Passieve bemonstering

Een passive sampler bevat een membraan met daarin een sorbtiemiddel (Engels: sorbent), een chemische stof waaraan verontreinigingen in het water zeer goed binden. Een passive sampler verzamelt dus geen watermonsters, maar bindt de stoffen in het water aan zichzelf. Nadat de passive sampler uit het water is gehaald, wordt de inhoud ervan geanalyseerd in een laboratorium. De massa van gebonden stoffen in de passive sampler zijn terug te rekenen naar de concentratie in het water gedurende de bemonsteringsperiode. Sorbtiemiddel Het sorbtiemiddel is een (kunst)stof die verontreinigingen in het water zeer gemakkelijk aan zich bindt. De samenstelling van de passive sampler en het type sorbtiemiddel zijn afgestemd op de te meten stoffen of stofgroepen. Voorbeelden zijn: Polar organic chemical integrative sampler (POCIS) voor goed oplosbare organische microverontreinigingen, zoals pesticiden en medicijnresten. Semipermeable membrane devices (SPMD) voor minder goed oplosbare organische microverontreinigingen, zoals PAK. Stabilized liquid membrane devices (SLMD) voor metaalionen. 'Kinetic mode' en 'equilibrium mode' Als een passive sampler in het water zit, neemt in het sorbtiemiddel de concentratie toe van verontreinigingen die zich in het water bevinden. Dit opnameproces ('kinetic mode') gaat door totdat een evenwicht ('equilibrium mode') is bereikt tussen de concentratie in het sorbtiemiddel en in het water. Hoe snel de massa geaccumuleerde verontreinigingen in de sampler gedurende de kinetic mode toeneemt, hangt onder meer af van: de concentratie van de verontreinigende stof in het water; de matrix van andere verontreinigingen in het water; de turbulentie in het water in de directe omgeving van de passive sampler; de opnamesnelheid van het sorbtiemiddel; de aanwezigheid van biofilm of andere vervuiling op het membraan. In stagnant of langzaam stromend water beperkt de uitwisselingsweerstand in de waterlaag direct grenzend aan de passive sampler de opnamesnelheid van verontreinigingen in de kinetic mode (membrane controlled kinetics). Aangroei van biofilm of andere verontreinigingen op de passive sampler kunnen de opnamesnelheid verder beperken. In snelstromend water met veel turbulentie (bijvoorbeeld in water dat over een overstort stroomt) is niet de grenslaag maar de capaciteit van het sorbtiemiddel zelf beperkend voor de opnamesnelheid (sorbent controlled kinetics). Nadat de equilibrium mode is bereikt, is de opgenomen hoeveelheid verontreinigende stof in de passive sampler voornamelijk afhankelijk van de concentratie verontreinigingen in het water, de overige aspecten zijn dan minder belangrijk. In de kinetic mode geeft de massa verontreinigende stof in de passive sampler een maat voor de tijdgewogen gemiddelde concentratie in het water over de periode dat de sampler in het water zat. Als de equilibrium mode is bereikt, geeft de massa verontreinigende stof in de sampler een maat voor de concentratie op het moment dat de sampler uit het water wordt verwijderd. De massa geaccumuleerde stof in de kinetic mode geeft dus potentieel meer informatie over de historische, tijdgemiddelde concentratie in de bemonsteringsperiode dan in de equilibrium mode, maar de terugrekening naar concentraties in de kinetic mode is wel ingewikkelder (tijdafhankelijk en niet lineair). Om de concentratie in het water op basis van de geaccumuleerde massa in de passive sampler te bepalen, hebt u (bij voorkeur lokale) ijkwaarden van geanalyseerde watermonsters nodig. Aandachtspunten bij toepassing van passive samplers Passive samplers kunt u in oppervlakte-, riool- en hemelwater toepassen. Aandachtspunten daarbij zijn: Passive samplers kunnen continu monitoren en ook gebeurtenissen detecteren die er bij periodieke (laagfrequente) monstername 'tussendoor glippen'. De passive sampler moet voortdurend onder water (of minimaal vochtig) blijven, uitdroging is slecht voor de sampler. De bemonsteringsperiode moet lang genoeg zijn om een detecteerbare hoeveelheid verontreinigingen in de passive sampler te laten accumuleren. Reken in water met hoge concentraties verontreinigingen (overstortwater) op een bemonsteringsperiode van minimaal een half uur, voor oppervlaktewater is een periode van meerdere dagen tot weken gebruikelijk. Bij een sterk fluctuerend debiet kunt u niet zomaar een passive sampler toepassen. De geaccumuleerde vervuiling in een passive sampler (in kinetic mode) geeft een maat voor een tijdgemiddelde concentratie. Stel dat u de sampler zou gebruiken om bijvoorbeeld de kwaliteit van afstromend hemelwater in een verdronken hemelwaterstelsel te bepalen. Dan zou dat een sterk vertekend resultaat kunnen opleveren, omdat het grootste deel van de tijd geen hemelwater wordt afgevoerd maar zich wel verontreinigingen ophopen in de passive sampler. Figuur A Opstelling met drie passive samplers op een overstortdrempel (Bron: Mutzner et al., 2019) Vergroot afbeelding Mutzner et al. (2019)1 beschrijft een toepassing van passive samplers om riooloverstorten te monitoren. Hierbij is de sampler op de riooloverstort gemonteerd (zie figuur A). Om de sampler tot het moment van overstorting niet te laten uitdrogen, is deze bevestigd in een ondiep (enkele mm) rvs-reservoir met ultrapuur water. Alleen gedurende de overstorting komt de passive sampler in direct contact met het rioolwater. De geaccumuleerde verontreiniging in de sampler geeft een redelijke (tijdgemiddelde) schatting van de concentratie in het overstortende water. De concentraties afgeleid van een passive sampler zijn minder betrouwbaar dan die van geanalyseerde watermonsters, met afwijkingen van een factor 0,4 tot 3. Passive samplers zijn daardoor minder geschikt wanneer u nauwkeurige resultaten wilt. Gebruik per meting bij voorkeur het gemiddelde resultaat van meerdere (twee of drie) passive samplers. Dit verhoogt de betrouwbaarheid van het resultaat en verkleint de invloed van incidenten die de meting kunnen verstoren, zoals vervuiling of aangroei die de sampler blokkeert. Meer aanwijzingen voor passieve bemonstering in oppervlaktewater vindt u in de NEN-EN-ISO 5667-23:2011 Water - Monsterneming - Deel 23: Richtlijn voor passieve monsterneming in oppervlaktewater. Er is geen actuele NEN- of ISO-norm voor het gebruik van passive samplers in rioolstelsels. 1 Lena Mutzner, Etiënne L. M. Vermeirssen, Simon Mangold, Max Maurer, Andreas Scheidegger, Heinz Singer, Kees Booij, Christoph Ort, 2019. Passive samplers to quantify micropollutants in sewer overflows: accumulation behaviour and field validation for short pollution events. Water Research 160 (2019) 350-360.