Experience and lessons learnt in the design, fabrication and deployment of ceramic passive samplers for contaminant monitoring in water

The aim of this study is to describe the steps and complications encountered in the design, fabrication and calibration of ceramic passive samplers for the analysis of water contaminants. A ceramic passive samplers consists in a porous ceramic tube where a polymeric sorbent is placed in the inner side to preconcentrate the analytes from water with high enrichment factors. The diffusivity and uptake of contaminants depend on the ceramic porous structure that influences the sampling rate. Although the concept stands up for its simplicity, in real life passive samplers face several problems: fouling, clogging and saturation and then the uptake of contaminants may not be linear during the deployment period. With ceramic passive samplers these problems can be solved by optimizing the ceramic structure and porosity. Over eight year period, we have had a fruitful collaboration with Prof. Victor Orera, aimed to develop customized ceramic membranes to unselectively accumulate the contaminants present in different types of water with the overarching objective to monitor chemical pollution present in the environment. The use of customized ceramic passive samplers (CPS) will permit to identify main compounds in water, their evolution in time, identify the sources of pollution and finally gather enough knowledge and data to effectively propose control and remediation actions. In this study, we describe the steps undertaken in the development of ceramic samplers, their characteristics, the calibration procedure used, their performance and applicability. The work herein presented has been possible due to the brilliant ideas, enthusiasm, perseverance and motivation of Prof. Orera, but also because his joyful and cheerful character made this collaboration really pleasant and valuable. Resumen: El objetivo de este estudio es describir las etapas y complejidades halladas en el diseño, fabricación y calibración de muestreadores pasivos cerámicos para el análisis de contaminantes en agua. Los muestreadores pasivos cerámicos consisten en un cilindro cerámico poroso donde se coloca un adsorbente polimérico en el interior que permite preconcentrar los analitos del agua con elevados factores de enriquecimiento. La difusividad y la adsorción de contaminantes dependen de la estructura porosa de la cerámica que influye en la velocidad de muestreo. Aunque el concepto destaca por su simplicidad, en la vida real el uso de los muestreadores pasivos conlleva varios problemas: colmatación por partículas y materia orgánica, obstrucción y saturación, de manera que la adsorción de contaminantes puede no ser lineal. Con los muestreadores pasivos cerámicos, estos problemas se pueden resolver optimizando la estructura y la porosidad de la estructura cerámica. Durante un período de ocho años hemos tenido una fructífera colaboración con el Prof. Víctor Orera con el objetivo de desarrollar membranas cerámicas «a medida» para acumular de manera no selectiva los contaminantes presentes en distintos tipos de agua. El uso de muestreadores pasivos cerámicos permite identificar las fuentes de contaminación, los contaminantes más ubicuos y su evolución en el tiempo. La monitorización de la calidad del agua de forma sistemática mediante muestreadores pasivos proporciona nuevos datos que permiten proponer acciones de remediación de manera efectiva. En este artículo se describen los pasos realizados en el desarrollo de los muestreadores cerámicos, pretende destacar sus propiedades y el procedimiento de calibración, así como su rendimiento y aplicabilidad. Este estudio ha sido posible gracias al conocimiento, el entusiasmo, la perseverancia y la motivación del Prof. Orera, pero también por su carácter alegre y optimista que hizo esta colaboración realmente grata y valiosa.