Strumentazione

L’analizzatore automatico di mercurio Milestone DMA-80 è un’ottima alternativa alle procedure classiche di analisi perché permette di eliminare la fase di preparazione del campione. Con questo strumento, infatti, non è più necessario mineralizzare il campione prima dell’analisi ma è possibile analizzarlo direttamente tal quale, per una vasta gamma di matrici (suoli, sedimenti, piante, tessuti animali, liquidi come il sangue, etc.). Il DMA-80 si basa sulla tecnica della spettrofotometria ad assorbimento atomico, infatti possiede uno spettrofotometro a doppia cella la cui sensibilità è compresa tra 0,005 e 1200 ng. In altre parole, è possibile analizzare campioni solidi in cui la concentrazione di Hg varia dall’ordine dei ppb fino ai ppm, senza alcuna necessità di diluizione.
Lo strumento opera in pieno accordo con il metodo US-EPA 7473 e combina diverse tecniche: la decomposizione termica del campione, la conversione catalitica che porta alla riduzione del Hg, il mescolamento dei vapori di Hg⁰ con l’oro con formazione dell’amalgama e la spettrofotometria ad assorbimento atomico.

Per la determinazione del Hg nelle acque è stata utilizzata la tecnica della spettrofotometria a fluorescenza atomica accoppiata alla riduzione del Hg mediante la tecnica dei vapori freddi (CV-AFS), utilizzando uno strumento Analytik Jena Mercur. Il principio di funzionamento è basato sul metodo normato EPA Method 1631e.
In dettaglio, la tecnica si basa sulla riduzione del Hg²⁺ presente in soluzione mediante l’aggiunta di cloruro stannoso (SnCl₂). Il Hg⁰ formatosi in seguito alla riduzione viene trasportato per mezzo di un gas inerte, l’Argon, ad una trappola in oro dove viene raccolto con formazione dell’amalgama.
La determinazione finale si basa sul rilascio del Hg dalla trappola mediante riscaldamento a 450-500 °C. Il limite di rilevabilità dello strumento (LOD) è < 0.1 ng L^-1.

Per la determinazione del contenuto in Hg dei campioni solidi mineralizzati (sedimenti, suoli, vegetali, ecc.) viene utilizzata la tecnica dei vapori freddi accoppiata alla spettrofotometria di assorbimento atomico, sfruttando uno spettrofotometro Perkin Elmer AAnalyst 100 ed una unità Perkin Elmer FIAS-100 per la generazione dei vapori freddi.
Il Hg gassoso (Hg⁰) viene ottenuto riducendo il Hg²⁺ presente nel campione mediante una soluzione basica di sodioboroidruro (NaBH₄) in idrossido di sodio (NaOH) a temperatura ambiente. Il campione e la soluzione riducente vengono mescolate in flusso segmentato all’interno dell’unità FIAS-100 (Flow Injection for Atomic Spectroscopy) e trasportati ad un separatore gas/liquido in cui il Hg⁰ viene liberato. Il Hg⁰, dopo aver attraversato un filtro in politetrafluoroetilene (PTFE), viene trasportato per mezzo di un gas di trasporto (Argon) ad una cella in quarzo posta nel cammino ottico dello spettrofotometro. L’assorbanza misurata a 253,7 nm sarà proporzionale al Hg presente nel campione. Il limite di rilevabilità dello strumento (LOD) è pari a 0.13 µg g^-1.

Per determinare il contenuto in metalli pesanti nelle matrici solide organiche (es. vegetali, animali) e non (es. sedimento, suolo), i campioni, una volta liofilizzati e macinati, vengono sottoposti ad un processo di solubilizzazione totale a caldo in un sistema chiuso a microonde (Loring e Rantala, 1992). La procedura si basa sul metodo US-EPA 3052 e prevede la digestione totale del campione con una miscela di acidi forti in opportuni “digestori” sotto pressione. Attraverso la tecnologia a microonde, infatti, si possono superare diversi problemi legati alla solubilizzazione del campione come la possibilità di contaminazioni, la perdita dell’analita/i di interesse, fenomeni di adsorbimento specifici e l’incompleta disgregazione della matrice. L’uso del forno a microonde ad alta pressione permette di diminuire i tempi di trattamento, mantenendo una resa molto buona con o senza l’uso di acido fluoridrico (HF) che permette la completa mineralizzazione. Il sistema chiuso a microonde (Milestone, MLS 1200), inoltre, è dotato di sei contenitori, detti “teflon bombs”, in politetrafluoroetilene (PTFE), materiale inerte e quindi privo di problemi di contaminazione e di adsorbimento.

Il contenuto in metalli pesanti nei campioni mineralizzati o nelle acque vengono determinati mediante spettroscopia di emissione atomica mediante una sorgente al plasma accoppiata induttivamente (ICP-AES). Tale tecnica si basa sulla misura della radiazione emessa dal campione in seguito all’eccitazione degli atomi ed al loro successivo ritorno allo stato fondamentale. Per l’atomizzazione del campione vengono sfruttate le elevate temperature del plasma (6500-10000 K) che consentono di atomizzare o ionizzare ed eccitare quasi tutti gli elementi. I limiti di rilevabilità sono molto bassi e vanno da poche unità di μg L^-1 fino a frazioni centesimali di μg L^-1. Il segnale risulta stabile e altamente riproducibile, con la possibilità di effettuare agevolmente analisi multicomponenti avendo, al tempo stesso, basse interferenze chimiche.

Per determinare alcune caratteristiche chimico-fisiche del particellato in sospensione presente nei campioni d'acqua si costruisce in laboratorio un sistema di filtrazione. Con questo sistema è possibile effetture l'analisi ponderale per determinare la quantità di particellato per litro d'acqua (mg/L), le analisi granulometriche per definire la dimensione delle particelle che viaggiano in colonna d'acqua e le analisi chimiche, relative ad esempio al contenuto in carbonio organico (C_org) e in metalli pesanti (Hg).
Per poter eseguire queste analisi, i campioni d’acqua vengono filtrati con l’ausilio di questo apparato di filtrazione in cui è stato creato il vuoto. Il sistema è costituito da una beuta, un porta filtro, il filtro (filtro Whatman da 0.70 µm o Millipore da 0.45 µm) e un bicchiere graduato. Il campione viene versato, previa agitazione costante al fine di mantenere quanto più possibile il campione omogeneo, nel bicchiere e il particellato in sospensione viene trattenuto dal filtro. Il restante soluto, invece, è raccolto nella beuta sottostante e successivamente misurato con cilindro graduato, sul quale possono essere effettuate successive analisi chimiche (ad esempio di Hg disciolto).

L’analisi per il contenuto in Carbonio totale (C_tot), Carbonio organico (C_org) e Azoto (N) nelle matrici inorganiche (es. sedimenti), è effettuata utilizzando un analizzatore elementale (ECS 4010 Elemental Combustion System, Costech) alla temperatura di combustione di 975°C.

I campioni vengono bruciati in ambiente saturo di O₂ e la produzione dei gas di combustione viene misurata automaticamente dallo strumento stesso. I campioni vengono immessi da un autocampionatore nella zona di combustione, dove la temperatura è compresa tra i 925 e i 975°C. I prodotti della combustione così formati (CO₂, H₂O ed N₂) passano in una camera dove vengono perfettamente miscelati in condizioni di temperatura e pressione controllate e fluiscono successivamente in una colonna cromatografica dove, attraverso un processo di ritenzione selettiva, viene creato il caratteristico segnale “a gradini”. La serie viene quindi analizzata da un rilevatore a conducibilità termica che registra la differenza di potenziale rispetto al livello base del gas di trasporto utilizzato (He).

Le analisi granulometriche sono effettuate sul sedimento fresco per mezzo di un granulometro laser (Malvern Mastersizer 2000). Questo strumento è in grado di eseguire automaticamente ed in modo molto rapido le analisi sulle particelle di sedimento di diametro compreso tra 0,02 µm e 2 mm. Le analisi vengono eseguite mediamente su 2 mL di campione, prelevato a mezzo di una pipetta da una soluzione dello stesso, mantenuta in sospensione da un agitatore meccanico e sottoposta ad ultrasuoni. Un raggio laser attraversa la sospensione e un rilevatore registra la distribuzione angolare della luce difratta che aumenta al diminuire delle particelle. I risultati analitici sono restituiti in percentuali di frequenza per ogni singola classe granulometrica di intervallo 0,5 Φ (-log₂ diametro particelle in mm).