutes remove plug from discharge end of tubing and flush detergent
solution from tubing by pumping copious amount of tap water through the tubing.
Change gloves.
Step 3. Check sampling requirements.
• If pump will be used for collecting samples for inorganic constituent analysis,
reassemble the pump and go to Step 4.
• Complete Step 4 if pump will be used for collecting samples for analysis of both
inorganic and organic analytes before proceeding to Step 5.
• If the pump will be used for collecting samples for organic compound analysis only,
go to Step 5.
Step 4. DIW rinse.
• Place pump components into washbasin and dispense DIW from a wash bottle to
thoroughly rinse all pump components.
98
• Using a peristaltic pump and appropriate clean tubing, pump DIW through the sample
tubing to rinse.
• Reassemble pump and connect pump tubing. Change gloves.
• If collecting equipment blanks to verify that the pump has been adequately cleaned.
• Rinse a clean standpipe dedicated to blank water with blank water.
• Insert pump into blank-water standpipe only after pump exterior has been rinsed with
blank water or air-dried after the methanol rinse.
• Pour IBW into the standpipe and pump at least one tubing volume to waste before
collecting the blank sample.
Step 5. Rinse with blank water followed by a methanol rinse.
• Change to latex or nitrile gloves. Put pump components into solvent-resistant
washbasin.
• Working under a fume hood, dispense methanol (or appropriate solvent) from
a fluorocarbonpolymer wash bottle to rinse each pump component and the exterior
pump casing. Collect the used solvent into a nonflammable container for storage until
disposal.
• Do not reuse methanol or other solvents.
• Work under a fume hood, if possible, or in a well-ventilated area outside of the office
laboratory, as methanol fumes can contaminate other equipment.
• Place methanol-rinsed components on a clean, aluminum foil surface and allow the
pump components and casing to completely air dry before reassembling the pump.
• Using a valveless fluid metering pump and fluorocarbon-polymer tubing, pump about
2 L of methanol through sample tubing and to the methanol waste container.
• Reassemble the pump and connect the pump tubing. Change gloves and dispose of the
methanol- contaminated gloves appropriately.
• Pour an organic-grade water (PBW or VBW) into a clean PBW/VBW standpipe.
Insert pump and pass about two tubing volumes of organic grade blank waster (PBW or
VBW) through the pump and tubing to waste.
Field-site cleaning procedure for submersible pumps and pump tubing.
Step 1. Preparation.
• Preclean the standpipes (one standpipe for each cleaning solution to be used). The
standpipes need to be of sufficient height to supply necessary head for proper pump
operation. Separate standpipes are designated for detergent solution and tap water rinse,
DIW rinse, methanol rinse, and blank water. Double-bag each cleaned standpipe for
transport to the field site.
• Estimate the volumes of cleaning solution and blank water that will be needed for the
field effort. The volume of storage in tubing, Vs, of a set of pump-reel and extension
tubing can be estimated as follows:
Vs = [(Lp x Cp) + (Le x Ce) + Vsp] x Csp
Where,
Vs is the volume of storage in tubing, in gallons.
Lp is length of pump-tubing segment being cleaned, in feet
Le is length of extension tubing, in feet
Cp (or Ce) = 0.023 liter per foot for a 3/8-inch tubing inside-diameter
Or = 0.041 liter per foot for a 1/2-inch ID tubing
Vsp is volume of solution needed to fill standpipe to minimum level required to operate
pump, in liters
Csp = 0.264 gallon per liter.
• Prepare the volumes of cleaning solutions needed for the field effort, using appropriate
bottles for short-term storage and transport.
99
Step 2. Detergent wash and tap water rinse.
• Put on disposable, powderless gloves (usually vinyl). Rest pump in a washbasin or pail
partially filled with detergent solution and clean exterior of pump and tubing with a soft
brush. Rinse thoroughly with tap water. (DIW can be substituted for tap water, but is
less efficient in detergent removal and requires a greater volume of water than tap
water.
• Place pump into standpipe, add detergent solution to level above pump intake, and
route intake and discharge end of pump tubing to the standpipe.
• Begin pumping:
Record the pumping rate.
Record the time it takes to fill the sample tubing.
Calculate the time it takes for a segment of solution to complete one cycle.
• Circulate detergent solution for about three cycles through the tubing and back to the
standpipe.
If possible, pump detergent solution through tubing at alternating high and low speed,
and (or) introduce air segments between aliquots of the detergent solution to increase
cleaning efficiency.
• Remove the discharge end of tubing from the standpipe and pump about two tubing
volumes of detergent solution to waste, adding fresh solution to the standpipe as needed.
Remove pump from standpipe.
• Rinse detergent from standpipe with tap water until sudsing stops.
• Rinse pump exterior with tap water. Place rinsed pump into standpipe; add tap
water/DIW to level above pump intake. Begin pumping through sample tubing. Do not
recirculate rinse water, but add water as needed to maintain water level above pump
intake. Continue for five or more tubing volumes. Direct rinse water to waste away
from the vicinity of the wellhead and sampling area and (or) contain as required for
disposal.
• Collect rinse water into a small bottle and stop the pump. Shake the bottle – if sudsing
is observed in the rinse water, continue the rinse procedure until no suds appear in the
rinse water.
Change gloves.
Step 3. Check sampling requirements.
• If pump will be used for collecting samples for inorganic constituent analysis,
reassemble the pump and go to Step 4.
• Complete Step 4 if pump will be used for collecting samples for analysis of both
inorganic and organic analytes before proceeding to Step 5.
• If the pump will be used for collecting samples for organic compounds analysis only,
go to Step 5.
Step 4. DIW rinse.
• a separate DIW rinse is not required if DIW was substituted for tap water.
• Use a clean DIW-dedicated standpipe, not the tap water standpipe, and rinse with
DIW. Rinse pump exterior with DIW to remove any detergent residue. Place pump into
the DIW standpipe and add DIW to level above pump intake. Change gloves.
• Start pumping DIW. Rinse DIW through sample tubing without recirculating, using
about 3 tubing volumes of DIW. Keep the DIW level above pump intake.
• Collect DIW rinse water in a clean bottle, shake, and check for suds. Continue to DIW
rinse until rinse water is free of suds.
• If collecting field blanks to verify that the pump has been adequately cleaned:
• Change gloves. Rinse clean blank-water standpipe with IBW. Rinse pump exterior
with blank water.
100
• Place pump into the standpipe and add IBW to cover the pump intake.
• Turn on pump and displace any water residing in the pump and tubing. Continue
pumping IBW for one tubing volume before collecting the blank sample.
Step 5. Methanol rinse.
• Make certain that the pump or other nearby electrically powered equipment is
grounded, the power cored is intact, and potential sources of sparks do not exist before
rinsing pump with methanol.
• Change to latex or nitrile gloves. Wear safety glasses and apron. Work in a wellventilated area outside of the field van and downwind of the sampling area.
• Place pump into a clean, dedicated, solvent-resistant standpipe and route discharge end
of sample tubing to a methanol waste container. Add methanol solution to level above
pump intake. • Pump about 2 L of methanol through sample tubing into methanol waste
container, keeping the level of solution above pump intake. The operator should stand
back from the pump as a safety precaution in the event that an electrical spark ignites
the methanol. Carefully put any unused methanol from the bottom of standpipe into
methanol waste container. Let methanol in the standpipe evaporate to dryness. Change
gloves.
• Rinse pump exterior with organic-grade water and place pump into standpipe. Add
organicgrade
water to the standpipe to push the methanol out of the tubing and into the methanol
waste container. Pump at least an additional 0.l gallon (about 0.38 L) of organic-grade
water through the system for every 10 ft. (about 3.05 m) of methanol-wetted tubing to
the methanol waste container after used methanol is collected.
• Repeat the above with blank water (PWB or VBW) pumped from a blank-water
standpipe if blank samples will be collected for analysis of organic compounds.
• Storage of the cleaned submersible pump and tubing:
• Place pump into two clean, noncontaminating storage bags and close bags.
• Cover the pump reel and tubing with doubled plastic bag or sheeting for transport to
the next site.
• For long-term storage (longer than 3 days), the pump and exterior and interior of the
tubing must be dry before being placed into plastic bags. Blowing filtered air or filtered
(inert) gas through the tubing can dry tubing. If tubing cannot be dried, store chilled to
prevent bacterial growth. If bacterial growth has occurred, reclean before use.
General Decontamination Considerations
The following discussion is intended to assist personnel engaged in the decontamination
of select equipment. Unless otherwise stated, use one of the above four decontamination
procedures as it relates to the device’s aqueous or non-aqueous nature and the sampling
objectives.
Decontamination of Pumps
Purging Only Submersible
When submersible pumps (gear, reciprocating, progressive cavity or centrifugal) are
only used to evacuate stagnant ground water in the well casing (volume-average
sampling), they must be cleaned and flushed prior to and between each use. This
cleaning process consists of an external laboratory grade glassware detergent wash and
tap water rinse, or steam cleaning of pump casing and cables, followed by a 20
Technical Note:
Inspect the integrity of the seals and O-rings on the pump-motor/pump-body housing.
Water inside the motor housing may indicate that methanol vapors could enter the
motor. Direct-current motors inherently spark because of the commutator ring. AC
motors might spark if the insulation is frayed or burnt on the motor windings or any
101
associated wiring. If flammable liquids are required for cleaning electrical pump
systems, use extreme caution. Vapors from solvents such as methanol can ignite if
a disruption in the motor lead-insulation system occurs in the vapor-enriched zone.
(Ignition from a spark from an AC induction-type motor in good operating condition is
not a concern if rated as using the National Electrical Code (NEC) at Class 1, Group 5.)
gallon flush of potable water through the pump. This flushing can be accomplished by
the use of a clean plastic overpack drum or a plastic garbage can filled with potable
water. This must be followed by a distilled and deionized rinse of the outside of the
pump. For submersible pumps smaller than four inches in diameter, the recommended
number of gallons required for flushing may be proportionately reduced (i.e. three-inch
15-gallons, two-inch 10-gallons). For Grundfos® Redi Flo 2 pumps, follow the
manufacturer’s Installation and Operating Instruction manual for cleaning the inside of
the stator housing by completely removing the motor shaft and in order to achieve
a complete replacement of motor fluid (distilled/deionized water). Pumps constructed of
plastic parts or sealed inner workings are not an equipment option for consideration
because of their limited ability to be decontaminated thoroughly and their demonstrated
ability to sorb and desorb contaminants. Exercise caution to avoid contact with the
pump casing and water in the drum while the pump is running (do not use metal drums
or garbage cans) to avoid electric shock. Always disconnect the pump from power
source before handling. Surface pumps (centrifugal and diaphragm) used for well
evacuation need not be cleaned between well locations if a check valve is used. New
tubing should be used for each well and discarded after use. If the evacuation tubing is
not disposed between locations, it must also be decontaminated in the same manner as
the pump. The submersible pump and tubing should always be placed on clean
polyethylene sheeting to avoid contact with the ground surface. All tubing must be
rinsed/wiped with distilled and deionized water and paper towels to remove any residual
material during installation. (Refer to ASTM D-5088-90, Practice for Decontamination
of Field Equipment Used at Nonradioactive Waste Sites.)
Surface Centrifugal and Diaphragm Pumps
When surface centrifugal and/or diaphragm pumps are used for purging, there is no
need for decontamination of the pump or diaphragm housings. It is, however, a good
practice to flush the housing/diaphragms with potable water between wells in order to
control the build up of silt or other debris inside the housing/diaphragm. This practice
will prolong the life of the pumps and maintain operating efficiency by reducing the
potential for excessive wear.
102
Příloha 2: Konstrukční materiály pro vzorkovací nástroje
Konstrukční materiály pro vzorkovací zařízení, specielně pro podzemní vodu 6
Konstrukční materiály pro vzorkovače,
(kromě výstroje vrtů)
Cílový(é) analyt(y)
Materiál
Anorganický
Organický
√ (Potenciální zdroj
fluoridů)
√ (Sorpce
některých látek)
Popis
PLASTY***
Fluorokarbonov醆† Chemicky inertní
polymery (jiné
vzhledem k většině
varianty se mohou
analytů
lišit dle použití)
Polypropylen (PP)
Relativně inertní
k anorganice
√
Nepoužívat
Polyethylen lineární
(PE)
Relativně inertní
k anorganice
√
Nepoužívat
Polyvinylchlorid
(PVC)
Relativně inertní
k anorganice
√
Nepoužívat
Silikon
Velmi porézní.
Relativně inertní
k anorganice
√ (Potenciální zdroj
Si)
Nepoužívat
Jde o slitinu
s nejvyšší korozní
odolností, je
dostupný v různých
kvalitách, požití pro
ponorná čerpadla
√ (Potenciální zdroj
Cr, Ni, Fe, Mn
a Mo, Nepoužívat
pro odběr
povrchových vod
není li překryto
plastem, kromě
ponorných čerpade
√
KOVY‡‡‡
Nerezavějící ocel
třídy 316§§§ SS316
***
Nepoužívat pokud
je zkorodováno****
Plasty použité při vzorkování na stopové obsahy kovů musí být bezbarvé či bílé
†††
Fluorkarbony zahrnují Teflon, Kynar, Tefzel a pod a jsou relativně inertní k anorganickým
i organickým analytům
‡‡‡
Většina ponorných čerpadel obsahuje komponenty z nerezavějící oceli, pro účely vzorkování
anorganických analytů je možno nahradit ponořené kovové části fluorkarbonovými polymery všude kde
je to možné, kupř. membrány, statory či hnací kola)
§§§
Použité třídy ocelí odpovídají americkému způsobu značení, viz ASTM normy, pro nejlepší
výsledky v podmínkách našeho značení doporučujeme použít obchodní označení 3, což je ocel plně
odolná korozi v mořské vodě, jde o obchodní označení, technici prominou.
103
Nerezavějící ocel
třídy 304
Podobně jako
SS316, méně
odolná korozi
Nepoužívat
√ Nepoužívat
pokud je
zkorodováno
Jiné kovy (mosaz,
měď, hliník,
galvanizované
a uhlíkaté oceli.
Měděné a hliníkové
trubky kvality pro
použití v chladicím
průmyslu se běžně
využívají pro
odběry 3H/3He
a vzorky CFC
(freony)
Nepoužívat
√ Běžně používáno
pro CFC.
Relativně inertní,
sorpce analytů.
√ Potenciální zdroj
B a Si
Nepoužívat pokud
je zkorodováno
SKLO
Sklo borosilikátové,
laboratorní kvalita
****
√
Zkorodované či narušené povrchy jsou aktivními sorpcními místy pro organické
kontaminanty.
104
8. Použitá literatura:
1
(ČSN 015110 Vzorkování materiálů. Základní ustanovení.
2
ČSN ISO 3534-1 Statistika-slovník z značky, část 1: „Pravděpodobnost a obecné statistické
termíny“, Oddíl 4: „Obecné termíny vztahující se k metodám vzorkování“
3
Soil sampling for environmental Assessment, Crepin J, Johnson R.L. , Soil sampling and
methods of analysis, , Carter R.M, editor, Lewis publishers 1993, str 5-15, ISBN 0-87371-861-5 .
4
Krofta, Jiří a kol., Návody pro laboratorní cvičení z analytické chemie II, statistické techniky,
VSCHT Praha, 1994
5
Freese, F. 1962, Elementary forest sampling, Agriculture Handbook No.232. U.S Department
of Agriculture. Reprinted in 1981 by Oregon State University, Corvallis, 91 pp
6
New Jersey Department of Environmental Protection Field Sampling
Procedures Manual, August 2005, staženo 2006
7
Čurdová E, Kohout P., Zásady vzorkování, Odběry vzorků, sborník přednášek z kurzu,
vyd.2Theta, 2006
8
Janků J., Analytika odpadů, Skripta vscht, 2005
9
www.dem.ri.gov/pubs/data.html, 2006
10
http://www.groundwatersoftware.com/equipment1.htm, 2006
11
http://www.clearview-bailer.com/, 2006
12
http://www.fao.org/, 2006
13
http://www.seas.ucla.edu/stenstro/r/r34, 2006
14
http://www.generaloceanics.com/genocean/1010c.htm, 2006
15
http://www.solinst.com/Prod/Data/407.pdf, 2006
16
http://www.bennettsamplepump.com, 2006
17
http://www.us.grundfos.com, 2006
18
http://www.us.grundfos.com/web/download.nsf/Pages/9CAD11E6425A1BFA88256C0F0068CA70/$File
/L-RF-IO-010.pdf, 2006
19
http://www.pumpschool.com/principles/external.htm, 2006
20
www.appliedpumps.co.uk,
21 http://www.roliol.com/catalog.php, 2006
22 http://www.moyno.com/website/literature/products/1000/images/cavity.jpg, 2006
23
http://www.equipump.com/images/progressive_cavity_pump_rotor.jpg, 2006
24
www.ritmac.co.uk, 2006
25
http://www.waterra.com/Images/PRODUCTS/Inertialpumpstepsbox.jpg, 2006
26
www.waterrauk.com, 2006
27
http://mve.energetika.cz/, 2006
105
28
http://www.blue-white.com/images/per_pumphead.jpg, 2006
29
http://chemstream.com/water_powered_chemical_pumps/images/pump.jpg, 2006
30
www.aspenpumps.com, 2006
31
http://www.ftsinc.com/Sensors/Images/auto_samp_fc.jpg, 2006
32
http://www.omegabiotek.com/productsrange/supplyweb/images/samplehandling/, 2006
33
http://www.ierents.com/images/products/PO%20AST%20Soil%20Sampler/NB01344WA.jpg,
2006
34
http://www.eijkelkamp.com/, 2006
35
http://www.rickly.com/, 2006
36
http://www.archway-engineering.com/products/spt_sampler.html, 2006
37
ttp://www.diedrichdrill.com/ 2006
38
http://www.ennovativetech.com, 2006
39
Čáslavský J, Stabilita vzorků při pasivním vzorkování organických polutantů v
ovzduší a ve vodách, http://www.iach.cz, staženo 2006.
40 Janků J., Analytika odpadů 2005, skripta VŠCHT
41
http://www.science.uwaterloo.ca/chemistry/pawliszyn/Research/SPME/spme.html,
staženo
2006.
42 Procházková D., Mikroextrakce na tuhou fázi a stanovení obsahu analytů,
Chem. Listy 96, 827–852 (2002)
43
Baltusen, Sandra, David, Cramers, J. Microcol. Sep. 11(10) 737-747 (1999)
44
Leblanc C.J., Stallard W.M., Green P.G., and Schroeder E.D.: Passive
Sampling Screening Method Using Thin-Layer Chromatography Plates. Environ. Sci.
Technol.2003, 37, 3966-3971
45
Huckins, J. N. a kol.., Chemosphere 20(5): 533-552 (1990)
46
Petty, J. D.; Huckins, J. N.; Zajicek, J. L. Chemosphere 27, 1609-1624 (1993)
47
http://or.water.usgs.gov/projs_dir/buffalo_slough_spmd/spmd_photo.png, staženo 2006
48
http://wwwaux.cerc.cr.usgs.gov/SPMD/, staženo 2006
49
http://wwwaux.cerc.cr.usgs.gov/SPMD/SPMD-Tech_Tutorial.htm, staženo 2006
50
Prest, H. F.; Jacobson, L. A.; Huckins, J. N., Chemosphere, 30, 1351-1361
(1995)
51 Ocelka T., Kočí V., Kochánková L., Semipermeabilní membrány – popis
perspektivní metodiky monitorování persistentních organických polutantů
v povrchových vodách a vodárenských zdrojích.
52
Kingston, J. K., Greenwood, R.,Mills, G. A., Morrison, G. M., Persson, L. B., J. Environ.
Monit. 2 (2000) 487-495
53
106
Vrana, B., Popp, P., Paschke, A., and Schuurmann,G., Anal. Chem. 73 (2001) 5191-5200
54
Martin, H., Patterson, B.M.,and Davis, G.B., Environ. Sci.Technol. 37 (2003)1360-1364
55
Shoeib, M., Harner, T., Environ. Sci. Technol.,36 (2002) 4142-4151
56
Wennrich L. et al., Journal of Environmental Monitoring 4 (2002) 371-376
57
Wania F. et al.,Environ. Sci. Technol. 37 (2003) 1352-1359
58
Harner T., Farrar N.J., Shoeib M., Jones K.C., Cobas F.A.P.C., Environ. Sci. Technol. 37
(2003) 2486-2493
59
http://www.wildco.com, 2006
60
http://www.envco.org, 2006
61
International Environmental Technology, Vol 16, issue 2, March/April 2006, str.66
62
Kurta Konráda 19, Praha 9, tel. 66 310 633
63
tel. 0302 2222 Votice
64
na Rovnosti 19, 130 00 Praha 3, tel. i fax 697 30 09
65
http://ok.water.usgs.gov/norlan/drilling.html, 2006
66
Milan Sekyra, Zdravotní ústav Ústí n/Labem.: Stabilita volatilních organických látek
v odběrových kanystrech – Metoda US EPA TO - 14
67
http://www.recetox.muni.cz/, 2006
68
Kotoulová Z.:Odpadové fórum 06/2001, str. 10
69
Věstník MŽP 2001-05_4
107