1
Certifikovaná metodika
(Nmet)
Pasivní vzorkování volného ovzduší
- certifikovaná metodika
Název organizace:
Masarykova univerzita
Přírodovědecká fakulta
Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí
RECETOX
Metodika „Pasivní vzorkování volného ovzduší“ je výsledkem řešení projektu Vývoj a
realizace národní monitorovací sítě pro dlouhodobé sledování obsahu perzistentních
organických polutantů ve volném ovzduší České republiky metodou pasivního
vzorkování (TB010MZP057) podpořeného TA ČR v rámci programu BETA.
2
3
Řešitelský tým projektu:
Prof. RNDr. Jana Klánová, Ph.D.
RNDr. Pavel Čupr, Ph.D.
RNDr. Roman Prokeš, Ph.D.
RNDr. Jana Borůvková, Ph.D.
RNDr. Petra Přibylová, Ph.D.
Prof. RNDr. Ivan Holoubek, CSc.
Mgr. Ondřej Sáňka
Mgr. et Mgr. Mária Chropeňová
Mgr. Ondřej Audy
Mgr. Tereza Kalábová
Mgr. et Mgr. Jiří Kalina
RNDr. Lenka Vaňková, Ph.D.
Mgr. Jana Václavíková.
Výše uvedení členové týmu jsou z Centra pro výzkum toxických látek v
prostředí RECETOX, Přírodovědecké fakulty MU - tedy z řešitelského pracoviště
projektu.
Tato certifikovaná metodika Pasivní vzorkování volného ovzduší byla
vytvořena s finanční podporou TA ČR v rámci projektu Vývoj a realizace národní
monitorovací sítě pro dlouhodobé sledování obsahu perzistentních organických
polutantů ve volném ovzduší České republiky metodou pasivního vzorkování
(TB010MZP057).
Citace: Čupr, P., Prokeš, R., Přibylová, P., Chropeňová, M., Vaňková, L., Kalina, J.,
Šebková, K., Holoubek, I., Klánová, J.: Pasivní vzorkování volného ovzduší certifikovaná
metodika (Nmet). Masarykova univerzita, RECETOX. RECETOX
REPORT No. 547. Říjen 2015.
4
Obsah
1 Cíl metodiky..............................................................................................................5
2 Popis metodiky .........................................................................................................5
2.1. Pasivní vzorkování ovzduší ..................................................................................5
2.1.1 Vzorkovač (popis, údržba) ..............................................................................7
2.1.2 PUF disky (typ, příprava) ................................................................................8
2.2. Odběr vzorků ........................................................................................................9
2.2.1 Výběr lokality a umísťování vzorkovače..........................................................9
2.2.2 Instalace a výměna PUF disků......................................................................10
2.2.3 Transport exponovaných PUF disků .............................................................22
3 Analytické zpracování PUF disků ...........................................................................22
3.1 Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs) ....................................................22
3.2 Polychlorované bifenyly (PCBs), organochlórové pesticidy (OCPs) a
polybromované difenylethery (PBDEs) ..................................................................23
3.3 Perfluorované sloučeniny (PFCs) ....................................................................23
3.4 Polychlorované dibenzo-p-dioxiny a dibenzofurany (PCDDs/Fs).....................24
4 Interpretace výsledků .............................................................................................25
4.1 Přepočet výsledků............................................................................................25
5 Popis novosti a uplatnění metodiky ........................................................................27
6 Literatura ................................................................................................................29
5
1 Cíl metodiky
Cílem metodiky je zajištění jednotného a co nejekonomičtějšího způsobu odběru,
stanovení a interpretace výsledků pro sledované skupiny chemických látek a to
pomocí dlouhodobého a kontinuálního monitoringu jejich hladin ve volném ovzduší
ČR pomocí pasivních vzorkovačů. Metodika popisuje i formu důležitých vstupních
parametrů, které jsou nezbytné pro celkové hodnocení trendů a přesnější interpretaci
výsledků. Metodika přispívá k plnění Koncepce monitoringu perzistentních
organických polutantů (POPs) a zpracování a využití dat o POPs v ČR a rovněž
k implementaci Stockholmské úmluvy o perzistentních organických polutantech.
Jedním z požadavků Stockholmské úmluvy je právě hodnocení účinnosti přijatých
opatření vedoucích ke snížení výskytu POPs v životním prostředí.
2 Popis metodiky
Metodika má tři na sebe navazující části: Vzorkování ovzduší pasivními vzorkovači,
analýza vzorků na obsah sledovaných skupin chemických látek a interpretace
získaných výsledků.
Výstupy z metodiky slouží jako podklad pro sledování trendů a hodnocení účinnosti
přijatých opatření.
Všechny tři oddíly jsou podrobněji popsány níže.
2.1. Pasivní vzorkování ovzduší
Vývoj nové metody pasivního vzorkování byl inspirován nutností pravidelných
a kontinuálních měření koncentrací polutantů v ovzduší na různých lokalitách a
v rámci různých monitorovacích studií na všech úrovních od lokálních bodových
zdrojů až po kontinentální měřítko [1 – 5]. Pasivní vzorkovače jsou ve svém principu
velice jednoduchá zařízení. K odběru vzorku dochází prostřednictvím samovolné
difúze stanovované látky do sběrného média. K tomuto procesu dochází v důsledku
existence rozdílných chemických potenciálů mezi dvěma médii. Při vzorkování
6
vzduch samovolně proudí kolem pasivně vystaveného disku, filtru, membrány či
jiného média, do něhož se sledovaný polutant zachycuje. Po skončení odběru se toto
médium analyzuje a adekvátním přepočtem se hodnotí průměrná koncentrace
škodliviny v ovzduší po dobu expozice. K výhodám pasivního vzorkování patří
zejména nízká cena zařízení a nízké provozní náklady (není nutná přítomnost
obsluhy a zdroje elektrické energie), nehlučnost, a malé nároky na instalaci a
technickou údržbu. Přitom poskytují informace o dlouhodobé průměrné úrovni
kontaminace, ale nejsou vhodné pro sledování rychlých, nárazových změn znečištění
ovzduší. K jejich nevýhodám patří zejména nemožnost exaktního stanovení prošlého
objemu a také potenciální možnost ovlivnění průběhu vzorkování environmentálními
podmínkami. Mezi hlavní faktory ovlivňující sorpční kinetiku pasivních vzorkovačů
patří zejména teplota, rychlost větru a délka expozice. Na odběr vzorků, který je
zaměřený na stanovení přítomnosti perzistentních organických polutantů (POPs) je
vhodné použít polyuretanovou pěnu (PUF disk).
Vztah mezi množstvím POPs zachycených na PUF disku a jejich koncentrací
v ovzduší byl hodnocen také v rámci tohoto projektu TA ČR TB010MZP057.
Výsledkem těchto nových kalibračních studií je ověření postupu matematického
přepočtu koncentrace polutantů v ng/disk a ng/m3, který je uveden v kapitole 4.1.
Detaily jsou pak prezentovány v navazujících citovaných publikacích [6, 7].
Pasivní vzorkování volného ovzduší s využitím metody PUF disků je levnou
screeningovou metodou pro semikvantitativní srovnání různých lokalit s výhodou
malé citlivosti ke krátkodobým náhodným změnám koncentrace polutantů. Další
výhodou té metody je snadné použití i na těžce dostupných místech nebo použití na
celé řadě lokalit současně, což nabízí nové možnosti při přípravě rozsáhlejších
monitorovacích kampaní se silnou interpretační hodnotou. Data získána pomocí
metody pasivního vzorkování mohou být též porovnána s informacemi získanými
metodou aktivního vzorkování [8 – 10].
7
2.1.1 Vzorkovač (popis, údržba)
Pasivní vzorkovač volného ovzduší se skládá ze dvou nerezových misek o
průměru 30 a 24 cm, které jsou připojeny na společnou osku, kde vytvářejí
ochrannou komoru pro kruhový disk z polyuretanové pěny (PUF disk). PUF disk je
umístěn na společné ose mezi miskami, kde dochází k jeho ochraně proti mokré a
suché atmosférické depozici, působení větru, UV záření. Toto umístění rovněž
stabilizuje proudění vzduchu kolem PUF disku.
Doba expozice PUF disku závisí na skupině látek, která je předmětem
vzorkování a jejich očekávaného rozsahu koncentrací, zpravidla se však pohybuje
mezi čtyřmi až dvanácti týdny.
Schéma PUF pasivního vzorkovače ovzduší
Pasivní vzorkovač se skládá z následujících součástí (pořadí na ose shora):
 závěsný háček – zavěšení vzorkovače
 matice a kontramatice – pevná fixace polohy horní misky
 podložka
 horní miska o průměru 30 cm umístěná dnem vzhůru – ochrana PUF disku
 podložka
 matice – upevnění horní misky
 distanční trubička (delší) – vymezení polohy PUF disku pod horní miskou
8
 podložka
 trubička délky 1,5 cm s nasazeným PUF diskem (připraveno v laboratoři)
 podložka
 distanční trubička (kratší) – vymezení polohy PUF disku nad dolní miskou
 matice– upevnění distančních trubiček před nasazením dolní misky
 podložka
 dolní miska o průměru 24 cm umístěná dnem dolů – kondenzovaná vlhkost
může odtékat čtyřmi otvory na dně misky
 podložka
 matice a kontramatice– pevná fixace polohy dolní misky
 pojistný háček – ochrana před případným rozpadem vzorkovače možnými
vibracemi za silného větru, zároveň umožňuje jeho fixaci ve svislé poloze
(např. upevněním závaží či přichycením k zemi)
Všechny části vzorkovače jsou vyrobeny z nerezové oceli a nevyžadují
zvláštní údržbu. Při výměně PUF disku pouze odstraníme nečistoty a povrch misek
otřeme etanolem. Před začátkem nové vzorkovací kampaně je nutné pasivní
vzorkovač důkladně vyčistit vodou se saponátem a následně etanolem tak, aby se
odstranily veškeré nečistoty z jeho povrchu.
2.1.2 PUF disky (typ, příprava)
Pro pasivní vzorkování POPs se jako sorpční médium používají kruhové PUF
disky z bílé, nebarvené polyuretanové pěny o hustotě 0,030 g.cm-3, zpěňované bez
přídavku mletého vápence (typ T – 3037, výrobce Molitan, a.s., ČR). Jsou kruhového
tvaru, tloušťky 15 mm a průměru 150 mm.
PUF disky jsou před expozicí předčištěny extrakcí v Soxhletově extraktoru, 8
hodin v acetonu a 8 hodin v dichlormethanu v případě následné analýzy POPs, 8
hodin v acetonu a 8 hodin v toluenu v případě následné analýzy polychlorovaných
dibenzo-p-dioxinů a dibenzofuranů (PCDDs/Fs) a extrakce v acetonu a metanolu je
použita v případě perfluorovaných sloučenin (PFCs). Po extrakci jsou disky vysušeny
9
v digestoři a do jejich středu je umístěna vyčištěná nerezová trubička délky 1,5 cm
sloužící k upevnění disku na ose pasivního vzorkovače.
Po vyčištění se PUF disk i se středovou trubičkou zabalí do dvou vrstev
hliníkové fólie. Na takto zabalený disk se permanentním voděodolným fixem vyznačí
datum a typ čištění (DCM – dichlormethan, TOL – toluen, MET – metanol) a iniciály
pracovníka, který čištění prováděl. Takto označený disk se vloží do uzavíratelného
polyetylénového sáčku (tzv. zip-lock). PUF disk je uchováván v mrazicím boxu při
teplotě -18 °C, nejdéle však po dobu šesti měsíců.
2.2. Odběr vzorků
2.2.1 Výběr lokality a umísťování vzorkovače
Pasivní vzorkovače se zavěšují vždy do svislé polohy větší miskou vzhůru.
Pokud se nejedná o speciální vzorkování (např. sledování výškového profilu
škodlivin) nebo o požadavek zadavatele měření, zavěšují se pasivní vzorkovače
v dýchací zóně člověka, tedy ve výšce 1,5 – 2 m nad terénem. Optimální je instalace
pasivního vzorkovače na kovové konstrukci v otevřeném terénu bez významnějších
překážek bránících volnému proudění vzduchu kolem vzorkovače.
Ukázky možného umístění pasivního vzorkovače
10
2.2.2 Instalace a výměna PUF disků
Před samotným odběrem se provede příprava veškerého vzorkovacího materiálu.
Pro instalaci pasivního vzorkovače na vybrané lokalitě je nutné připravit:
 čistý pasivní vzorkovač tzn. velká a malá miska, oska, 6x matice, 6x
podložka, 2x distanční trubička a pojistný háček
 PUF disk
 odběrový protokol a psací potřeby
 stranový klíč na metrické matice
 transportní lednici
 střičku s etanolem
 papírové ubrousky
 popisovač
 hliníkovou fólii
 rukavice
 GPS přijímač a fotoaparát (v případě instalace na nové lokalitě).
Při instalaci vzorkovače na nové lokalitě je nutné danou lokalitu zaměřit pomocí GPS
a nafotit, ideálně ze všech světových stran. Pro instalaci je vhodné využít předem
připravenou kovovou konstrukci, případně drát nebo lano.
Na vybrané lokalitě sestavíme pasivní vzorkovač podle pořadí popsaného v kapitole
2.1.1. a postupujeme podle bodů 1-7 doplněných o obrazovou prezentací.
11
Postup instalace i výměny PUF disků se celý provádí za použití gumových rukavic
(nitrilových, latexových).
Při zahájení vzorkování postupujeme následovně:
1. Sestavíme horní část vzorkovače: na osku postupně přidáme součásti
vzorkovače v tomto pořadí: matice a kontramatice, podložka a horní miska o
průměru 30 cm dnem vzhůru, podložka a matice. Všechny matice důkladně
utáhneme pomocí stranového klíče.
2. Na osu vzorkovače dále přidáme delší distanční trubičku a podložku.
12
3. Z transportní lednice vyjmeme uzavíratelný polyetylénový sáček (tzv. zip-lock)
se zabaleným neexponovaným PUF diskem, který je určen pro výměnu, a
zapíšeme datum čištění disku PUF disku do odběrového protokolu.
4. PUF disk i s nerezovou trubičkou, na níž je nasazen, vybalíme z hliníkové fólie
a nasadíme jej na osu vzorkovače. Disk nasazujeme s použitím fólie.
13
5. Po umístění PUF disku nasuneme na osu vzorkovače podložku a kratší
distanční trubičku, poté našroubujeme a dotáhneme klíčem matici upevňující
distanční trubičky.
14
6. Přidáme podložku, nasadíme dolní misku, podložku a celý vzorkovač
stáhneme maticí, kontramaticí, utáhneme stranový klíčem.
15
7. Nasuneme pojistný háček, čímž je sestavení vzorkovače dokončeno.
Vzorkovač dále umístíme na lokalitě, viz kapitola 2.2.1.
16
8. Všechny údaje týkající se vzorkování - identifikace vzorku, datum a čas
zahájení vzorkování, popis lokality včetně GPS lokace, meteorologické
podmínky, možné ovlivnění odběru - pečlivě zapíšeme do odběrového
protokolu.
Při výměně PUF disku postupujeme následovně:
9. Sejmeme vzorkovač ze závěsu, zdola postupně odstraníme pojistný háček,
matici, kontramatici (povolíme stranový klíčem) a podložku.
10.Opatrně sejmeme dolní misku tak, aby nedošlo ke kontaktu s diskem.
11.Odstraníme podložku a matici upevňující distanční trubičku.
17
12.Opatrně sejmeme kratší distanční trubičku a podložku u disku opět tak, aby
nedošlo ke kontaktu s diskem
13.Pomocí hliníkové fólie sejmeme PUF disk i se středovou nerezovou trubičkou,
na níž je nasazen.
18
14.PUF disk zabalíme do dvou vrstev hliníkové fólie.
19
15.Na zabalený PUF disk vyznačíme permanentním voděodolným fixem číslo
vzorku, popř. i datum odběru.
16.Popsaný zabalený PUF disk vložíme do uzavíratelného polyetylénového
sáčku (tzv. zip-lock) a uložíme do transportní chladničky.
20
17.PUF disk převezeme do laboratoře k analýze, viz kapitola 2.2.3.
18.Všechny údaje, které mohly ovlivnit vzorkování včetně data a času ukončení
odběrů, zapíšeme do odběrového protokolu.
21
19.Vizuálně zkontrolujeme stav prázdného vzorkovače a před instalací
neexponovaného PUF disku odstraníme pomocí papírových ubrousků a
etanolu možné nečistoty.
20.Instalaci neexponované PUF disku provedeme podle bodu 3 až 8.
21.V případě ukončení vzorkování převezeme spolu s PUF diskem vzorkovač do
laboratoře k důkladnému vyčištění.
22
2.2.3 Transport exponovaných PUF disků
Po expozici a vyjmutí PUF disku z pasivního vzorkovače se disk i s trubičkou
zabalí do dvou vrstev hliníkové fólie, označí (datum, číslo vzorku, název lokality) a
vloží do uzavíratelného polyetylénového sáčku (tzv. zip-lock). Takto zabalené disky
se transportují do laboratoře v transportní lednici při teplotě cca 5 °C. Po převozu do
laboratoře musí být disk až do dalšího zpracování a chemické analýzy uchováván
v mrazicím boxu při teplotě -18 °C.
3 Analytické zpracování PUF disků
Laboratorní analýza zpracování PUF disků závisí na typu analyzovaných
látek. V následujícím textu je uveden stručný metodický popis pro jednotlivé
stanovované skupiny chemických látek. Ke každé sadě vzorků je stejně analyzován
procesní blank. Samotné zpracování disků se může lišit v závislosti dle příslušných
standardních operačních postupů dané analytické laboratoře. V kapitolách 3.1 až 3.4
je uveden stručný popis analytického zpracování PUF disků, přesný popis je součástí
akreditované metodiky.
3.1 Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs)
Uložený PUF disk z pasivního vzorkovače, obohatíme roztok standardu DPAH
(D-Naftalen, D-Fenantren, D-Perylen) a extrahujeme v dichlormethanu na
automatickém extrakčním zařízení Büchi B-811 s programem nastaveným na
extrakci horkým rozpouštědlem po dobu 40 minut a promývání rozpouštědlovým
kondenzátem 20 minut. Extrakt zahustíme pod proudem dusíku. Jako čistící krok
použijeme sloupcovou chromatografii pomocí aktivovaného silikagelu, eluční činidlo
dichlormethan a hexan. Po následném zkoncentrování vzorku použitím systému
Turbovap vzorky převedeme do minivialek za přídavku nonanu a standardu
Terfenylu. Každý vzorek analyzujeme plynovou chromatografií s hmotnostně
spektrometrickou detekcí.
23
3.2 Polychlorované bifenyly (PCBs), organochlórové pesticidy
(OCPs) a polybromované difenylethery (PBDEs)
Uložený PUF disk z pasivního vzorkovače obohatíme o roztok standardu PCB
(PCB 30 a PCB 185) a 13C standardu PBDEs (BDE 28, 47, 99, 100, 153, 154, 183,
209) a extrahujeme v dichlormethanu na automatickém extrakčním zařízení Büchi B-
811 s programem nastaveným na extrakci horkým rozpouštědlem po dobu 40 minut
a promývání rozpouštědlovým kondenzátem 20 minut. Extrakt zahustíme pod
proudem dusíku. Jako čistící krok použijeme adsorbční kolonovou chromatografii na
aktivovaném silikagelu s modifikovanou kyselinou sírovou (eluční činidlo směs
dichlormethanu a hexanu v poměru 1:1. Po následném zkoncentrování vzorku pod
proudem dusíku vzorky převedeme do minivialek za přídavku nonanu, standardu
PCB 121 a 10 (13C BDE 77 a 138). Každý vzorek analyzujeme plynovou
chromatografií s hmotnostně spektrometrickou detekcí (PCBs + OCPs) a plynovou
chromatografií s vysokorozlišovací hmotnostně spektrometrickou detekcí (PBDEs).
3.3 Perfluorované sloučeniny (PFCs)
Uložený PUF disk z pasivního vzorkovače obohatíme o roztok izotopicky
značených standardů M8PFOA/M8PFOS a extrahujeme v metanolu s přídavkem
octanu amonného na automatickém extrakčním zařízení Büchi B-811 s programem
nastaveným na extrakci horkým rozpouštědlem po dobu 40 minut a promývání
rozpouštědlovým kondenzátem 20 minut. Extrakt zahustíme pod proudem dusíku a
přidáme 5 mM octanu amonného ve vodě. Zředěný extrakt přečistíme přes nylonový
filtr do centrifugační zkumavky. Následuje centrifugace při 4000 rpm po dobu 10
minut. K analýze odebereme do minivialky alikvot 100 µl. Před analýzou přidáme
v automatickém dávkovači roztoku směsi izotopicky značených PFCs (MPFBA,
MPFHxA, MPFOA, MPFNA, MPFDA, MPFDoDA, MPFHxS, MPFOS, dMeFOSA,
dMeFOSE). Vzorek analyzujeme kapalinovou chromatografií s hmotnostně
spektrometrickou detekcí.
24
3.4 Polychlorované dibenzo-p-dioxiny a dibenzofurany (PCDDs/Fs)
Uložený PUF disk z pasivního vzorkovače obohatíme o směs izotopicky
značených standardů PCDDs/Fs a extrahujeme v toluenu na automatickém
extrakčním zařízení Büchi B-811. Extrakt zahustíme pod proudem dusíku. Jako
čistící krok použijeme modifikovanou silikagelovou kolonu a uhlíkovou kolonu. Po
následném zkoncentrování vzorku pod proudem dusíku vzorky převedeme do
minivialek za přídavku standardů.
Automatický extrakční zařízení Büchi B-811
Sloupcová chromatografie
25
4 Interpretace výsledků
Interpretace výsledků je důležitou a integrální částí celé metodiky a to
zejména z důvodu plnění závazků České republiky k Stockholmské úmluvě.
Jejím úkolem je dostatečné hodnocení účinnosti opatření na snížení
organických polutantů v životním prostředí. Pokud není monitoring těchto látek
dlouhodobý a hlavně kontinuální, požadované informace nepřinese.
Pasivní vzorkovače s diskem na bázi PUF jsou vhodné ke sledování
vybraných druhů POPs. Jde zejména o těkavější látky ze skupiny polycyklických
aromatických uhlovodíků (PAHs; acenaftylen - pyren), polychlorovaných bifenylů
(PCBs), organochlorových pesticidů (OCPs) a jiných sloučenin. Méně těkavé látky
(např. vysokomolekulárních PAHs) jsou na PUF disku rovněž zachycovány, avšak v
menší míře (sorbované na usazených prachových částicích) ve srovnání s metodou
aktivního vzorkování (viz níže metoda přepočtu).
Výsledky projektu byly použity i v publikaci (mezinárodní časopis Atmospheric
Environment), která se věnuje hodnocení koncentrace polutantů v ovzduší novou
kombinovanou metodou měření pasivními vzorkovači a rozptylového modelování s
GIS (Geografický Informační Systém) a je zde prezentován jako vhodný nástroj pro
dlouhodobé hodnocení stavu kvality ovzduší [11]. Tento další inovativní přístup lze v
rámci této metodiky pasivního vzorkování úspěšně aplikovat v reálných studiích.
4.1 Přepočet výsledků
Přepočet výsledků pasivního vzorkování získaných ve formě hmotnosti
polutantu na vzorkovacím médiu za časové období (obvykle v jednotkách
ng/PUFdisk za expoziční čas) na výsledky v jednotkách v ng/m3 byl proveden s
využitím fyzikálně-chemického modelu centra Environment Canada a také s využitím
pilotních kalibračních studií tohoto projektu TA ČR. Tento přepočet přináší
interpretační možnost porovnání těchto koncentrací s výsledky měření aktivními
vzorkovači. Výsledný postup přepočtu je integrální součástí datového repozitáře
Genasis (www.genasis.cz). Model je látkově specifický a zohledňuje meteorologické
26
charakteristiky po dobu vzorkování (teplota, množství prachových částic v atmosféře
a obsah organické složky prachu) [12]. V případě, kdy hodnoty uvedených
charakteristik nejsou pro konkrétní měření známy, jsou pro přepočet využity
doporučené implicitní (průměrné) hodnoty.
Uvedený model je látkově specifický – tj., pro každý polutant počítá odhad
rozdělovacího koeficientu KPUF-AIR mezi vzduchem a vzorkovacím médiem (PUF
diskem). Výpočet KPUF-AIR probíhá různým způsobem v závislosti na charakteru látky
a očekávané závislosti KPUF-AIR na teplotě. Navíc zohledňuje výpočet KPUF-AIR vlastní
hustotu vzorkovacího média.
Dalším krokem, podstatným především pro látky vázané ve větší míře na
atmosférické částice, je určení rozdělovacího koeficientu Φ mezi plynnou a
prachovou frakcí. Zde jsou vstupními parametry opět teplota, koncentrace PM10
v atmosféře a podíl organické frakce částic (ten je obvykle v korelaci s podílem
organického uhlíku). Výpočet je v tomto kroku opět specifický pro různé skupiny
látek.
Ve výsledném kroku jsou vypočítané hodnoty KPUF-AIR a Φ použity pro finální
výpočet adsorpční funkce (adsorpční křivka čas × hmotnost adsorbovaného
polutantu) a odhadu teoretické vzorkovací rychlosti (tj. teoretický objem vzduchu,
který projde skrz sběrné médium za jednotku času) za znalosti doby vzorkování
(obvykle 28 dnů), objemu (0,210 l) a celkového povrchu (0,0370 m2) vzorkovacího
média, tloušťky adsorpční vrstvy/filmu (5,67 mm) při jeho povrchu a vstupní
vzorkovací rychlosti [10].
Klíčovým parametrem celého výpočtu je pak poměr efektivity vzorkování
plynné a prachové frakce pasivními vzorkovači značený r. Z pokračujících měření
[15] vyplývá, že hodnota r je závislá především na tvaru (kovové) schránky
vzorkovače, velikosti otvorů schránky a jejích schopností zpomalovat vzdušné
proudění skrze vzorkovací médium. Pro pasivní vzorkovače MONET je dlouhodobě
používána hodnota r = 0,1, tedy 10% účinnost vzorkování prachové frakce ve
srovnání s plynnou [15].
27
Výsledná teoretická vzorkovací rychlost se na lokalitách v ČR pohybuje
zhruba v rozmezí 4,4 m3d-1 v chladnějším období až po 1,1 m3d-1 v teplejším období
pro PCBs a OCPs a 3,7 m3d-1 v chladnějším období až po 0,93 m3d-1 v teplejším
období pro PAHs. Hodnota vzorkovací rychlosti je tedy specifická pro polutant,
lokalitu a čas a výsledná hodnota vzdušné koncentrace je získána vydělením
výsledku z pasivního vzorkování (hmotnost na PUF disk a den) vzorkovací rychlostí
(m3 na PUF disk a den).
Fyzikálně-chemický model je veřejně dostupný pro přepočet ve formě xls
šablony [14], podrobnější popis a ověření přesnosti modelu na referenční lokalitě
Košetice je obsahem článku [6].
5 Popis novosti a uplatnění metodiky
Zde uvedená metodika pasivního vzorkování volného ovzduší včetně jejího
popisu, konstrukčního provedení, detailů její aplikace v reálných odběrech,
zpracování odebraných vzorků včetně popisu následných chemických analýz a
interpretací výsledků přináší komplexní nový nástroj pro hodnocení vývoje
koncentrací POPs v ČR. Novost metodiky spočívá právě v komplexnosti všech na
sebe navazujících procesů, které jsou popsány v předcházejících kapitolách.
Metodika je výstupem dlouhodobého výzkumu Centra.
Metodika popisující princip pasivního vzorkování má široké uplatnění, protože
poskytuje přesný návod jak pracovat s pasivním vzorkovačem volného ovzduší
využívajícím polyuretanovou pěnu PUF (PUF disk) a je ověřeným a vhodným
nástrojem k vytvoření a provozování monitorovací sítě.
Tyto detailní informace o postupu metodického provedení pasivního
vzorkování volného ovzduší budou cíleně uplatněny pro plnění Národního
implementačního plánu Stockholmské úmluvy v rámci závazků ČR. Konečným
uživatelem výsledků použití této metodiky budou především odbory MŽP ČR a
odborná veřejnost. Navíc tento princip pasivního vzorkování je doporučovaný pro
realizaci Globálního monitoringu POPs. Tato metodika je již nyní aktuálně uvedena
28
jako nástroj pro hodnocení vývoje hladiny POPs v ovzduší v rámci dokumentu
"Koncepce monitoringu perzistentních organických polutantů a zpracování a využití
dat o POPs v ČR". Ověřená monitorovací síť může být provozována dlouhodobě
podle potřeb MŽP souvisejících s plněním závěrů mezinárodních úmluv a dohod o
chemických látkách.
29
6 Literatura
1. Tremolada, P., Burnett, V., Calamari, D., Jones, K. C. (1996): Spatial Distribution of
PAHs in the UK Atmosphere Using Pine Needles. Environmental Science &
Technology 30, 3570-3577.
2. Shahir, U.M., Li, Y.H., Holsen, T.M., 1999. Dry deposition of gas-phase polycyclic
aromatic hydrocarbons to greased surrogate surfaces. Aerosol Science and
Technology 31, 446-455.
3. Peters, A.J., Lane, D.A., Gundel, L.A., Northcott, G.L., Jones, K.C., 2000. A
comparison of high volume and diffusion denuder samplers for measuring semivolatile
organic compounds in the atmosphere. Environmental Science & Technology 34,
5001-5006.
4. Wennrich, L., Popp, P., Hafner, C., 2002. Novel integrative passive samplers for the
long-term monitoring of semivolatile organic air pollutants. Journal of Environmental
Monitoring 4, 371-376.
5. Harner, T., Farrar, N. J., Shoeib, M., Jones, K. C., Gobas, F. A. P. C. (2003):
Characterization of Polymer-Coated Glass as a Passive Air Sampler for Persistent
Organic Pollutants. Environmental Science & Technology 37, 2486-2493.
6. Holt, E., Borůvková, J., Kalina, J. Melymuk,. L., Bohlin, P., Klánová, J. (2015).
“Comparison of two common methods to determine the air concentrations of semivolatile
organic compounds (SVOCs) from passive sampler measurements”
(klanova@recetox.muni.cz).
7. Čupr, P., Prokeš, R., Sáňka, O., Přibylová, P., Bednářová, Z., Borůvková, J.,
Chropeňová, M., Šebková, K., Václavíková, J., Vaňková, L., Kalina, J., Audy, O.,
Kalábová, T., Holoubek, I., Klánová, J.: Časové a prostorové hodnocení koncentrací
perzistentních organických polutantů ve volném ovzduší ČR. Specializované mapy s
odborným obsahem (Nmap). Masarykova univerzita, RECETOX. RECETOX REPORT
No. 546. Říjen 2015.
30
8. Harner, T.; Pozo, K.; Gouin, T.; Macdonald, A. M.; Hung, H.; Cainey, J.; Peters, A.
Global pilot study for persistent organic pollutants (POPs) using PUF disk passive air
samplers. Environmental Pollution 2006, 144, 445-452.
9. Harner, T.; Bartkow, M.; Holoubek, I.; Klanova, J.; Wania, F.; Gioia, R.; Moeckel, C.;
Sweetman, A. J.; Jones, K. C. Passive air sampling for persistent organic pollutants:
Introductory remarks to the special issue. Environmental Pollution 2006, 144, 361-364.
10.Klánová, J.; Čupr, P.; Kohoutek, J.; Hamer, T. Assessing the influence of
meteorological parameters on the performance of polyurethane foam-based passive
air samplers. Environmental Science & Technology 2008, 42, 550-555.
11.Sáňka, O., L. Melymuk, P. Čupr, A. Dvorská and J. Klánová (2014). "Dispersion
modeling of selected PAHs in urban air: A new approach combining dispersion model
with GIS and passive air sampling." Atmospheric Environment 96: 88-95.
12.Harner, T. et al., 2006. "Passive air sampling for persistent organic pollutants:
introductory remarks to the special issue." Environmental pollution (Barking, Essex :
1987), 144(2), pp.361–4.
13.Hijmans, R.J., S.E. Cameron, J.L. Parra, P.G. Jones and A. Jarvis, 2005. "Very high
resolution interpolated climate surfaces for global land areas. " International Journal of
Climatology 25: 1965-1978.
14.Harner, T. 2015_v1_1_Template for calculating PUF and SIP disk sample air
volumes_March 27_2015. ResearchGate. Available at:
https://www.researchgate.net/publication/274082300_2015_v1_1_Template_for_calcul
ating_PUF_and_SIP_disk_sample_air_volumes_March_27_2015
DOI: 10.13140/RG.2.1.2819.2807 [Accessed September 30, 2015].
15.Markovic, M. Z. et al. Evaluation of the particle infiltration efficiency of three passive
samplers and the PS-1 active air sampler. Atmospheric Environment, 112, pp. 289-
293.