Fuel Fluorescence Detector

Details

Last Updated: Friday, 25 February 2022 15:32

Published: Friday, 06 March 2020 14:47

Tillämpning
Tekniska principer
Utvärdering av resultat
Kvalitetskritiska faktorer
För- och nackdelar
Att tänka på
Referenser

Tillämpning

En Fuel Fluorescence Detector (FFD-sond) används för detektion organiska föroreningar med omättade bindningar (främst aromater/PAH samt fleromättade alifater). Vid fältundersökningar drivs FFD-sonden ned i jordprofilen med hjälp av en borrigg. Metoden kan dock vara svår att utföra i jordar med större stenar eller block då sonden är stötkänslig och därför inte kan slås ned i marken utan måste tryckas ned.  FFD-sondering går därför i allmänhet bra att utföra i lera, silt och sand, men ju grövre jordarter desto bättre respons ger detektorn. En borrbandvagn med stor tryckkraft är en förutsättning för ett lyckat sonderingsresultat. Maximal belastning på sonden är ca 20 ton tryckkraft vilket är långt större än kapaciteten för de flesta borrbandvagnar som används vid miljötekniska undersökningar i Sverige.

FFD inducerar och detekterar fluorescens främst från aromatiska kolväten vilket gör det möjligt att påvisa föroreningar av till exempel eldningsolja, diesel eller tjärprodukter. Fluorescensen från aromatiska kolväten på olika djup registreras av en dator (se Figur 1). Metoden utgör ett komplement till Membrane Interphase Probe (MIP-sonden) som i huvudsak registrerar volatila eller semivolatila föreningar i djupled. Vid kartläggning av t.ex. kreosot- och petroleumföroreningar kan därför en kombination av FFD-sond och MIP-sond vara användbar.

En stor mängd mätdata erhålls då sonden drivs ned i marken. Genom  3D-visualisering av föroreningssituationen i det aktuella området kan fortsatta provtagningar anpassas efter den visualiserade föroreningssituationen.

Verifierande laboratorieanalyser behövs för att klarlägga om föroreningsnivåerna över- eller underskrider gällande rikt- och gränsvärden. (1)(2)

Se även generell info om undersökningar med borrbandvagn och provtagning av jord.

Figur 1. FFD sonden med CPT sensor, dataloger och fältdator. Källa SGI 2008.

Tekniska principer

Den bakomliggande principen för FFD-sonden är detektion av ämnesspecifik fluorescens inducerad av UV-ljus. Föroreningar med två eller flera aromatiska ringar, t.ex. polyaromatiska kolväten, lämpar sig särskilt väl för metoden. I FFD-sonden sitter en kvicksilverlampa alternativt en UV-LED-lampa som emitterar UV-ljus. UV-ljuset innehåller så pass mycket energi att elektronerna i atomernas elektronskal exciteras. När den exciterade atomen faller tillbaka till sitt ursprungliga läge emitteras fluorescens med en specifik våglängd och intensitet beroende på ämne och koncentration. Koncentrationen av de detekterade ämnena registreras av en fotocell (se Figur 2 för exempel på resultat).

Föroreningar med innehåll av PAH, t.ex. i kreosot och andra tjärprodukter och föroreningar av monoaromatiska kolväten, vilka förekommer i fossila drivmedel, fluorescerar i två olika våglängdsområden: >475 nm respektive 280–450 nm. Fluorescensen i de två olika våglängdsområdena gör det möjligt att avgöra om det är lätta aromatiska kolväten, som finns i t ex bensin eller diesel, eller tunga aromatiska kolväten, som förekommer i t ex kreosot. (3)(4)(5)(6)

FFD-sonden kan även utrustas med mätinstrument för registrering av grundvattenförhållanden och geotekniska förhållanden som exempelvis portryckstrycksond och spetstryckssond (1).

Figur 2. Exempel på resultat från sondering med FFD-sond. Diagrammet HFFD indikerar förekomst av tunga medan diagrammet LFFD indikerar förekomst av lättare petroleumprodukter inom djupintervall mellan 0,5 m och 1,5 m. Samtidigt registreras jordens mekaniska(neddrivningsmotstånd) och hydrogeologiska (portryck) egenskaper och det görs en direkt tolkning av lagerföljden. (Källa SGI 2008).

Utvärdering av resultat

UV-fluorescensen loggas direkt vid neddrivning av FFD-sonden. Med lämplig programvara skapas sedan en tredimensionell bild av föroreningssituationen i området.

Då föroreningskoncentrationen som registreras av FFD-sonden är semikvantitativ måste resultaten kalibreras mot laboratorieanalyser från representativa punkter i området. Hänsyn måste tas till typ av jordart vid utvärdering av föroreningsutbredning i undersökningsområdet eftersom signalresponsens styrka varierar beroende på jordart. (1)(2)

Kvalitetskritiska faktorer

Detektionsgränsen för FFD-sonden är uppskattningsvis mellan cirka 2 – 20 ppm (mg/l) i grundvatten och cirka 50 – 200 ppm (mg/kg) i jord (2). Den förhållandevis höga detektionsgränsen i grundvatten innebär att FFD-sonden inte kan användas för att utesluta förekomst av t.ex. petroleumrelaterad förorening i grundvattenzonen, ej heller för att avgöra om PAH föreligger i halter underskridande grundvatten- och/eller dricksvattenkriterier.

Vissa mineraler, som exempelvis kalcit, fluorescerar vid UV-belysning vilket kan resultera i falsk positiv respons och en överskattning av föroreningsinnehållet.

Metoden ger olika respons beroende på typ av jordart i undersökningsområdet. Vid undersökningar i finpartikulära jordarter som lera och silt ger exempelvis metoden en sämre respons. Vid behov kan geofysisk undersökning eller provtagning med skruvborr genomföras för att kartlägga jordarterna innan FFF-undersökning.

Mätning kan inte utföras i ytliga jordlager som inte är fullständigt avskärmade från sol-/UV-/dagsljus då resultatet påverkas av UV-strålning.

För- och nackdelar 

Fördelarna med FFD-sondering är bl.a.:

• Ger stor mängd mätdata som kan användas för 3D-visualisering av föroreningssituationen i det aktuella området.

• Utbredningen av fri fas av t.ex. tjärprodukter och/eller tyngre petroleumkolväten kan kartläggas relativt väl.  

Nackdelarna med FFD-sondering är bl.a.:

• Olika respons beroende på typ av jordart i undersökningsområdet.
• Mätningar nära markytan som störs av UV-strålning från dagsljus kan inte utföras.
• Vissa mineraler ge en överskattning av föroreningsinnehållet.

Att tänka på inför FFD-sondering

Inför en FFD-sondering är det viktigt att bl.a. ställa sig följande frågor

• Vilka ämnen/ämnesgrupper är av intresse att undersöka i den aktuella jordprofilen? Är ämnena/ämnesgrupperna av de slag (aromatiska kolväten) att de kan detekteras med FFD-sondering?

• Syftar undersökningen enbart till att kartlägga utbredningen av tyngre oljekolväten och/eller tjärprodukter, eller kan det även finnas anledning att undersöka utbredningen av volatila och semivolatila kolväten? FFD-sonden har en begränsad användbarhet och är i stort sett endast tillämpbar för att kartlägga utbredningen av monoaromater och polyaromater.

• Klarar sonden att tränga ned i jorden i provtagningsområdet (är jordarterna leriga, siltiga eller sandiga)?

Referenser/lästips

(1) 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.
(2) SGI. (2008). Bättre markundersökningar. Delprojekt 1 - In situ-metoder för undersökningar av förorenad mark Statens geotekniska institut. ISSN:1100-6692
(3) USEPA. (2004). Site Characterization Technologies for DNAPL Investigations. EPA 542-R-04-017
(4) USEPA. (2016a). The Contaminated Site Clean-Up Information (CLU-IN) Web Site. https://clu-in.org.
(5) USEPA. (2016b). Triad Resource Center Web Site. www.triadcentral.org.
(6) 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