VOC-porgas

OBS Remissversion - texterna är fortfarande under bearbetning och ska enbart ses som utkast. Finns det direkta fel? Hittar du enkelt det du vill, dvs är strukturen bra? Finns det ord/begrepp som behöver förklaras? Vi tar tacksamt emot förslag på ändringar/tillägg via e-post till This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. till och med sista april. Texterna kommer kontinuerligt att uppdateras och revideras och layouten förbättras. 

Tillämpning

Provtagning av porgas genomförs i den omättade zonen ovanför grundvattenytan. Gasprovtagningen kan genomföras via en porgassond installerad i den misstänkt förorenade jorden, eller i krypgrunden under en byggnad. Porgassonder kan också installeras via ett källargolv eller en bottenplatta under en byggnad som bedöms vara uppförd på ett förorenat markområde.

En porgasscreening av flyktiga organiska föroreningar (VOC) används för att utesluta eller påvisa förekomst av VOC i omättad zon. Syftet kan också vara att kartlägga utbredningen av VOC-föroreningar inom ett förorenat markområde, t.ex. inför exploatering.

VOC-provtagning av porgas bör alltid genomföras på ett sådant djup att inblandning av atmosfärisk luft undviks. Erfarenheter från bland annat radonmätningar i jord visar att minimidjupet ej bör underskrida 0,75 meter under markytenivån. Vid provtagning i mark innebär detta att ett provtagningsrör, oftast en sond i stål eller ett slitsat plaströr, drivs ned till önskat provtagningsdjup med hjälp av en borrigg eller manuellt.

Screeninganalysen kan antingen utföras direkt på den uppsugna porgasen genom att analys-instrumentet, t.ex. en infrarödspektrofotometer eller en masspektrometer, ansluts direkt till porgassonden (on-line-mätning). Alternativt kan adsorbentprovtagning utföras genom att porgasen pumpas via en adsorbent av aktivt kol eller porös polymer som därefter analyseras vid laboratorium.

Tekniska principer

Vid porgasscreening i realtid används portabla mätinstrument för att snabbt registrera förekomst och halt av VOC i proverna. Exempel på sådana instrument är halogenspecifik detektor (XSD), fotojonisationsdetektor (PID), flamjonisationsdetektor (FID), portabel gaskromatograf (fält-GC), portabel masspektrometer (fält-MS) och infrarödspektrofotometer (IR).

Vid den enklaste formen av VOC-screening kombineras 2-3 detektorer med respons för olika grupper av VOC. Detektorn suger in porgasen via en porgassond direkt i instrumentets gaskammare och mäter den totala halten av ämnen som registreras med aktuell detektor. Exempel på vanligt förekommande detektorer för VOC är XSD (Halogen Specific Detector), PID (Photo Ionization Detector) och FID (Flame Ionization Detector). Nedan beskrivs kortfattat funktionen hos respektive typ av detektor:

  • En XSD (halogenspecifik detektor) detekterar halogenerade ämnen genom att registrera förändringar/minskningar i elektronflödet när t.ex. klorerade lösningsmedel som trikloreten, tetrakloreten och dikloreten föreligger i den insugna porgasen. Även ECD (Electron Capture Detector) och DELCD (Dry Electrolytic Conductivity Detector) är exempel på detektorer som kan användas för att påvisa förekomst av halogenerade ämnen.
  • En PID (fotojonisationsdetektor) registrerar VOC som joniseras av en UV-lampa med en specifik joniseringsenergi, vanligen 10,6 eV. Exempel på ämnen som kan joniseras av UV-strålning är vinylklorid, dikloreten, trikloreten och flyktiga monoaromater som bensen, toluen, etylbensen och xylen.
  • FID (flamjonisationsdetektor) är en detektor som joniserar gasen genom förbränning i en vätgaslåga och som främst används för detektion av mycket flyktiga petroleumrelaterade kolväten som t.ex. enkla alkaner (metan, etan, propan m.fl.) och motsvarande cykloalkaner, vilka har en joniseringsenergi som är alltför hög för att kunna detekteras av en PID.

Ovan redovisade detektorer kan inte särskilja på specifika ämnen i gasfasen, utan resultatet visas som den totala halten av joniserbara ämnen med aktuell detektor. Ämnen med låg flyktighet som PAH, pentaklorfenol och tyngre alifater kan överhuvudtaget inte påvisas med XSD, PID eller FID.

Mer avancerade screeninginstrument utgörs av gaskromatograf och/eller masspektrometer för fältbruk. Dessa kräver som regel någon form av provtagnings- och/eller extraktionsförfarande, vilka närmare beskrivs i avsnitt…..

Infrarödspektrofotometri bygger på att olika VOC absorberar infrarödstrålning av en specifik våglängd. Det infraröda våglängdsintervallet varierar mellan 700 nm och 1 mm. Mängden absorberad infraröd strålning beror på i vilken koncentration som ämnet förekommer. En infrarödspektro-fotometer kan anslutas direkt till en porgassond (on-line-mätning) och med hjälp av ett särskilt scanningprogram där instrumentet växlar mellan olika våglängdsintervall kan specifika VOC påvisas i porgasen.

En nackdel med infrarödspektrofotometri är att flertalet vanligt förekommande VOC uppvisar IR-absorbans inom ett relativt snävt våglängdsintervall, 3-11 µm. Flertalet enkla alkaner (metan, etan, propan m.fl.) absorberar IR-strålning vid samma våglängd (3,4 µm). Flertalet klorerade kolväten absorberar IR-strålning kring 11 µm. Även om infrarödspektrofotometri utgör en selektiv analysmetod kan kompletterande analyser med gaskromatografi eller masspektrometri behöva utföras för att klarlägga vilket eller vilka ämnen som ger utslag för den specifika våglängden.  

Multigasmätare är ett samlingsbegrepp för instrument som mäter flera olika gasformiga ämnen, exempelvis deponigasinstrument och PID kombinerad med detektor för infraröd strålning (IR-PID-instrument). Ett deponigasinstrument, ibland benämnt LFG-instrument (Landfill Gas Instrument), har i allmänhet både en IR-detektor och en elektrokemisk sensor eller paramagnetisk cell för mätning av syrgashalt och används för att registrera gasformiga ämnen från biologiskt nedbrytbart hushålls- eller industriavfall. Utöver syre mäter instrumentet koldioxid, metan och andra enkla alkaner. I ett IR-PID-instrument finns både en PID- och en IR-detektor vilket möjliggör en simultan mätning av VOC-halt och bestämning av koldioxid.

Utvärdering av resultat

Vid VOC-screening av porgas är det viktigt att klargöra mätinstrumentens användningsområden och begränsningar. Exempelvis kan inte en PID användas för mätning av specifika monoaromater eller en XSD för haltbestämning av specifika klorerade alifater. En betydande överlappning förekommer också mellan olika detektorer. Både en PID och en XSD förmår detektera klorerade kolväten. En FID indikerar liksom en PID förekomst av monoaromater.

Vid mätning med en infrarödspektrofotometer kan vissa ämnen absorbera IR-strålning vid samma våglängd vilket innebär att man måste ha en uppfattning om vilket eller vilka ämnen som kan förekomma i porgasen. Det kan t.ex. vara svårt att särskilja metan från övriga enkla alkaner/cykloalkaner. Det kan också vara svårt att särskilja olika klorerade alifater från varandra.

Vid adsorbentprovtagning av porgas för efterföljande analys med GC eller GC-MS måste en adsorbent som är lämplig för de VOC som förväntas föreligga i porgasen användas. Ibland kan flera olika adsorbenter behöva kombineras. För att kunna detektera och i möjligaste mån kvantifiera de ämnen som analyseras måste porgaspumpning via adsorbenten genomföras under ett lämpligt tidsintervall. En inledande mätning med PID, FID eller XSD kan användas för att bedöma detta tidsintervall. Tidsintervallet måste även meddelas laboratoriet för korrekt beräkning av föroreningshalten. Beträffande tolkning av analysdata från fält-GC eller fält-MS hänvisas till avsnitt…

Kvalitetskritiska faktorer

Provtagning bör inte genomföras på ett djup där det finns risk för att det använda mätinstrumentet eller adsorbentpumpen suger atmosfärsluft vilket kan innebära att uppmätta VOC-halter underskattas. För att säkerställa att atmosfärsluft inte tränger in kan mätning av syrgas- och/eller koldioxidhalten utföras med hjälp av ett LFG-instrument i samband med omsättningspumpning av provtagningsinstallationen.

För- och nackdelar 

Fördelar med VOC-screening är att den ofta är kostnadseffektiv och relativt snabbt ger en uppfattning om vilka grupper av VOC som föreligger inom det förorenade markområdet. Fältanalyser med t.ex. PID, FID, XSD och infrarödspektrofotometer kan genomföras omgående (on-line-mätning) vilket snabbt kan ge en överblick över föroreningssituationen avseende VOC i området.

En nackdel med metoden är att specifika ämnen inte alltid kan särskiljas och att kompletterande analyser, antingen i analyslaboratorium eller med fält-GC/fält-MS, efter föregående adsorbent- eller påsprovtagning då behöver utföras.

Att tänka på inför MIP-sondering

Inför en VOC-screening är det viktigt att bl.a. ställa sig följande frågor:

  • Vilka ämnen/ämnesgrupper är av intresse att undersöka i den aktuella jordprofilen? Är dessa av sådant slag att de kan detekteras med någon av de mätinstrument som avses användas?
  • Finns det anledning att undersöka VOC-förekomst på större djup i jordlagerföljden? (VOC-screening är i första hand en metod som tillämpas i den ytliga delen av den omättade zonen)
  • Är undersökningens syfte att klarlägga vilka VOC som föreligger i porgas eller är syftet enbart att verifiera, alternativt utesluta, förekomst av redan kända VOC i porgas?

Referenser/lästips

Bergqvist, C, Helldén, J, Pirard, E och von Heijne P. (2017): Dynamiska miljöundersökningsmetoder för förorenade områden. En översikt och metodbeskrivning. Svenska Geotekniska Föreningen, nr 3-2017.

Engelke, F., Norrman, J., Starzec, P., Andersen, L., & Grøn, C. (2009). Inventering av provtagningsstrategier för jord, grundvatten och porgas. Naturvårdsverket rapport 5894 (Hållbar sanering).

Helldén, J. (1991). Flyktiga organiska ämnen i förorenad jord. Metodik vid provtagning, analys och utvärdering. Byggforskningsrådet. Rapport R55:1991.

Levin, J.-O. (2000). Principer och metoder för provtagning och analys av ämnen på listan över hygieniska gränsvärden. Arbetslivsinstitutet. Rapport nr 2000:23.

USEPA (2009). Science report: Framework for the use of rapid measurement techniques (RMT) in the risk management of land contamination. ISBN 978-1-84432-982-3.

USEPA. (2016a). The Contaminated Site Clean-Up Information (CLU-IN) Web Site. https://clu-in.org. 

USEPA. (2016b). Triad Resource Center Web Site. www.triadcentral.org. 

USEPA. (2016c). United States Environmental Protection Agency Web Site. https://www.epa.gov/superfund/cleanup-optimization-superfund-sites. Hämtat från https://www.epa.gov/superfund/cleanup-optimizationsuperfund-sites