Kenttätyöskentely jätealueiden ja saastuneiden maa-alueiden tutkimuksissa. Vesi- ja ympäristöhallituksen koulutuspäivät Helsingissä 2.-3.5.1994

VESI- JA YMPARISTONALLITUKSEN MON

Nro 597

‘STt SARJA

KENTfÄTYÖSKENTELY JÄTEALUEIDEN JA

SAASTUNEIDEN MAA-ALUEIDEN TUTKIMUKSISSA Vesi— ja ympäristöhallituksen

koulutuspäivät Helsingissä 2.—3.5.1994

Toimittaneet

Helena Dahibo, Outi Pyy ja Tapio Strandberg

•L.

Nro 597

KEN1TÄTYÖSKENTELY JÄTEALUEIDEN JA

SAASTUNEIDEN MAA-ALUEIDEN TUTKIMUKSISSA Vesi— ja ympäristöhallituksen

koulutuspäivät Helsingissä 2.—3.5.1994

Toimittaneet

Helena Dahlbo, Outi Pyyja Tapio Strandberg

Vesi— ja ympäristöhallitus Helsinki 1994

Tekijät ovat vastuussa julkaisun sisällöstä eikä siihen voida vedota vesi— ja ympäristöhallituksen virallisena kannanottona.

Julkaisua saa vesi— ja ympäristöntutkimuslaitoksen maa—

ja jätelaboratoriosta.

ISBN 951—47—9763—9 ISSN 0783—3288

Vesi— ja ympäristöhallituksen monistamo Helsinki 1994

KUVAILULEHTI

Julkaisija

Vesi— ja ympäristöhallitus

Tekijä(t) (toimielimestä: nimi, puheenjohtaja, sihteeri) Helena Dahlbo, Outi Pyy ja Tapio Strandberg (toimittajat)

Julkaisun päivämäärä Joulukuu 1994

Julkaisun nimi (myös ruotsinkielinen)

Jätealueiden ja saastuneiden maa—alueiden tutkimuksiin liittyvä kenttätyöskentely (Fältarbete vid forskning av avfall— och förorenade jordområde)

Julkaisun laji Toimeksiantaja Toimielimen asettamispvm

Koulutusjulkaisu Julkaisun osat

Osa 1 Näytteenotto ja muu kenttätyöskentely s. 9—60

Osa II Kenttämittauksissa käytettäviä laitteita s. 61—99

Tlivistelmä

Julkaisu sisältää 2.—3.5.1994 Helsingissä pidetyn koulutustilaisuuden “Jätealueiden ja saastuneiden maa—alueiden tutkimuksiin liittyvä kenttätyöskentely” esitelmät.

Julkaisun ensimmäisessä osassa käsittellään jätealueiden ja saastuneiden maa—alueiden tutkimuksissa tarvittavan maaperä—, vesi— ja kaasunäytteenoton sekä muun tarvittavan kenttätyöskentelyn suunnittelua ja toteutusta sekä näihin liittyviä ongelmia.

Julkaisun toisessa osassa näytteenottovälineistöä.

esitellään kenttäkäyttöön soveltuvia analyysimenetelmiä, mittauslaitteita sekä

Asiasanat (avainsanat)

kenttämenetelmä, jäte, saastunut maa—alue, tutkimus, suunnittelu, näytteenotto, analyysi

Muut tiedot

Sarjan nimi ja numero

Vesi— ja ympäristöhallituksen monistesarja nro 597

Kokonaissivumäärä 99

Kieli Suomi Jakaja

Vesien— ja ympäristöntutkimuslaitos Maa— ja jätelaboratorio puh. 69511 PL 250

00101 Helsinki

ISBN ISSN

95 1—47—9763—9 0783—3288

Hinta Luottamuksellisuus

36,60 mk Julkinen

Kustantaja

Vesi— ja ympäristöhallitus PL 250

00101 Helsinki

4

PRESENTA TIONSBLAD

Utgivare

Vatten— och miljöstyrelsen

Färfattare (uppgifter om organet: namn, ordfärande, sekreterare Helena Dahlbo, Outi Pyy och Tapio Strandberg (red.)

Utgivningsdatum December 1994

Publikation (även den finska titein)

fältarbete vid forskning av avfallsdeponier och förorenade områden

(Jätealueiden ja saastuneiden maa—alueiden tutkimuksiin liittyvä kenttätyöskentely)

Typ av pubiikation Uppdragsgivare Datum för tiilsättandet av organet

Utbildningspublikation Publikationens delar

Del 1 Provtagning och annat fältarbete s. 9—60

Del II Instrument för fältmätningar s. 61—99

Referat

Publikationen innehåller referat av föreläsningar som hållits vid kursen “Fältarbete vid forskning av avfallsdeponier och förorenade områden” i Helsingfors 2.—3.5.1994.

Publikationens första del handiar om planering och genomföring av jord—, vatten— och gasprovtagning samt annat nödvändigt fältarbete vid kartläggning och undersökning av avfallsdeponier och förorenade områden.

1 den andra delen av pubiikationen presenteras olika analysmetoder, mätnings— och provtagningsinstrument, som är användbara i fältförhållanden.

Sakord (nyckelord)

fältmetod, avfall, förorenad område, undersökning, planering, provtagning, analys

Övriga uppgifter

Distribution

Vatten— och miljöforskningsinstitut Jord— och avfallslaboratorio tel. 69511 PL 250

00101 Helsinki

Sekretessgrad

36,60 mk Offentlig

Förlag

Vatten— och miljöstyrelsen PB 250

00101 Helsingfors Seriens narnn och nummer

Vatten— och miljöstyrelsens duplikatserie nr 597

Sidantal Språk

99 finska

ISBN

951—47—9763—9

ISSN 0783—3288

Pris

ALKUSANAT

Jätealueiden, kuten kaatopaikkojen, ja saastuneiden maa—alueiden tutkimus— ja kunnostustoiminta on yksi ympäristönsuojelun laajenevista työkentistä. Maassamme on noin 10 000 saastunutta tai sellaiseksi epäiltyä maa—aluetta. Näiden tutkiminen ja tarvittaessa kunnostaminen on lähitulevaisuuden haaste ympäristöhallinnolle.

Tutkimusten suunnittelu— ja toteutusvaiheessa törmätään usein sekä tiedon että resurssien puutteeseen. Ensiksi mainittu konkretisoituu ongelmina mm. näytteenoton optimaalisessa suunnittelussa ja toteutuksessa, jälkimmäinen puolestaan aiheuttaa ongelmia tutkimuksen riittävän laajaan toteutukseen. Standardeja tai suosituksia alalla ei vielä ole valmiina. Käytössä olevien menetelmien hajanaisuus vaikeuttaa tulosten tulkintaa ja vertailua.

Saastuneiden maa—alueiden tutkimuksiin käytettävissä olevien määrärahojen niukkuuden takia kalliille kemiallisille laboratorioanalyyseille tulisi löytää täydentäviä, osittain korvaavia ja erityisesti resursseja säästäviä kenttäkäyttöisiä menetelmiä.

Tällaiset menetelmät ovat mm. USA:ssa laajalti käytössä. Niiden soveltuvuudesta pohjoisiin olosuhteisiimme ei kuitenkaan yleensä ole riittävästi tietoa.

Jätealueiden ja saastuneiden maa—alueiden tutkimuksiin liittyvä kenttätyöskentely ^— koulutustilaisuus järjestettiin paikkaamaan tiedon tarpeita näytteenoton ja muun kenttätyöskentelyn suunnittelusta ja toteutuksesta sekä erilaisten kenttäkäyttöisten tutkimusmenetelmien soveltuvuudesta.

Toimittajat kiittävät kaikkia tilaisuudessa esiintyneitä luennoitsijoita mielenkiintoisista esityksistä ja hyvistä kiijallisista tuotoksista. Julkaisun puhtaaksikiijoituksesta on huolehtinut tekstinkäsittelijä Päivi Laaksonen ja kuvat on tarvittaessa piirtänyt piirtäjä Pirjo Möttönen, joille myös esitämme kiitoksemme.

Helsingissä joulukuussa 1994 Helena Dahibo

Outi Pyy

Tapio Strandberg

sIsÄLLYS

Alkusanat

Osa 1 Näytteenotto ja muu kenttätyöskentely 9

Saastuneiden maa—alueiden tutkimus tavoitteena objcktiiviset tulokset 11 Tapio Strandberg

Maaperätutkimuksen kemiallisen näytteenoton kohdentaminen ja 16 laadunvarmennus

Nils Gustavsson

Näytteenotto maaperästä ja pohjavedestä 26

Tapio Strandberg

Näytteenotto maaperän ja jätteen huokosilmasta ja muista kaasuista 32 Kirsti Kalevi

Näytteenotto ongelmajätteistä Ekokemillä 39

Juhani Alonen

Jätteiden ja saastuneiden maiden mikrobiologisten tutkimusten näytteenotto 45 Jussi Uotila

Kaatopaikkaolosuhteiden määrittely 49

Matti Ettala

Sedimentti— eli pohjakerrostumatutkimukset ja näytteenotto 57 Olavi Sandman

Osa II Kenttämittauksissa käytettäviä laitteita 61

Kenttäanalytiikan käytön hyödyt ja rajoitukset 63

Helena Dahibo

Valobakteeritesti 67

Jukka Ahtiainen

Immunokemiallisten testien periaate ja soveltuvuus 69 Anneli Joutti

Kenttämittauslaitteet 79

Oili Tikka

Maaperän metallipitoisuuksien kenttämittaus kannettavalla $1 X—MET—röntgenanalysaattorilla

Marja Nuotio

Envirocard testikitit $9

Taina Nordqvist

8

Dräger—putket huokoskaasun haitta—aineiden mittauksessa 91 Kirsti Kalevi

Crowcon—kaasunvalvontalaitteet 93

Kimmo Martti

BAT Pohjaveden mittausjäijestelmä 95

Ola Ulmala

MUDEX Oy:n pohjavesinäytteenottimet, pohjavesiputket sekä 9$

pohjavesipinnan korkeuden mittauslaitteet Hannu Vehkaperä

Vanhempi tutkija Tapio Strandberg

Vesi— ja ympäristöhallitus

SAASTUNEIDEN MAA-ALUEIDEN TUTKIMUS TAVOITTEENA OBJEKTIIVI$ET TULOKSET

1 YLEISTÄ

Saastuneiden maa—alueiden tutkimuksen tavoitteet ja tarkkuus voivat vaihdella ongelman, luonnonolosuhteiden ja työtä suorituttavan tahon mukaan. Tutkimuksien tavoite on yleensä laajempi kuin yksittäisten korkeiden pitoisuuksien havaitseminen.

Yleensä niillä tähdätään riitävän tiedon tuottamiseen riskinarvioinnin ja kunnostustar—

peen määrittämiseksi.

Vaikka alustavien tutkimusten laajuus eivätkä käytetyt menetelmät välttämättä ole riittäviä lopullisen päätöksen tekemiseen tulee niiden kuitenkin tuottaa virheetöntä tietoa. Siksi menetelmät tulee valita siten, että niillä saatavat tulokset ovat toistettavia ja niiden tarkkuus tunnetaan. Lähes aina virheellinen tieto aiheuttaa suuria lisäkus—

tannuksia mm. lisätutkimuksien tai viivästyneen kunnostamisen muodossa. Lisäksi virheelliset tulokset voivat aiheuttaa ympäristön tarpeetonta altistamista haitallisille aineille.

Saastuneiden maa—alueiden tutkimuksissa voidaan usein käyttää muuhun ympäristön tilaan liittyviin tutkimuksiin verrattuna melko karkeita tutkimus— ja analyysimenetel—

miä. Ainoana rajoituksena yleensä on, että niillä tulee voida määrittää vähintäin haitalliseksi tiedettyjä pitoisuuksia. Usein ongelman muodostaa se, että erityisesti kaatopaikkatutkimuksien yhteydessä ei tarkkaan tiedetä mitä aineita etsitään. Siksi on usein tarkoituksenmukaista alkaa tutkimukset melko karkeillakin ns. summamäärityk—

sillä ja lisätä analyysivalikoimaa tarvittaessa. Koska maaperässä haitallisien aineiden kulkeutuminen on voinut olla vähäistä, voi haitan osoittamisen kannalta olla tärkeäm pää analysoida karkeammilla menetelmillä useampia näytteitä kuin tehdä pienestä joukosta tarkkoja ja kalliita määrityksiä.

2 TUTKIMUKSEN TOTEUTUS JA LAAJUUS

Usein saatavissa olevat taustatiedot ovat, varsinkin toimintansa lopettaneissa kohteissa niukkoja. Siksi varsinaisen tutkimustarpeen selvittämiseksi onkin jo varhaisessa vaiheessa ryhdyttävä usein alustaviin kokeellisiin tutkimuksiin.

Tutkimukset on tarkoituksenmukaista suorittaa useassa vaiheessa siten, että myöhem min täydennetään aikaisemmin saatua tietoa. Eri tutkimusvaiheet tulee kuitenkin nivoa

12

toisiinsa siten, että voidaan välttää päällekkäistä työtä. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että esim. näytteitä otetaan runsaammin kuin sen hetkisessä tutkimusvaiheessa tarvitaan ja ne säilötään, mikäli mahdollista, tulevaa tarvetta esim. käsittelykokeiluja varten.

Saastuneiden maa—alueiden tutkimus voidaan jakaa seuraaviin vaiheisiin:

1. Alustava tutkimus, jonka tehtävänä on selvittää onko maaperään päässyt haitallisia aineita. Tutkimus tulisi pääasiassa tehdä olemassa olevan tiedon perusteella.

2. Kohdetutkimus, jonka tarkoituksena on selvittää kuinka suuria määriä haitallisia aineita maaperään on joutunut, miten ne kulkeutuvat ympäris töön sekä mitkä ovat niistä aiheutuvat riskit. Tutkimuksen tämä vaihe edellyttää yleensä jo laajaa kokeellista tutkimusta.

3. Kunnostustutkimuksen tavoitteena on selvittää parhaat alueelle soveltuvat kunnostusmenetelmät. Tutkimuksen tässä vaiheessa on yleensä suori tettava kokeilutoimintaa, mikäli vastaavantyyppisistä alueiden saneeraa—

misista ei ole riittävästi kokemuksia. Myös tässä vaiheessa voidaan joutua tarkentamaan kohdetutkimusvaiheessa saatuja arvioita saastuneista maamassoista, mikäli käsittelykustannukset ovat korkeita tai tiedot esim.

maamassojen homogeenisuudesta eivät ole riittäviä.

4. Seurantatutkimuksen tavoitteena on selvittää ovatko kunnostustoimenpi—

teet olleet riittäviä. Alueiden seuranta voi kestää useita vuosia, mikäli esim. alueen pohjavedet ovat laajalti pilaantuneita.

Tarvittavien tutkimuksien laajuus vaihtelee runsaasti eri kohteissa kunnostuksen tavoitteiden, pilaantumisen laajuuden sekä luonnonolosuhteiden johdosta. Usein tutkimustenkin tavoitteet ja siten myös laajuus vaihtelevat sillä esim. viranomaisten suorittamien tutkimuksien tarkoituksena on yleensä vain selvittää onko maaperään joutunut haitallisia aineita. Mikäli näyttöä siitä saadaan, siirtyy vastuu yksityiskohtai—

semmista tutkimuksista haitan aiheuttajalle.

Luonnonolosuhteistaja haitta—aineiden leviämismahdollisuuksista riippuen tutkimukset saattavat huonosti vettä läpäisevällä alueella rajoittua vain maan sisältämien haitta—

ainepitoisuuksien mittaamiseen suppealla alueella. Mikäli on todettu tai on syytä olet taa pohjavesien pilaantumista joudutaan tutkimukset ulottamaan laajalle alueelle. Jos maaperässä tai pohjavedessä on helposti haihtuvia haitta—aineita tulee tutkimuksiin liittää maaperän sisäisien huokoskaasujen analysointi.

3 TULOSTEN KÄYTTÖ RISMNARVIOINNISSA JA KUNNOSTUSTAVOITTEIDEN MÄÄRITTÄMISESSÄ

Usein haitallisten aineiden pääsyä maaperään ei havaita suoraan vaan ne todetaan välillisesti esim. kasvillisuuden tai pohjavesien välityksellä. Siksi maaperän sisäl—

tämien haitallisten aineiden havaitseminen ja niiden aiheuttamien riskien arviointi edellyttää usein laajoja tutkimuksia ja hyvää alueen luonnonolosuhteiden ja aineiden

käyttäytymisen tuntemusta. Useissa tapauksissa ei edes laajoilla tutkimuksilla riskiä voida osoittaa, mutta ei myöskään täysin poissulkea. Saastuneiden maa—alueiden aihe- uttamien riskien arvoinnissa on tarkasteltava maaperään joutuneiden aineiden haitalli—

suutta ja niiden määriä, aineiden kulkeutumisedellytyksiä, eri leviämisreittien kautta tapahtuvaa tai suoranaista altistumista, sekä sen vaikutuksia eliöihin ja eliöryhmiin (Assmuth 1991). Arvioitaessa yksittäisissä kohteissa maaperän saastumisen aiheutta mia riskejä ympäristölle ja ihmisille on ne jaettava eri altistusmahdollisuuksien mukaan ja tarkasteltava kutakin tekijää erikseen.

Lähes kaikissa tapauksissa maaperään päässeet kemikaalit aiheuttavat pohjaveden pi—

laantumisriskin, jonka laajuus ja vaikutukset vaihtelevat erittäin runsaasti aineen ominaisuuksien ja määrän sekä maaperän ominaisuuksien perusteella. Aineet voivat sitoutua hyvin tehokkaasti maaperään tai hajota nopeasti luonnossa eivätkä siksi leviä laajalle alueelle. Toisaalta maaperän vedenläpäisevyys voi olla niin pieni, että haital—

liset aineet kulkeutuvat maaperässä hyvin hitaasti, vain muutamia metrejä vuodessa, jolloin niiden aiheuttamat riskit rajoittuvat pienelle alueelle. Laaja—alainen pohjaveden pilaantuminen on yleensä mahdollista vain hyvin vettä läpäisevässä maaperässä, kuten haijumuodostumissa.

Saastuneiden maa—alueiden tutkimusten yhteydessä tulee aina selvittää pohjavesien kautta tapahtuva altistusriski riittävän laajojen pohjavesitutkimusten ja kaivojen vedenlaadun selvitysten avulla.

Saastuneiden maa—alueiden pintavesille aiheuttamat riskit ovat yleensä varsin vähäisiä.

Myös ihmisten altistuminen pintavesien kautta on huomattavasti epätodennäköisempää kuin pohjavesien kautta. Ainakin teoriassa on kuitenkin mahdollista, että pohjavesien mukana kuikeutuvat tai maaperään sitoutuneet haitalliset aineet voivat maaperän pidä tyskyvyn ylityttyä tai siinä tapahtuneiden muutoksien seurauksena purkautua pinta—

vesiin. Tällöin saastuneiden maa—alueiden aiheuttamat pintavesihaitat tulevat ilmi vasta huomattavasti myöhemmin kuin esim. kemikaalionnettomuuden päästöt pinta—

vesiin.

Saastuneiden maa—alueiden kunnostaminen ja pohjavesihaittojen torjunta voi kuitenkin aiheuttaa pintavesien pilaantumista, mikäli vesien käsittely niiden yhteydessä toteute taan riittämättömästi. Usein puhdistettaessa pohjaveteen päässeitä kemikaaleja joudutaan käsittelemään pitkiä aikoja suuria vesimääriä, joiden pitoisuudet ovat pieniä ja niiden puhdistaminen vaikeata. Pohjavesien käsittelyä haittaa lisäksi niiden koko vuoden hyvin alhainen lämpötila.

Maaperään päässeet kemikaalit voivat aiheuttaa suoranaista vaaraa asutukselle altista—

maila ihmisiä suoraan sisäilman tai muun hengitysilman kuten esim. pölyn kautta.

Pölyn aiheuttamia ongelmia on todettu mm. kaivosten jätealueiden läheisyydessä.

Erittäin pölyäviä maalajeja ovat runsaasti hienoainesta sisältävät moreenit ja hieno—

rakeiset lajittuneet maalajit, eivät kuitenkaan savet.

Suoraa altistumista maaperän sisältämille haitallisille aineille tapahtuu alueilla, joita käytetään leikkikenttinä. Arviot lasten suun kautta elimistöön joutuvasta maasta vaihtelevat erittäin runsaasti; 20 mg ^— 10 g päivässä. Tutkimukssa on osoitettu, että lasten elimistöön voi suun kautta kulkeutua yli 190 mg ja poikkeuksillisissa lei—

riolosuhteissa yli 300 mg maata päivässä (van Wijnen ym. 1990).

14

Jos maaperään on päässyt helposti haihtuvia yhdisteitä ja maaperä on huokoista, voi vat haitalliset aineet kulkeutua rakennusten sisäilmaan ja aiheuttaa altistumista tai räjähdysvaaran. Tämä riski on erityisen suuri rakennuksissa, joissa on kellaritiloja tai ne on perustettu maanvaraiselle laatalle, eikä niiden alla ole tuuletettua ryömintätilaa.

Maaperän saastuminen kemikaaleilla voi haitata ja jopa estää kasvinviljelyn, mikäli haitallisia aineita kulkeutuu ravintokasvien mukana ravintoon tai aineet haittaavat maan mikrobitoimintaa ja tällä tavoin alentavat maan hedelmällisyyttä.

Useiden tekijöiden on todettu vaikuttavan merkittävästi raskasmetallien kulkeutu—

miseen kasveihin. Näistä tärkeitä ovat mm. maan pH ja katoninvaihtokapasiteetti ja viljeltävien kasvien sekä metallien ominaisuudet. Raskasmetalleja on todettu kertyvän eniten kasvien juuriin ja lehtiin ja vähemmän jyviin ja siemenhin. Toisaalta, koska viljatuotteiden merkitys ravinnon kokonaismäärässä on merkittävä tulisi jyväsatojen raskasmetallipitoisuuksiin kiinnittää huomiota. Myös heikosti kasveihin kulkeutuvia raskasmetalleja voi tulla elimistöön ravinnon mukana esim. huonosti puhdistettuja juureksia syömällä (Levinen 1990). Myös laiduntavien eläinten elimistöön joutuu ravinnon mukana maata. Yleensä maan osuudeksi arvioidaan muutamia prosentteja ravinnon kuiva—aineesta, mutta joissakin tapauksissa sen on arvioitu olleen jopa yli 20

% (Logan ja Chaney 1983).

Suurin osa orgaanisista yhdisteistä adsorboituu maahan ja hajoaa maan pintaosissa varsin nopeasti biologisesti tai kemiallisesti. Vain hyvin harvojen yhdisteiden on todettu olevan pitkällä tähtäyksellä hajoamattomia maaperän pintaosissa. Näitä ovat synteettiset polymeerit, jotka on valmistettu pysyviksi, sekä niukkaliukoiset suuret molekyylit, esim. 5—10 klooriatomia sisältävät PCB— yhdisteet. Kuitenkin myös diok—

siinien puoliintumisaika maassa on pitkä, jopa 12—15 vuotta (Levinen 1990). Toisaalta esim. vanhojen, jo toimintansa lopettaneiden sahojen alueella maaperän pintaosissa tavataan edelleenkin suuria kloorifenolipitoisuuksia.

Suurin osa orgaanisista yhdisteistä on rasvaliukoisia sitoutucn tiukasti maahan.

Yleensä ne kulkeutuvat kasveihin vain vähäisessä määrin ja suuri osa kasvien maan päällisten osien sisältämistä yhdisteistä on tullut niiden pinnalle lähinnä ilmansaastei—

na. Jotkut rasvaliukoiset yhdisteet voivat kuitenkin kulkeutua kasvien juuristorih—

moihin, mutta niiden siirtyminen kasvien ylempiin osiin on vähäistä. Vaara orgaanis—

ten yhdisteiden kulkeutumisesta kasvin muihin osiin kuitenkin kasvaa, mikäli kasvit sisältävät runsaasti rasvaa, kuten öljykasvit. Toisaalta myös pienimolekyyliset, polaa—

riset orgaaniset yhdisteet voivat kulkeutua ja kertyä kasveihin varsin herkästi (Levinen 1990).

Saastuneen maa—alueen kunnostustarvetta ja siitä ympäristölle aiheutuvaa riskiä ei yleensä voida todeta suoranaisesti mittauksien avulla vaan toimenpiteistä on yleensä päätettävä raja—arvojen perusteella.

MKJALLI$UU$

Assmuth T. 1991. Kaatopaikkojan ja saastuneiden maa—alueiden terveys— ja ympäristöriskit ja riskienhallinnan rationaaliset perusteet. Kemia—Kemi Vol. (1991) 10, s. 792—798.

Levinen R. 1990. Puhdistamolietteen viljelykäytön edellytykset, Vesi— ja ympäristöhallinnon julkaisuja ^— sarja A, Nro 52, ISBN 951—47—3691—5.

Logan T. and Chamey R., 1983. Utilization of municipal wastewater and sludge on land ^— metais.

Teoksessa: Page A.L. ym. (toim.), Proceedings of the 1983 workshop, University of Califomia, Riverside, CA., s. 235—326.

Wijnen van J.H., Clausing P. and Brunekreef B. 1990. Estimated Soil Ingestion by Children, Environmental research 51.

16 Tutkija

Nils Gustavsson

Geologian tutkimuskeskus

MÄAPERÄTUTKIMUKSEN KEMIALLISEN NÄYTTEENOTON KOHDENTAMINEN JA LAADUNVARMENNUS

1 JOHDANTO

Alueellinen havaintoaineisto koostuu havaintopisteiden sijaintitiedoista ja niistä saaduista mittaus— tai havaintoarvoista. Tässä esityksessä rajoitutaan sellaiseen alueelliseen tutkimukseen, jossa havaintopisteiden sijainti voidaan valita ja havainnot ovat numeerisia mittaustuloksia. Esimerkkinä käytetään geokemiallista alueellista tutkimusta, jossa havaintoyksikkönä on maaperänäyte ja liavaintoarvot ovat alku—

ainepitoisuuksia. Tällaisen tutkimuksen tavoitteena on yleensä alkuainepitoisuuden vaihtelun selvittäminen tutkimusalueella ja tulokset esitetään mm. karttoina. Geoke—

miallinen alueellinen tutkimus on analoginen monen muun numeeriseen alueelliseen aineistoon perustuvan tutkimuksen kanssa esim. ympäristön tilan selvittämisessä.

Aineiston tulkinta nojaa havaintoaineistosta saatuun informaatioon. Siksi tulosten käyttökelpoisuus ja tulkinnan luotettavuus riippuvat suuresti aineiston laadusta. Tutki muksen tavoitteisiin pääseminen edellyttää aineiston laadun varmistamista aineiston kemun kaikissa vaiheissa.

Havaintoaineiston välittämää informaatiota ci voi parantaa jälkikäteen hankkimatta lisää aineistoa. Näytteenotto onkin tavallisesti paljon kalliimpaa kuin tulkinnan tekeminen tai karttojen piirtäminen, mikä on syytä pitää mielessä kun panostusta laadun varmistamiseen harkitaan. Laadunvarmistus, samoin kuin koko aineiston keruu, tulee suhteuttaa tutkimuksen tavoitteista johtuviin vaatimuksiin. Hyvään aineistoon kannattaa usein panostaa, koska siitä saadaan enemmän irti. Toisaalta huippulaadusta ei kuitenkaan kannata maksaa liikaa jos heikompikin riittää tavoitteisiin pääsemisessä.

Ratkaisut ovatkin usein kustannuksista johtuvia kompromisseja.

Havaintoarvoihin sisältyy tavallisesti useita satunnaisvaihtelua aiheuttavia kom—

ponentteja, joita millään laadunvarmistuksen keinoilla ei kokonaan voi poistaa, mutta niiden osuutta voidaan sopivilla valinnoilla pienentää. Vaihtelu johtuu mm. havainto—

pisteiden sijoittelusta, näytteiden koosta, näyteaineksen heterogeenisuudesta, näytteiden esikäsittelystä, varastoinnista ja analyysimenetelmän huojunnasta. Jos sama näyte käsitellään uudelleen jostakin käsittelyvaiheesta lähtien saadaan todennäköisesti eri tulos kuin ensimmäisellä kerralla.

Tulkitsija näkee vain lopullisen mittaustuloksen siinä muodossa kuin se on esitetty lukuarvona tai graafisena esityksenä. Se poikkeaa “todellisesta” arvosta. Hänen tulee saada tietää ainakin lopputuloksen kokonaisvirhe, mieluimmin myös tärkeimpien

virhekomponenttien osuudet kokonaisvaihtelusta. Tiedon lopulliseen laatuun vaikutta vat myös sen tietotekninen taltiointimuoto ja esittäminen esim. kartalla.

Seuraavassa on esitetty laadun varmistuksen keinoja käytännössä. Esitys ei missään tapauksessa ole kattava, mutta siihen on koottu ratkaisuja joita voidaan käyttää suosi—

tuksina alueellisessa geokemiallisessa tutkimuksessa. Osa suosituksista löytyy rapor tista (Damley 1994), joka on kansainvälisen yhteistyön tulos tällä alalla.

2 HÄVAINTOPISTEVERKON LAATIMINEN

2.1 Lähtökohdat

Havaintopisteverkon laatiminen tutkimusalueelle on hyvin monitahoinen ongelma.

Ongelmana on valita sopiva lukumäärä pisteitä ja niille sijainnit. Yleispäteviä kaik kiin tilanteisiin sopivia ratkaisuja ei ole. Ensiksi onkin syytä pohtia tutkimuksen tarkoitusta. Tavoitteena voi esim. olla

(a) tutkimusalueen pitoisuusvaihtelun ja trendien selvittäminen esim. ympäristötutki—

muksia varten (nk. taustapitoisuudet)

(b) tutkimusalueella olevien anomalioiden paikantaminen (malmien tai saastelähteiden aiheuttamia)

(c) sijainniltaan tunnetun lähteen saasteviuhkan rajaaminen.

Toiseksi on tarkasteltava mahdollista oheisaineistoa, jota voi hyödyntää pisteiden sijoittelussa. Tapauksissa (a) ja (b) pisteet pyritään sijoittamaan siten että ne edustavat koko aluetta tasapuolisesti. Oheisaineisto voi kuitenkin paljastaa että alue jakautuu osiin, joiden heterogeenisuus on erilainen. Tällöin osa—alueilla voidaan käyttää eri pistetiheyttä: harvaa homogeenisilla ja tiheää heterogeenisilla alueilla (ositettu otanta).

Suurissa projekteissa voi olla kannattavaa hankkia tällaista oheisaineistoa esitutki—

muksefla (pilottitutkimuksella), eli hyvin harvalla näytteenotolla, jonka perusteella lopullinen pisteverkko voidaan laatia. Normaalisti esitutkimus aiheuttaa huomattavia lisäkustannuksia esim. siksi että näytteenottokalustolla käydään alue läpi kertaalleen ennen varsinaista näytteenottoa. Tapauksissa (a) ja (b) on näytteenoton vaiheistus vielä useampaan tarkentavaan vaiheeseen yleistä, koska havaitut ja valitut osa—alueet tai anomaliakuviot halutaan rajata tarkemmin tiheämmällä pisteverkolla.

2.2 Yksinkertainen tapaus

Tapauksen (a) yksinkertaisin tavoite on se että halutaan aluetta edustava keskiarvo annetulla tarkkuudella. Tarkkuus määritellään antamalla keskiarvon suurin sallittu poikkeama sekä pieni todennäköisyys a sille että poikkeama on sallittua suurempi.

Oletetaan lisäksi ettei alueesta ole muuta relevanttia tietoa. Klassisen ratkaisun mukaan otetaan muutaman pisteen yksinkertainen satunnaisotos esitutkimusaineistoksi ja lasketaan lopullisen otoksen koko kaavasta

18

= (z,S)

(1)

missä d on suurin sallittu keskiarvon virhe muuttujan yksikössä, S esitutkimusaineis—

tosta laskettu muuttujan keskihajonta ja z normaalijakauman todennäköisyyttä 1—a/2 vastaava kvanttiili (Pahkinen & Lehtonen 1989). Esitutkimusaineiston avulla saadaan arvio muuttujan vaihtelusta alueella. Kaava (1) perustuu keskiarvon luottamusväliin.

2.3 Satunnainen/systemaattinen pisteverkko

Jos pisteet halutaan sijoittaa samalla tiheydellä edustavasti koko alueelle voidaan käyttää täysin satunnaista tai tasavälistä eli systemaattista pisteverkkoa. Satunnai—

nen pisteverkko aikaansaadaan generoimalla tietokoneohjelman avulla satunnaisia koordinaattipareja. Jokainen alueen piste esiintyy otoksessa samalla todennäköisyydel—

lä.

Systemaattinen pisteverkko muodostuu säännöllisen ruudukon kulmapisteistä. Ruu—

dukko koostuu neliöistä (tai suorakaiteista, jos suunnattu) ja sen jokin piste, esim.

alanurkka, voidaan kiinnittää satunnaisesti alueen koordinaatistoon.

Satunnaisen ja tasavälisen systemaattisen verkon vaikutus edustavuuteen on lähes sama. Systemaattinen on helppo toteuttaa, mutta siinä piilee vaara että ruudukon pisteväliin sopivasti rytmittynyt vaihtelu ei tule näkyviin.

2.4 Optimaalinen pisteverkko

Optimaalinen pisteverkko on optimaalinen vain jonkin tai joidenkin kriteerien suhteen.

Yleensä optimaalisella pisteverkolla tarkoitetaan halvinta pisteverkkoa, jolla annetut tavoitteet saavutetaan. On selvää että suurempi pistetiheys antaa tarkemmat kartoitus—

tulokset, mutta on myös muistettava että virhevaihtelut näytteiden käsittelyssä ja analyysissä tuhoavat tätä tarkkuutta. Siksi huonot käsittelymenetelmät edellyttävät suuria otoksia.

Usein tutkimuksissa analysoidaan useita alkuaineita samoista näytteistä ja virhe—

vaihtelu on alkuainekohtaista vaikka käytetään samaakin analyysimenetelmää. Siksi sama pisteverkko voi olla yhdelle alkuaineelle “optimaalisempi” kuin toiselle.

Malminetsinnällisessä geokemiallisessa kartoituksessa, jossa pyritään malmien paikan—

tamiseen moreeninäytteenoton avulla (tapaus (b)), on joissakin tilanteissa käytetty optimaalisen verkon laatimisessa Savinskii’n taulukoita (Savinskii 1965). Tällöin kartoituksen tavoitteet määritellään esimerkiksi siten että halutaan osua vähintään kah della pisteellä kaikkiin annetun kokoisiin ellipsinmuotoisiin anomalioihin, joiden suunta on 30 asteen tarkkuudella tunnettu. Taulukosta löytyy suoraan säännöllisen pisteverkon rivi— ja sarakevälit. Verkko sijoitetaan niin että tiheäpisteiset rivit leikkaava ellipsejä kohtisuoraan. Tämä malli on iästään huolimatta täysin kelvollinen tehtäväänsä. Esimerkiksi Suomessa voidaan ajatella että alkuaineanomaliat moreenissa ovat jäätikön soikeiksi venyttämiä.

2.5 $aastelähteen rajaaminen

Tapauksessa (c) ei koko alue olekaan kiinnostava vaan sijainniltaan tunnetun saaste—

kohteen ympäristö. Silloin näytteenoton strategia on kokonaan toisenlainen. Oletetaan että tehtävänä on rajata saastelähteen ympäristöstä alue, jonka sisällä tutkittavan muuttujan arvo ylittää annetun kynnysarvon ja jonka ulkopuolella kynnysarvo alittuu.

Tässä tilanteessa voidaan noudattaa esim. pisteverkkoa, jossa pisteet sijoittuvat saaste—

lähteeseen keskitettyjen ympyränkaarien ja säteiden leikkauspisteisiin. Valitaan muutama suunta lähteestä poispäin ja edetään esim. tasaisin pistevälein pitkin säteitä (ISO 1993).

Tässä kohdataan uusi näytteenoton strategiaan vaikuttava tilanne, jota tapauksissa (a) ja (b) ei yleensä lainkaan esiinny. Mikäli mittaus— tai analyysitulos voidaan todeta pistekohtaisesti ennen seuraavan pisteen valintaa voidaan hyödyntää jo saatujen arvojen muutostrendiä. Jos muutos saastelähteestä poispäin on pieni kannattaa seuraava piste valita kauempaa ja päinvastoin.

Hieman kehittyneempi versio tästä strategiasta on haarukointi, jossa lähtökohtana on edelleen säteittäinen pisteverkko, mutta ensimmäiset havainnot valitaan sekä saas—

telähteen läheltä että “riittävän” kaukaa. Tämän jälkeen puolitetaan välimatka ja katsotaan alitettiinko kynnysarvo vai ei. Seuraava piste säteellä valitaan siihen suuntaan, jossa kynnysarvon oletetaan olevan puolittamalla välimatka edelliseen pisteeseen. Näin jatketaan kunnes kynnysarvo saadaan riittävän tarkasti paikannetuksi.

Kynnysarvon paikantamistarkkuus riippuu viimeisestä pistevälistä säteellä ja luonnol lisesti kaikista virhekomponenteista, jotka liittyvät mittaukseen.

2.6 Näytteen koko

Riittävän suuri näyte pienentää “näytteenottovirhettä” ja sallii siksi harvemman piste—

verkon. Jälleen on muistettava että jos samoista näytteistä analysoidaan useampia alkuaineita niin niiden näytteenottovirhe on erilainen, koska pitoisuudet jakautuvat eri tavoin aineksen rakeisiin. Kulta esim. saattaa esiintyä harvinaisina hippuina ja siksi edustava näytteen tulee olla suuri.

Näytteen koko vaikuttaa sen edustavuuteen. Suuri näyte antaa paremman edustavuuden kuin pieni. Mitä karkeampi raekoko tutkittavassa materiaalissa on sitä suuremman näytteen tulee olla. Rakeisen näytteen koko voidaan teoreettisesti ratkaista Pierre Gy’n menetelmillä, joista on laadittu sovellusohjelmia mikrotietokoneelle (Minkkinen 1989).

Usein käy kuitenkin niin että riittävä näytekoko on käytännössä liian suuri.

Eräs suositeltava keino lisätä näytteen edustavuutta ja vähentää näytteenottovirhettä (sekä pisteen sijoittumisesta että näytteen rakeisuudesta johtuvaa) on suorittaa ry—

väsotanta näytteenottopaikalla. Kerätään muutamia näytteitä pisteen lähistöltä ja kootaan ne yhdeksi suureksi näytteeksi (composite sample) (Ganett & Sinding—Larsen 1984). Vielä parempaan tulokseen päästään, jos näin saadut osanäytteet käsitellään ja analysoidaan erikseen ja mittausarvoista lasketaan keskiarvo.

20

3 VIRHEKOMPONENTIT JA NIIDEN ESTIMOINTI 3.1 Virliekomponentit

Aineiston tulkitsija tekee johtopäätöksensä virhevaihtelua sisältävistä tuloksista.

“Oikeat” arvot jäävät osittain piiloon. Lopulliset mittaustulokset vaihtelevat “oikean”

luonnollisen vaihtelun mukaan sekä kaikista käsittelyvaiheista johtuvien virheiden nk.

kokonaisvirheen mukaan (kuva 1).

Concentration 80

70

60

50 ...•

40 (jOV

30

4

20

10

Horizontal line

Kuva 1. Simuloidut virhekomponentit. Musta käyrä esittää luonnollista tasoa; tumman—/vaalean—

harmaat näytteenotto/analyysivirheellä lisättynä (5 %).

Kartoituksessa pyritään havainnollistamaan luonnossa esiintyvää alkuaineen alueellista vaihtelua. Käytännössä tärkeimmät virliekomponentit ovat näytteenottovirhe ja ana—

lyysivirhe. Analyysivirheellä ymmärretään tässä kaikkia virheitä jotka syntyvät näyt—

teenoton jälkeen. Koko aineiston vaihtelu voidaan ilmaista varianssikomponenttien summana

s2 =s2 +s2

jossa S2 on kokonaisvarianssi, S21 luonnollinen varianssi, S2,, näytteenoton varianssi (näytteenottovirhe) ja S2 analyysin varianssi (analyysivirhe). Kartalla halutaan nähdä

mutta nähdään S21.

Virhekomponentit voivat olla satunnaisia, eli vaikuttavat satunnaisesti paikasta riippumatta, tai systemaattisia, jolloin esim. virheen suuruus tai suunta on alueellisesti tai ajallisesti riippuvainen. Systemaattisia virheitä voi johtua esimerkiksi ana—

lyysilaitteen aiheuttamasta ryöminnästä. Kyseessä on silloin ajasta riippuvainen virhe.

Jos näytteet analysoidaan satunnaisessa järjestyksessä niin tämä virhe hajaantuu koko alueelle ja muuttuu satunnaiseksi. Siksi näytteiden käsittely— ja analyysijäijestyksen satunnaistamista suositellaan, jos se on realistista.

3.2 Virliekomponenttien estimointi

Virhekomponenttien estimointiin tarvitaan lisähavaintoja. Seuraava laadunvarmista—

mista varten tehtävä toistoihin perustuva otosasetelma on yleisesti käytetty.

Valitaan pisteverkosta satunnaisetsi alueellisetsi edustavia kontrollipisteitä (noin joka 30 piste). Jokaisesta kontrollipisteestä otetaan kaksi näytettä (näytteenoton toisto).

Jokainen toistonäyte analysoidaan kahdesti. Kustakin kontrollipisteestä saadaan tällöin kolme mittaustulosta/muuttuja.

Asetelmaa kutsutaan epätasapainoiseksi kaksisuuntaiseksi kaavioksi ja sen tuloksia voidaan analysoida varianssianalyysillä (Unbalanced Two—Level Analysis of Variance, UANOVA) (kuva 2) (Gustavsson 1992). Menetelmä edellyttää että havaintoarvot ja virheet ovat normaalijakautuneet. Tuloksena saadaan virhekomponenttien suhteelliset merkitsevyydet sekä varianssien estimaatit. On tärkeää muistaa että tulokset koskevat vain kontrollipisteitä ja koko aluetta “keskimäärin”.

CD ^Sampling LZS

CD CD 2 sampies

EI EI EI ^analyses

Kuva 2. Otosasetelma, joka on halvin näytteenotto-ja analyysivirheeri estimoimiseksi.

Tarvitaan vain 3 analyysiä,/kontrollipiste.

Tuloksen perusteella voidaan arvioida onko

— luonnollinen vaihtelu suurempi (=> kartta hyvä) vai pienempi (=> kartta huono) kuin näytteenoton ja analyysin yhteisvaihtelu

— näytteenoton vaihtelu suurempi kuin analyysin vaihtelu.

Toistonäytteistä— ja analyyseistä saadut arvot voidaan myös esittää graafisesti, jolloin vastaava arvio voidaan tehdä silmämääräisesti. Piirretään hajontakuvio, jonka toisella akselilla on kontrollipisteen “normaalinäytteen” arvo ja vaaka—akselilla toisen toisto—

analyysin arvo (kuva 3a). Huojunta lävistäjän ympärillä kuvastaa kokonaisvirhettä

22

R.pIIcat. sompl.i. Cu R.pllcot.RNflLYSE5. Lu

.. O41

..

ida i ib ida

Kuva 3 a) Toistonäytteiden hajontakuvio kuvaa kokonaisvirhettä. b) Toistoanalyysien hajontakuvio kuvaa analyysivirhettä, jonka tulee olla kokonaisvirhettä pienempi.

(näytteenoton ja analyysin). Hajontakuvio voidaan myös piirtää analyysin toistoar—

voista, jolloin huojunta kuvastaa analyysin toistettavuutta (kuva 3b).

3.3 Määritysraja

Kemialliseen analyysiin liittyy maäritysraja, jonka auttavat arvot ovat suhteellisen epätarkkoja, lähes satunnaisia. Tämän vuoksi kartoituksen suunnittelussa ja ana—

lyysimenetelmän valinnassa määritysraja on huomioitava. Määritysraja on määritelty tilastollisin termein. Määritysrajan alittavia arvoja ei tule erotella tilastollisissa tarkas—

teluissa. Voi syntyä tilanteita, joissa huomattava osa analyysiarvoista alittaa määritys—

rajan. Virheellisten tulkintojen välttämiseksi tämä on huomioitava karttaesityksessä.

Määritysrajan tilastollinen ja tietotekninenkin käsittely voi joskus olla hankalaa esim.

analyysimenetelmillä, joilla määritysraja on näytekohtainen (neutroniaktivointi)!

Usein analysaattori kalihroidaan jollekin pitoisuusvälille ja tällöin kalibrointialueen ylittävät arvot voivat sisältää suhteellisen suuren virheen.

Yleensä laboratoriolla on tiedot menetelmiensä määritysrajoista, kalibrointiväleistä ja toistettavuuksista. Tulosten esittämisessä ja tulkinnassa nämä tiedot ovat äärimmäisen tärkeitä.

3.4 Muita virlielähteitä

3.4.1 Pyöristäminen

Vanhempia analyysituloksia tarkasteltaessatörmääusein mittausarvon pyöristämisestä ja laimennuksesta johtuvaan efektiin. Lukema on ensin pyöristetty vaikkapa 5 ppm

tarkkuuteen ja sitten kerrottu vaikkapa lO:llä laimennuksen vuoksi. Tuloksena on diskreetti aineisto, jossa arvoja esiintyy vain 50 ppm:n välein. Aineiston diskreetti luonne on tilastollisissa tarkasteluissa varsinkin monimuuttuja—analyyseissa otettava huomioon.

3.4.2 Tietojen taltiointi

Tuloksia käytetään nykyään usein tietokannasta käsin. Tietokannalla voi olla suhteelli sen pitkä elinkaari ja sen käyttö voi jatkua vuosia sen jälkeen kun tiedot on taltioitu ja ensimmäiset tulosteet on saatu. Tietoja siirrettäessä analyysivaiheesta tietokantaan saatetaan tehdä tahallisesti tai tahattomasti muutoksia mittausarvoihin. Tietokannan suunnittelija on voinut määritellä automaattista arvojen pyöristämistäja yksiköiden muuntelua (esim. %:sta ppm:ään). Nämä vaikuttavat tiedon laatuun. Näistä asioista on ehdottomasti sovittava tietokantaa luotaessa. On myös sovittava puuttuvien arvojen, määritysrajan alittavien arvojen sekä kalibrointialueen ylittävien arvojen merkitsemis—

tavasta. Tulosten mukana pitäisi lisäksi aina taltioida näytteen esikäsittelyä kuvaavat koodit, analyysimenetelmä— ja laitekoodi sekä analyysin päivämäärä. Ne ovat oleelli—

sia jos tietokantaan taltioituja tuloksia halutaan korjata jälkikäteen. Ne ovat myös tarpeen jos analyysimenetelmä tai laite kesken kartoitusprojektin muuttuu tai vaihtuu.

Jokaisella näytteellä tulee luonnollisesti olla yksiselitteinen tunniste.

4 VIRHEIDEN KORJAAMINEN

Virheitä tulee välttää kaikissa mahdollisissa tilanteissa, mutta niitä syntyy aina.

Tärkeää on luoda edellytykset virheiden havaitsemiselle ja mittaamiselle riippumatta siitä voidaanko niitä korjata vai ei. Joitakin virheitä voidaan korjata jälkikäteen ja jopa automaattisesti (esim. analyysilaitteen aiheuttama arvojen ryömintä). Tietokoneka—

pasiteetin halpuus on johtanut siihen että tietoja kannatta tarkistaa kaikista näkökul—

mista monipuolisilla ohjelmilla ennekuin ne päästetään tietokannan uumeniin. Tieto—

kantaan päässeitä virheitä on vaikea havaita ja niiden korjaaminen saattaa ojia mahdotonta. Ne saattavat vääristää tilastoja ja aiheuttaa ikävyyksiä tietojen käyttäjille vielä vuosia sen jälkeen kun tulokset on koottu tietokantaan.

Virheet pitää pyrkiä havaitsemaan ja korjaaman välittömästi niiden syntymisen ja havaitsemisen jälkeen. Myöhempi korjaaminen on lähes aina vaivaIloisempaa ja kai—

liimpaa. Voi olla jopa halvempaa hankkia uudet näytteet tai analysoida epäonnistuneet uudelleen kuin ryhtyä hankaliin koijausoperaatioihin.

Eräissä tilanteissa tuloksia voidaan korjata jälkikäteen, jos tarvittavat faktat ovat käsillä. Tällaisia ovat ryöminnästä tai tason äkillisestä muutoksesta aiheutuva virhe, jos käytettävissä on seurantanäytteiden tuloksia. Hyvään laboratoriokäytäntöön kuuluu laadunvarmistus ja virheiden korjaaminen ennekuin tulokset saatetaan tutkijan käyttöön.

On myös tilanteita, joissa tulos luokitellaan vääräksi vasta myöhemmän päätöksen perusteella. Näin käy esim. kun yhdistetään vanhaa ja uutta tietoa tai eri maiden aineistoja. Tulokset voidaan selkeissä tapauksissa saattaa yhteismitallisiksi muunta—

malia muut aineistot yhden aineiston mukaisiksi.

24

5 YHTEENVETO $UOSITUKSI$TA

Seuraavassa on koottu suosituksia alueellisen aineiston laadunvarmistuksen tueksi.

O selvitä tutkimuksen tavoitteet ja tietojen käyttötarkoitus sekä nykyinen että myöhempi

O valitse tilanteeseen sopiva näytepisteverkko, harkitse esitutkimusaineiston keräämistä

O käytä ryväsotantaa näytteenottopaikalla jos resursseja on

O valitse kontrollipisteet, ota toistonäytteet kustakin ja teetä toistoanalyysit tois—

tonäytteistä

O tutki toistoaineistoa varianssianalyysillä ja hajontakuvioin

O ylläpidä kartoitusprojektin käsikirjaa, johon tarkasti dokumentoidaan tapahtumat ja menetelmiä koskevat muutokset

O tarkista aineisto mahdollisimman varhaisessa vaiheessa ja korjaa virheet mahdolli simman pian

O taltioi tulosten mukana tietokantaan

— yksiselitteinen näytetunnus

— analyysin päivämäärä

— näytteen käsittelyä koskevat koodit

O merkitse toistonäytteet ja toistoanalyysit yksiselitteisesti

O merkitse määritysrajan auttavat, kalibrointialucen ylittävät ja puuttuvat arvot yksiselitteisesti

O älä pyöristä analyysituloksia turhaan

O käytä samalle alkuaineelle tai suureelle johdonmukaisesti samaa yksikköä koko tietokannassa

KIRJALLISUUS

Darnley, A.G. (Ed.) 1994. A GLOBÄL GEOCHEMICAL DATABASE. Recommendations for International Geochemical Mapping. Final Report of IGCP 259. International Council of Scientific Unions. Paris, UNESCO. Earth Sciences Report No. 19.

Garrett, RG. & Sinding—Larsen, R., 1984. Optimal Composite Sample Size Selection, Applications in Geochemistry and Remote Sensing. In Geochemical Exploration 1983, lOth Inti.

Geochem. Explor. Symp. Björklund, A.J. (Ed.). Jour. Geochem. Explor. Vol. 21, No.

1/3 s. 421—435.

ISO 1993. International Standard. Soil quality ^— Sampling ^— Part 1: Guidance on the design of sampling programmes. ISO/CD 10381—1.3. (Comittee Draft 1993—04—20)

Minkkinen, P. 1989. Sampex ^— A Computer Program for Solving Sampling Problems, Chemometrics and Intelligent Systems, 7 s. 189—194.

Pahkinen, E. & Lehtonen, R. 1989. Otanta—asetelrnatja tilastollinen analyysi. Helsinki. Gaudeamus.

s. 286.

Savinskii, I.D., 1965. Probability Tables for Locating Elliptical Underground Masses with Rectangular Grid. Consultants Bureau, New York, N.Y., 110 s.

26 Vanhempi tutkija

Tapio Strandberg

Vesi— ja ympäristöhallitus

NÄYTTEENOTTO MAAPERÄSTÄ JA POHJAVEDESTÄ

1 YLEISTÄ

Haitallisia aineita on päässyt maaperään vahinkojen tai aineiden huolimattoman käsittelyn seurauksena. Usein kiinteät aineet ovat kulkeutuneet myös tuulen mukana pölynä. Tällöin ne ovat melko tasaisesti levinneinä koko teollisuustontille. Mikäli hai—

talliset aineet ovat joutuneet maaperään esim. putkisto— tai säiliövuotojen seurauksena tai ne on suoraan haudattu maaperään, saattavat ne esiintyä hyvin rajatulla alueella.

Hyvin vettä läpäisevässä maaperässä myös näissä tapauksissa aineet ovat kulkeutuneet pohjavesien välityksellä. Aineiden kulkeutumiseen ympäristöön vaikuttavat maaperän ominaisuudet, kuten huokoisuus, vedenläpäisevyys ja sorptiokyky sekä niiden fysikaa—

liset ja kemialliset ominaisuudet.

Mikäli ainetta on maaperässä vain rajatulla alueella, eikä se ole kulkeutunut ympäris töön on näytteenotolla ja kokeellisella tutkimuksella hyvin vaikeata ja sattumanva—

raista tai ainakin erittäin kallista havaita maaperän saastuminen luotettavasti. Tällai sissa tapauksissa on ennen kokeellista tutkimusta tarkoituksenmukaista selvittää haas—

tattelujen tai valvonta— ym. asiakirjojen avulla ne kohdat kiinteistöstä, jossa maaperä on todennäköisesti saastunut, jolloin kokeellista tutkimuksia voidaan merkittävästi vähentää. Tällöin voidaan myös huomattavasti helpommin arvioida saatuja tuloksia, esim. edustavatko ne alueen keskimääräisiä pitoisuuksia tai mahdollisesti ääriarvoja.

2 NÄYTTEENOTTOON KÄYTETTÄVÄT MENETELMÄT

2.1 Näytteenottomenetelmät

Saastuneiden maa—alueiden tutkimuksissa maaperänäytteenottoon käytettävien menetelmien valintaan vaikuttavat näytteenottosyvyys, pohjaveden pinnan asema, tut kittava maalaji tai jäte, sekä käytettävissä oleva kalusto ja resurssit. Yleensä näyt—

teenottoon tulisi käyttää mahdollisimman kevyttä kalustoa, joka on helppo puhdistaa.

Kalusto tulee kuitenkin valita niin, että näytteitä voidaan ottaa huonosti vettä lä—

päiseviin maakerroksiin tai kallion pintaan saakka.

Maaperänäytteet jaetaan yleensä häiriintyneisiin, joissa maan rakenne on sekoittunut ja häiriintymättömiin, joissa maan alkuperäinen rakenne on säilynyt. Häiriintymättö—

miä näytteitä voidaan hienorakeisista maalajeista ottaa sekä koekuopista, että kairaa—

maIla. Yleensä kemiallisesti saastuneen maan tutkimuksiin riittävät häiriintyneet

näytteet. Jos kuitenkin halutaan selvittää haitallisten aineiden tarkka horisontaalinen sijainti pitäisi, mikäli mahdollista, käyttää häiriintymättömiä näytteitä.

Maaperän pintaosista näytteitä on yksinkertaisinta ottaa, joko käsin tai koneellisesti kaivetuista kuopista. Koekuoppia voidaan normaalilla kaivinkonekalustolla kaivaa noin 5 m syvyyteen, jos maaperäolosuhteet ovat edullisia. Usein syvät kaivannot eivät kuitenkaan tukemattomina PYSY auki, vaan kuopan reunat sortuvat. Tällöin myös maan pinnalle aiheutetut vauriot ovat niin suuria, ettei esim. piha—alueilla kaivantoja voida tehdä. Koekuoppia ei myöskään Yleensä voida kaivaa pohjaveden pinna alapuolelle.

SYvistä maakerroksista ja pohjaveden pinnan alapuolelta maanäytteitä joudutaan ottamaan erilaisilla kairoilla. Niiden ja näytteenottoon käytettävän kaluston koko ja tehokkuus vaihtelee käsikäyttöisistä aina useiden tonnien painoisiin. Työhön käytettävä kalusto joudutaan valitsemaan maaperän ominaisuuksien, kuten tiiveyden, kivisyyden sekä näytteenottosyvyyden perusteella.

Taulukko 1. Saastumistutkimuksissa käytettäviä maanäytteenottomenetelmiä ja niiden soveltuvuus eri olosuhteisiin (Assmuth ym. 1992).

Menetelmä! Soveltuvuus Pohjavesi— Max. Kaluston Näyte— Kontam. Kustan— Huom.

kalusto maalajeille putkien syy.’ läpimitta laatu2 riski nustaso Sa[Iv Hk/Sr Mr asennus (n. m) (mm)

Koekuoppa ++ ++ ++ + 5 suuri +++ Pieni +(+) Massojen

(pohjav.— käsittely—

kaivo) kustannus

Käsikaira ++ ÷ + — 5 30—100 ++ ÷ +

(Tv 10)

Heijarikaira ÷÷ ++ ÷ ++ 30 50—80 ++ ++ ++

Kierrekaira +-j- -i-+ — ÷ 50 >60 ÷ ++ ÷÷

(suojaputkella)

Iskukaira ÷ -t--j- ÷-i- -t--i- 50 >100 + ++ ÷÷(÷) Kairaus—

(jorakonekaira) neste—

kontarnin.

Rotaatiokaira ++ ÷+ ++

(÷)

‘Arvioitu syvyysulottuvuus suotuisissa maaperäoloissa; 2Näytteen rakenteen ja yleislaadun edustavuus.

2.2 MÄAPERÄNÄYTTEENOTTOMENETELMIEN VAIKUTUKSET EDUSTAVUUTEEN JA

ANALYY$ITULOKSIIN

Tutkittavan alueen maaperän tai jätteen ollessa epähomogeenista on usein käytännöl listä ottaa näytteitä koekuopista. Tällöin voidaan silmämääräisesti arvioiden ottaa näytteet niin, että ne ovat samassa suhteessa kuin eri jakeet maaperässä. Näyte voidaan koota myös useammasta osanäytteestä ja tällä tavoin parantaa sen edusta—

vuutta. Koekuopista voidaan usein myös aistinvaraisesti arvioida haitallisten aineiden levinneisyyttä maaperään esim. hajun tai värin perusteella ja siten optimoida näyt—

teenottoa.

2$

Koekuopista näytteet tulisi aina ottaa pulidistetusta rintauksesta. Syvissä koekuopissa näin ei voida kuitenkaan tehdä kuoppien sortumisvaaran takia. Tällöin näytteitä on otettava kuopan pohjalta kaivinkoneella maan pinnalle nostetusta maasta. Näin otettuihin näytteisiin voi kuopan reunalta varista maata, jonka osuus näytteestä tulisi arvioida.

Usein haitalliset aineet ovat sitoutuneet aivan maaperän pintaosaan, runsaasti or—

gaanista ainetta sisältävään kerrokseen. Koekuopista on mahdollista ottaa näytteet vain tästä humusta sisältävästä pintakerroksesta, jonka paksuus, soita lukuunottamatta, vaihtelee muutamista senttimetreistä noin 30 senttimetriin.

Kairauksilla saatavan näytteen koko on melko pieni. Jos samasta pisteestä halutaan tehdä useampia orgaanisia määrityksiä ei kerralla saada riittävästi näytettä, vaan niitä joudutaan ottamaan useampia samalta syvyydeltä. Tällöin voidaan näytteiden edusta—

vuutta parantaa yhdistämällä eri osanäytteet ja jakamalla ne eri analyysejä varten.

Kairauksissa näytteet otetaan yleensä enintään metrin pituisina osina. Siksi näyt—

teenottokalustoa joudutaan syvissä rei’issä nostamaan ja laskemaan useita kertoja.

Tämän seurauksena lähes kaikilla menetelmillä tapahtuu vertikaalista sekoittumista, jonka seurauksena voi olla ns. “pitoisuushäntä” syvemmissä kerroksissa, vaikka haitta—aineet ovat sitoutuneet maaperän pintaosiin. Sekoittumista voidaan kuitenkin arvioida silmämääräisesti näytteistä. Aivan pintaosista otettuja näytteitä lukuunotta matta niiden ei tulisi sisältää maatumattomia kasvinosia eikä humusta muissa, kuin tuive— ja liejukerrostumissa. Lisäksi syvemmistä kerroksista otettujen näytteiden ei tulisi sisältää merkkejä maannoksesta.

2.3 KONTAMINOITUMINEN NÄYTTEENOTON YHTEYDESSÄ

Kontaminaatioriskin takia tulisi näytteenottovälineet puhdistaa ennen näytteenottoa.

Yleensä puhdistusmenetelminä ja aineina tulisi käyttää vastaavia, kuin näytteiden pakkausten puhdistamiseen käytetään. Raskaan näytteenottokaluston osalta tämä on käytännössä mahdotonta. Siksi kontaminaatioriskin pienentämiseksi näytteenottoon tulisi käyttää mahdollisimman kevyttä kalustoa. Myös kevyiden näytteenottimien puhdistaminen maastossa eri näytteenottopisteiden ja syvyyksien välillä on käytän nössä hankalaa, varsinkin talvella. Eri pisteiden välillä tapahtuvaa kontaminaatiosta aiheutuvaa virhettä voidaan kuitenkin pyrkiä välttämään siirtymällä näytteenotossa puhtaammilta alueilta likaisemmille.

Itse näytteenottokalusto voi myös aiheuttaa kontaminaatiota esim. öljynäytteisiin, sillä etenkin raskaassa kairauskalustossa on kierteiden voiteluun käytettävä öljyä. Lisäksi eräissä kairausmenetelmissä käytetään reiän huuhteluun paineilmaa, jonka mukana näytteeseen voi kulkeutua öljyä. Kalustosta näytteisiin voi myös kulkeutua metalleja (Fe lisäksi Cr ja Mo, sekä joissakin tapauksissa liuskasulkijoista Cu ja Zn), ottimien hieroutuessa maapartikkeleihin.

2.4 MINERAALIKOO$TUMUKSEN JA RAEKOON VAIKUTUS ANALYYSITULOKSIIN

Saastuneessa maaperässä haitalliset aineet ovat usein sitoutuneet maapartikkeleiden pinnoille. Maaperän kyky sitoa eri aineita vaihtelee niiden mineraalikoostumuksen ja raekoon mukaan. Hienorakeisilla maalajeilla (savella) rakeiden ominaispinta—ala on useita kymmeniätuhansia cm3, kun se hiekalla on noin 130 cm3 (Soveri ja Kauranne 1975, Toippanen 1989).

Savimineraalit ovat levymäisiä verkkosilikaatteja. Niiden pinnoilla on runsaasti ka—

tioneja, jotka pysyvät reagoimaan sitomalla ioninvaihtoreaktioilla muita ioneja. Savea karkeammat maalajit Suomessa koostuvat pääosin kvartsi— ja maasälpärakeista joiden pinnoilla ei vastaavia reaktioita juurikaan tapahdu.

Kemiallisten analyysien tuloksiin voi merkittävästi vaikuttaa mistä raekoosta ne suoritetaan. Tästä johtuen näytteenoton aiheuttaman hajonnan vähentämiseksi ja tulosten saamiseksi vertailukelpoiseksi analyysit tulisi pääosin tehdä samasta raekoosta eli tietyn seulan läpäisseestä fraktiosta. Orgaaniset analyysit on esitetty tehtäväksi 0

< 2mm fraktiosta (Joutti ja Korhonen 1989). Ympäristötutkimuksissa raskasmetal—

lianalyysit on Suomessa pääosin tehty 0 ^{< 0,5} mm ftaktiosta.

3 POHJAVESINÄYTTEENOTTO

3.1 Näytteenottorakenteet

Saastuneisiin maa—alueisiin liittyvät pohjavesitutkimukset eroavat veden hankintaan liittyvistä pohjaveden laadun tutkimuksista. Suurimmat erot näiden tutkimusten välillä ovat siinä, että saastuneiden maa—alueiden tutkimusten yhteydessä tutkittavien aineiden merkittävät pitoisuudet voivat olla hyvinkin pieniä. Lisäksi tutkimuksia joudutaan suorittamaan alueilla, joissa maaperän vedenläpäisevyys on huomattavasti pienempi kuin vedenhankintaan soveltuvilla alueilla.

Edellä mainittujen seikkojen vuoksi näytteenottorakenteisiin joudutaan kiinnittämään erityistä huomiota. Pohjavesiputket ja —kaivot on oltava sellaista materiaalia, josta ei liukene tutkittavia aineita veteen. Materiaalien tulee lisäksi soveltua pitkäaikaiseen pohjavesien tarkkailuun. Siksi tulisi yleensä välttää teräsputkia. Lisäksi pohjavesiput—

kien siiviläosan on oltava riittävän hienoreikäinen (moreenialueilla rakosiivilä 0.3 mm ja savikoilla piezometrikärki).

Tutkittavat haitalliset aineet ovat usein veteen niukkaliukoisia. Tämän seurauksena ne kulkeutuvat veteen liuenneina pohjavesivyöhykkeen yläpinnalla tai vettä läpäisemättö—

män kerroksen päällä. Tämä tulee ottaa huomioon pohjavesiputkien ja —kaivojen siiviläosia asennettaessa. Siksi esim. mineraaliöljyjen tutkimuksiin käytettyjen siiviläputkien tulee ulottua pohjaveden pintaan.

30

3.2 Pohjavesinäytteenottoon käytetyt menetelmät

Yleensä pohjavesinäytteet tulee ottaa niin, että ne edustavat mahdollisimman hyvin alueen pohjaveden keskimääräisiä pitoisuuksia. Siksi näytteitä tulisi ottaa kaivoista, joita käytetään talousvesikaivoina tai pohjavesiputkista, joita voidaan huuhdella riittävän suurella tuotolla ja joiden vesi saadaan kirkastumaan.

Tällöin näyte otetaan 1—2 tunnin kuluttua pumppauksen aloittamisesta, mutta aikaisin taan 1/2 tunnin kuluttua veden kirkastumisesta (Vesiyhdistys 1986). Mikäli vettä ei saada kirkastumaan pumppauksien aikana, tulee raskasmetallinäytteet suodattaa maastossa, jotta analyysien tuloksina saataisiin veteen liuenneiden eikä hienoaineksen sisältämien metallien pitoisuudet.

Saastuneiden maa— alueiden tutkimuksien yhteydessä näytteitä joudutaan ottamaan alueilta, joilla maaperän vedenantoisuus on niin pieni, että näytteitä ei voida ottaa suoraan pumppauksen yhteydessä virtaavasta vedestä. Tällöin näytteenotto on suoritet tava eri tyyppisillä noutimilla tai pumppaamalla varsinaisen pohjavesiputken sisältä pienihalkaisijaisesta näytteenottoputkesta. Näytteenottopumppuina voidaan käyttää erilaisia tyhjiö—, paine— tai uppopumppuja.

Tyhjiöpumppujen etuna on että niissä näyte ei joudu tekemisiin itse pumpun kanssa.

Haittana menetelmässä on pieni tuotto ja matala nostokorkeus. Painepumppujen ja uppopumppujen etuna on suuri nostokorkeus. Niiden haittana tyhjöpumppuihin verrattuna on monimutkaisempi puhdistaminen. Eri tyyppisten noutimien haittana on yleensä työskentelyn hitaus. Lisäksi ne sekoittavat veden pohjavesiputkissa siten, että näytteisiin liettyy kiintoainesta.

Saastuneisiin maa—alueisiin liittyvien tutkimuksien yhteydessä joudutaan näytteitä kuitenkin ottamaan myös veteen liukenemattomista tai niukkaliukoisista aineista.

Tällöin näytteenotto edellyttää haitta—aineiden fysikaalisten ja kemiallisten ominai suuksien tuntemista, jotta voidaan arvioida kulkeutuvatko ne pohjavesikerroksen ylä—

tai alapinnalla. Tällöin voidaan näytteenotto joutua keskittämään hyvin ohueeseen horisontaaliin kerroksista.

3.3 Pohjavesinäytteiden kontaminaatio

Koska saastuneiden maa—alueiden tutkimusten yhteydessä pohjavesistä joudutaan tutkimaan haitta—aineita, jotka jo pieninä pitoisuuksina ovat merkittäviä on näyt—

teenotossa kiinnitettävä erityistä huomiota kontaminaatioriskiin. Tämä asettaa näyt—

teenottovälineille ja astioille vastaavat vaatimukset kuin polijavesiputkille.

Näyteastioiden tulee aina olla laboratorion suosittelemaa materiaalia ja sen antamien ohjeiden mukaisesti puhdistettuja (Vesi— ja ympäristöhallitus 1992).

Näytteenottimet tulee huolellisesti puhdistaa näytteenottopisteiden välillä. Erityisen tärkeätä tämä on alueilla, joiden maaperä on niin huonosti vettä läpäisevää, että näyt- teenottovälineitä ei voida huuhdella varsinaisilla näytteillä. Niiden puhdistaminen tulisi tehdä samalla tavalla, kuin näytepullot puhdistetaan. Usein tämä on maastossa kuitenkin erittäin hankalaa tai jopa mahdotonta. Tällöin tulisi käyttää kertakäyttöisiä

näytteenottovälineitä. Kontaminaatioriskiä voidaan myös vähentää siirtymällä näyt—

teenotossa puhtaammilta alueilta likaisemmille.

KIRJALLISUUS

Ässmuth, T., Strandberg, T., Joutti, A. ja Kalevi, K. 1992 Kemiallisesti saastuneen maaperän tutkimusmenetelmät. Vesi— ympäristöhallinnon julkaisuja Sarja A Nro 97.

IBSN 951—47—5716—5, ISSN 0786—9592.

Joutti, A. ja Korhonen, K. 1989. Kiinteän ympäristönäytteen käsittely kemiallista analyysiä varten.

Vesi— ja ympäristöhallituksen monistesaija Nro 192. ISBN 951—47—2431—3, ISSN 0783—3288.

Soveri, U. ja Kauranne, L. K. 1975. Rakennusgeologia 1. TKY Otapaino,Espoo.

ISBN 951—671—029—8.

Toippanen, 1. 1989. Saastuneiden maa—alueiden aiheuttama pohjavesien pilaantumisriskin arviointi.

Vesi— ja ympäristöhallituksen monistesarja Nro 197. ISBN 951—47—2436—4, ISSN 0783—3288.

Vesi— ja ympäristöhallitus. 1992. Vesitutkimusten näytteenottomenetelmät. Vesi— ja ympäristöhal—

linnon julkaisuja ^— sarja B, Nro 10

Vesiyhdistys. 1986. Pohjavesitutkimukset. Vesiyhdistys ry.

32 Vanhempi tutkija

Kirsti Kalevi

Vesi— ja ympäristöhallitus

NÄYTTEENOTTO MAAPERÄN JA JÄTTEEN HUOKOSILMÄSTA JA MUISTA KAASUISTA

1 HUOKOSILMATUTMMUK$EN TARVE JA RAJOITUKSET

Huokoskaasututkimusten käyttö Suomessa saastuneiden alueiden tutkimuksissa on alkanut pikkuhiljaa yleistyä menetelmän käyttökelpoisuuden tullessa tunnetuksi.

Huokoskaasututkimuksilla pyritään selvittämään helposti haihtuvien ja kaasumaisten yhdisteiden esiintymistä ja leviämistä saastuneessa maaperässä. Koska huokosilmatut—

kimuksia on tehty vasta jonkin aikaa ovat niihin käytetyt tutkimusmenetelmät koko ajan kehittymässä. Huokosilmatutkimuksiin ja näytteenottoon on sovellettu paljolti työsuojelumittausten vakiintuneita menetelmiä, jotka ovat erittäin yleisesti käytettyjä ja usein standardoituja.

Saastuneiden maa—alueiden tutkimuksissa pyritään pääasiassa selvittämään maahan joutunciden haihtuvien haitallisten aineiden leviämistä. Huokosilmatutkimuksilla pyritään saamaan alustavasti selville tarvittavien pohjavesi— ja maaperätutkimusten laajuus. Tutkimuksilla saadaan karkeasti selville myös saasteiden määrä maaperässä.

Maaperässä olevaa absoluuttista määrää ei huokosilmasta voida selvittää sillä arvioissa pitäisi ottaa huomioon sekä yhdisteiden käyttäytyminen maaperässä että maaperän ominaisuudet eikä tarpeeksi kattavia huokosilman ja maaperän saastepitoisuuksien vertailututkimuksia eri yhdisteille ole olemassa.

Kaasunäytteitä otetaan yleisimmin maaperän sisältä sen vedellä kyllästymättömästä huokostilasta. Huokoskaasututkimusten käyttöön vaikuttaa hyvin suuresti tutkittavan maaperän rakenne. Jos maaperän hienoainespitoisuus on suuri, kuten esimerkiksi savikoilla ja useilla moreenimailla, on saastuneisuuden tutkiminen vaikeaa. Tämä johtuu siitä että hyvin tiheässä maaperässä ilmanläpäisevyys on pieni, vaikka itse maa sisältää huomattavastikin huokosilmaa. Kaasuja voidaan lisäksi tutkia esimerkiksi kaivoista ja rakennusten alta.

Huokoskaasututkimusten avulla voidaan tutkia vain melko helposti haihtuva yhdisteitä ja niiden leviämistä. Yleisimmin tutkittuja ovat liuottimet ja öljytuotteet, jotka ovat useimmin aiheuttaneet maaperän saastumista.

Huokoskaasututkimuksen suurimpana etuna on sen heippous. Näytteenottoputkia voidaan asentaa paljon ja tiheästi tutkittavalle alueelle ja kartoittavia kenttätutkimuksia voidaan tehdä kattavasti. Näiden perusteella voidaan rajata laboratorionäytteenottoa ja jättää pois selvästi puhtaat alueet. Laboratoriotutkimusten tulosten perusteella voidaan rajata varsinaista ja huomattavasti kalliimpaa maa— ja vesinäytteenottoa.

2 NÄYTTEENOTON KOHDENTAMINEN JA TOTEUTUS

2.1 Näytteenoton suunnittelu

Tutkimuksen alussa on selvitettävä tutkittavan alueen käyttöhistoria mahdollisimman tarkasti. Tutkittavan alueen laajuus ja mahdollisesti maahan joutuneet kemikaalit olisi hyvä saada selville. Tieto kemikaaleista helpottaa tutkittavien yhdisteiden analyysejä.

Tutkimuksissa voidaan suoraan keskittyä niihin yhdisteisiin joita alueella tiedetään käytetyn, eikä lähteä hakuammuntana kartoittamaan suurta yhdistevalikoimaa.

Huokoskaasuputkia asennetaan alueelle mieluummin liian paljon kuin liian vähän.

Tällä voidaan tehokkaimmin rajata varsinainen tutkittava alue. Myös saastuneeksi tiedetyn alueen ulkopuolelta pitäisi ottaa tarpeeksi näytteitä, jotta varmistettaisiin etteivät saasteet ole lähteneet kulkeutumaan eteenpäin. Lähinnä täytyy huornioida pohjaveden virtaussuunnassa olevat saastuneen alueen alapuolella olevat alueet.

Jos halutaan kartoittaa tutkittava alue tarkkaan on suositeltavin näytteenottoputkien tiheys noin viiden metrin välein ruuduttamalla. Tämä on ihanne, jota ei läheskään kaikissa tapauksissa ole järkevää eikä tarkoituksenmukaista noudattaa. Jokaisessa tapauksessa putkien tiheys on mietittävä erikseen alueen laajuuden ja taustatietojen perusteella.

Jos alue on kovin laaja voidaan putkia asentaa aluksi harvemmin ja näin pyrkiä rajaamaan todella saastunut alue, jolle voidaan asentaa lisää putkia. Jos taas aluetta tiedetään käytetyn esimerkiksi öljyvarastona ja saastuneiksi tiedetyt alueet tunnetaan tarkkaan eikä mainittavia lorahduksia ole tapahtunut voidaan saastuneimmilta alueilta ottaa näytteitä tiheämmin kuin puhtaammilta alueilta. Kartoittavia kenttämittauksia voidaan kuitenkin suorittaa tiheästi ja varsinaisia laboratorioon lähetettäviä näytteitä otetaan vähemmän.

2.2 Näytteenottorakenteet

Kaasunäytteitä voidaan ottaa kiinteistä rakenteista esim. kaatopaikoilla, joihin on asennettu kaasukaivoja, tai saastuneilla alueilla, joiden huokoskaasuja kerätään pol—

tettavaksi tai muuhun käsittelyyn. Näytteenottoon voidaan käyttää myös pohjavesiput—

kia ja —kaivoja, etenkin tapauksissa joissa siiviläosa ulottuu korkealle, aina vedellä kyllästymättömään karkearakeiseen vyöhykkeeseen. Kaasunäytteitä on mahdollista ottaa myös salaojakaivoista, rakennusten ryömintätiloista, kellareista ja sisätiloista.

Huokoskaasututkimuksissa on näytteenottoputkina käytetty useimmiten helposti asennettavia ja siirrettäviä putkia. Putket voidaan asentaa näytteenoton yhteydessä ja siirtää helposti seuraavaan näytteenottopisteeseen. Putket ovat noin 1—2 m:n pituisia, maan alapuoliselta osalta reiitettyjä putkia. Materiaalina on teräs tai muovi. Usein on tutkimuksissa käytetty yksinkertaisia sähkösuojaputkia. Pitempiaikaisesti asennettavia putkia on tarkoituksenmukaista käyttää esimerkiksi kunnostettavien alueiden seuran—

taan.

Näytteenottoputket asennetaan kairaamalla maahan noin metrin syvyinen reikä. Putki laitetaan reikään niin että rei’itetty osa on varmasti maanpinnan alapuolella.

34

Maanpinnan ja putken rajakohdan tiivistämiseen käytetään esimerkiksi bentoniittia, jota on helppo kuljettaa kuivana mukana ja sekoittaa veden kanssa kentällä. Kun putket on asennettu suljetaan ne tiiviillä korkilla ja annetaan putkessa olevan ilman tasaantua noin vuorokauden verran.

23 Näytteenotto kenttämittauksiin

Kenttämittausten näytteenotto riippuu ensisijassa käytettävästä menetelmästä. Useim missa menetelmissä itse laitteessa on pumppu, joka imee näytteen laitteeseen eikä ulkoista imulähdettä tarvita. Laitteen käyttöohjeissa on yleensä ilmoitettu imunopeus.

Jos laitteessa ei ole omaa pumppua voidaan käyttää samaa pumppua kuin muuhunkin näytteenottoon.

Varsinkin maaperästä näytteitä otettaessa kannattaa tarkistaa ettei laitteen imunopeus ole liian suuri. Tällaisessa tapauksessa saattaa käydä niin että laite imee myös maan päältä ilmaa ja tulokset jäävät liian pieniksi.

2.4 Naytteenotto laboratoriomäarityksiin

Kaasunäytteitä otetaan kalibroidulla sähköpumpulla, jolla imetään ilmaa keräysputken läpi määrätty tilavuus tai aika. Putket ovat lasisia tai metallisia ja ne on täytetty aktiivihuili— tai polymeerisorbentilla. Metallisiin, esimerkiksi Tenax—polymeerillä täytettyihin putkiin, otetaan näytteitä termodesorptiomääritystä varten. Aktiivihiilellä tai polymeerillä täytettyihin lasiputkiin kerätty näyte yleensä uutetaan sopivalla liuottimella.

Varsinaisten näytteiden lisäksi otetaan taustapitoisuuksien selvittämiseksi nollanäyttei—

tä. Ne ovat näytteenotossa mukana kulkevia näytteenottoputkia, joita käsitellään täysin samalla tavalla kuin varsinaisia näytteenottoputkia.

2.5 Muut näytteenottomenetelmät

Kaasunäytteitä voidaan ottaa keräysputkiin myös passiivisilla menetelmillä. Maaperän saastumistutkimuksissa on käytetty menetelmiä, joissa kuoppaan asetetaan adsorboivaa ainetta sisältävä näytteenottoputki. Kuoppa peitetään kannella ja näytteen annetaan keräytyä putkeen. Määrätyn ajan kuluttua putket lähetetään laboratorioon tutkittaviksi.

Hyvin pienimolekyylisiä ja haihtuvia aineita ei saada pysymään putkessa. Tällöin voidaan näyte kerätä pumpun avulla suoraan laminaattipussiin. Pussit voivat olla päällystettyjä mm. tefionilla ja tediarilla. Näytteenottopussin täytyy ehdottomasti olla näytteenottoon tarkoitettu erikoispussi. Jätesäkkejä tai muita vastaavia pusseja ei pidä käyttää, sillä ne saattavat imeä itseensä tai päästää läpi huomattavia määriä näytettä.

Laminaattipussista otetaan tutkittava näyte kaasutiiviillä miskulla.