TECHNIEKSHEET

Onderzoekstechniek: (Tijdgewogen) diffusie en sorptie monsterneming

Versie: November 2016

[Naar zoekapplicatie]

Samenvattende omschrijving techniek (gebaseerd op praktijkervaring van onafhankelijk techniekexpert)

Bij (tijdgewogen) diffusie en sorptie monsterneming vindt monstername plaats door natuurlijke of geforceerde stroming van het te bemonsteren medium langs het monsternamesysteem. Als het medium op deze wijze langs het systeem stroomt, kunnen bepaalde stoffen door het systeem worden ingevangen. Er zijn twee soorten systemen te onderscheiden die ieder op een andere wijze de te bemonsteren stoffen preferent uit het medium invangen:

• Een diffussiesysteem bestaat uit een membraan dat preferent bepaalde stoffen doorlaat en accumuleert;
• Een advectief sorptiesysteem bevat sorptiematerialen die stoffen adsorbeert die zich verplaatsen door doorstroming.

Nb Er zijn ook hybride systemen waarin deze twee varianten gecombineerd voorkomen.

Afhankelijk van het gekozen systeem kan deze op een bepaalde wijze in het te bemonsteren medium worden geplaatst. Dit medium kan grondwater, oppervlaktewater of (bodem)lucht zijn.

Zodra het systeem met het te bemonsteren medium in contact is gebracht, zullen bepaalde stoffen uit het medium zich verzamelen in de diffusiecel en/of zich hechten aan het sorptiemateriaal. Nadat het monsternamesysteem uit het medium is gehaald kan het systeem naar een laboratorium worden gebracht. Hier kan de hoeveelheid bemonsterde verontreinigende stoffen uit het materiaal worden gehaald en geanalyseerd. Afhankelijk van het volume medium dat gedurende de monstername langs of door het systeem is gestroomd, kan de laboratoriumanalyse worden vertaald naar een concentratie van de verontreinigende stoffen in het medium.

Algemene informatie (gebaseerd op informatie van techniekaanbieder)

Naam

(Tijdgewogen) diffusie en sorptie monsterneming

Er zijn verschillende varianten (zie [Plus/Min-tabel: Tijdgewogen diffusie en sorptie monsterneming] en merknamen op de markt. Er kan onderscheid worden gemaakt in (tijdgewogen) diffusie- en doorstroming (advectief transport) gestuurde varianten.

Meeteenheid en parameter

Massa stof (µg) of concentratie stof (µg/L).

Voor concentratiebepalingen moet bij diffusie systemen over het algemeen berekend worden met welk volume grondwater het monstername systeem in contact is geweest. Bij advectieve systemen wordt het monstervolume direct gemeten. Zie ook onder ‘nauwkeurigheid’.

Bodemfase

Aard techniek

Plaats van toepassing

Detectiewijze

Toepasbaar in afzonderlijke lagen

Minimale dikte laag: 30 cm

Bodemtypen waarvoor techniek geschikt is

Landbodem/waterbodem

Stap in keten van dataverzamelen

Moment van beschikbaarheid resultaten

Ontwikkelingsfase techniek

Wijze van inkopen

Algemene omschrijving uitvoeringswijze

Het systeem wordt in een peilbuis met filter of in open water gehangen, waarna door diffusie en adsorptie een monster wordt genomen. Ook kan het systeem aan lucht worden blootgesteld. Het zo verkregen monster wordt in het laboratorium geanalyseerd.

Werkingsprincipe

Diffusiesystemen
Bij diffusiesystemen zijn twee varianten te onderscheiden:

• Evenwichtssamplers (tijdgewogen diffusie): Diffusie vindt plaats door een verschil in concentratie verplaatsen stoffen van de bodem naar het apparaat, tot de concentratie uiteindelijk gelijk is.
• Niet-evenwichtssamplers (niet-tijdgewogen diffusie): er vindt diffusie plaats van de te bemonsteren stoffen door een membraan. Doordat de diffusie niet concentratiegestuurd is, fungeert de sampler als een “infinite sink”.

Sorptiesystemen
Door advectief transport (doorstroming) verplaatsen de te bemonsteren stoffen zich langs het sorptiemateriaal van het systeem. Adsorptie vindt plaats doordat het adsorptiemateriaal deze stoffen aantrekt. Deze stof bindt zich dan aan het adsorptiemateriaal. Het uitspoelen van een spoorstof wordt dan middels oplosbaarheid vertaald naar het monstervolume.

Punt / lijnmeting / volumemeting

Technische specificaties

(w.o. nauwkeurigheid)

De nauwkeurigheid van de gemeten concentratie is stofafhankelijk en hangt af van de hoeveelheid medium dat door het systeem heen stroomt en de gebruikte laboratoriumtechniek. Zie ook [Plus/Min-tabel: Tijdgewogen diffusie en sorptie monsterneming].

Naast de systeemnauwkeurigheid is deze bij bepaalde systemen ook afhankelijk van de nauwkeurigheid waarmee het volume medium dat in contact met het systeem is geweest kan worden vastgesteld. Hiervoor zijn de volgende mogelijkheden:

• Bij sorptiesystemen (advectie gestuurde variant) wordt het monstervolume bepaald door de mate van uitspoeling van tracer/zout en tevens het verzamelde water in monstersysteem.
• Bij diffusie gestuurde varianten die erop zijn gebaseerd dat evenwicht optreedt tussen de het monster en het medium is geen volumebepaling nodig.
• Bij een andere diffusie gestuurde varianten of wordt het monstervolume berekend middels een tussenstap aan de hand van (gekalibreerde) diffusieconstanten.

Het artikel van Demougeot-Renard et al. gaat meer in detail in op de (verschillen in) nauwkeurigheden (kwalitatief / kwantitatief) en in welke mate het van belang is voor de resultaten (concentratie). De toepassing van de methoden laten ook gestandaardiseerde veldprocedures en laboratoriumanalysen toe zodat reproduceerbaar gemeten kan worden.

Typisch dieptebereik

0,5-30 m

Tijdeigenschappen

Afhankelijk van het apparaat, doorlatendheid van de bodem en de te analyseren stof variërend van 15 minuten tot jaren.

Meetsnelheid

20-30 toestellen kunnen per dag worden geïnstalleerd, het kost een halve dag om deze weer in te nemen. Zie tijdeigenschappen voor de monsternamesnelheid. Daarna vindt analyse van een systeem plaats in een laboratorium wat één tot enkele dagen kan duren.

Presentatie resultaten

Laboratoriumcertificaat met massa stof aangetroffen in het systeem. Als het volume medium bekend is dat langs het systeem is gestroomd kan dit worden omgerekend naar een tijdgemiddelde concentratie aan verontreinigende stoffen. Voor advectieve systemen geldt dat zowel de gesorbeerde massa als de stofconcentratie wordt gerapporteerd.

Kosten

Variërend van tientallen tot honderden euro’s. In de [Plus/Min-tabel: Tijdgewogen diffusie en sorptie monsterneming] zijn de kosten voor verschillende systemen aangegeven.

Trends en ontwikkelingen

Ontwikkeling in het meten van een directe massaflux.

Illustratie

[Figuur]

Gebruikersinformatie (gebaseerd op praktijkervaring van onafhankelijk techniekexpert)

Beschikbaarheid

Wordt techniek vaak toegepast?

Onderzoeksfase waarin techniek toepasbaar is

Verificatiemetingen / ijkmetingen

Veel gebruikte toepassing in praktijk

Monitoren grondwaterverontreiniging met een gemiddelde waarde over een langere tijd. Immers het systeem kan voor langere tijd in het te bemonsteren medium worden geplaatst.

Geschiktheid

• Monitoring van lucht of (grond)waterkwaliteit;
• Bepalen van gemiddelde grondwater of luchtkwaliteit over relatief langere tijd. Gedurende de monsternameperiode vindt geen verstoring van het medium plaats;
• Bij sterk fluctuerende concentraties wordt met één monsternameronde een tijdgemiddelde concentratie van stoffen in het medium gegeven en daarmee een meer representatief beeld van de concentratie. In tegenstelling tot actieve sampling (klassieke monstername) wordt geen momentopname van de concentratie gegeven waarbij onderzoek naar de fluctuaties alleen mogelijk is na het uitvoeren van meerdere meetronden.

Praktijkervaringen in Nederland

Monitoring van:

• Stortplaatsen;
• Saneringen;
• Grondwaterkwaliteit bij Gebiedsgericht grondwaterbeheer (Ggb);
• Grondwaterkwaliteit bij drinkwaterwinning.

“Do's“

• Het juist plaatsen van de peilbuis, en hiermee een natuurlijke en betrouwbare doorstroming van de filterbuis, is in sterke mate bepalend voor de betrouwbaarheid waarmee de concentraties in het grondwater kunnen worden gemeten(aangegeven).
• Bij advectieve samplers is van belang dat de doorstroomsnelheid wordt gecontroleerd, bijvoorbeeld op grotere diepte door middel van capilairs.
• Controleer de patronen op doorslag.

“Don'ts “

Foute afstelling van het systeem in het filtersysteem.

Ook geschikt voor

• Controle afvalwater
• Metingen in dynamische omgevingen zoals rivieren. Bemonstering velddrains, oppervlaktewater en innamepunten voor drinkwater.

Achtergrondinformatie / Links

Bodemstandaard

NPR 5741

Literatuur

• New device and method for flux-proportional sampling of mobile solutes in soil and groundwater; H. de Jonge and G. Rothenberg, Environ. Sci. Technol., 2005, 39, 274-282. DOI: 10.21/es049698x
• McKernan, J. Joint ETV/NOWATECH verification protocol for the Sorbisense GSW40 passive sampler. 2009, U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC, EPA/600/R-09/030.
• Application and evaluation of a new passive sampler for measuring average solute concentrations in a catchment scale water quality monitoring study, Rozemeijer et al., Environ. Sci. Technol., 2010, 44, 1353-1359.
• Passive Samplers for Monitoring VOCs in Groundwater and the Prospects Related to Mass Flux Measurements; 2010, G Verreijdt et al. Ground Water Monitoring & Remediation 30, no. 2: 114–126
• Integrative passive samplers to detect chlorinated hydrocarbons contamination in karst, H. Demougeot-Renard et al. Springer, Advances in Karst Science, 2016 in Press.

Hyperlinks (internet)

Characterisation techniques

Groundwater quality measurement with passive samplers

Groundwater, soil, soil gas and indoor air characterization