CHIMICA ANALITICA AMBIENTALE Corso di Laurea in Biologia

Concetti preliminari L’obiettivo principale del chimico analitico non è la semplice misurazione (ad eccezione delle analisi di routine), ma la risoluzione di problemi. Non deve, cioè, essere solo la fonte remota che dispensa risultati analitici, ma deve poter partecipare attivamente ai progetti cui è di supporto, permettendo di chiarire i meccanismi dei fenomeni in studio Per fare questo è necessario che il chimico analitico abbia competenze vaste e all’avanguardia del sapere chimico 2

Competenze richieste Per risolvere un problema di chimica analitica sono necessarie almeno le seguenti competenze: • la comprensione della chimica coinvolta (chimica di base, sistematica, equilibri di reazione) • la conoscenza del campionamento e del trattamento del campione • l’utilizzo appropriato dei metodi di separazione • la valutazione dell’importanza di una giusta calibrazione e dell’uso degli standard • la capacità di selezionare il metodo o i metodi migliori per la fase di misurazione (conoscenza delle principali tecniche analitiche) • intuito – il buon senso del chimico 3

Fasi dell’approccio analitico L’approccio analitico alla risoluzione dei problemi può essere definito dalle seguenti fasi: • corretta definizione del problema • garanzia che i campioni a disposizione siano rappresentativi del problema • interazione con in cliente per informarlo del problema e per definire i limiti di tempestività ed accuratezza richiesti • sviluppo di un piano analitico comprendente una valutazione della sequenza e dei metodi migliori da seguire • completamento del lavoro con l’uso della massima competenza e buona conoscenza chimica • comunicazione di risposte, non di dati, che comprendano la precisione e l’attendibilità e la specificazione delle cautele o delle restrizioni nell’uso dei dati • interpretazione dell’informazione e dei risultati in una relazione chiara, esauriente e significativa che descriva il problema in modo chiaro 4

Schema del processo analitico Fase Fonte Esempio Cliente Spargimento di olio in uno strato di terreno nell’ambito di una zona “a verde” Cliente Analista A che punto è la contaminazione del terreno da parte di oli minerali Scelta del procedimento Analista Estrazione separazione degli oli Campionamento Cliente + Analista Prelievo di campioni solidi di dimensioni opportune (100 g) Preparazione del campione Analista Omogeneizzazione, prelievo di sottocampioni ed estrazione con CCl 4 in Soxhlet Misura Analista Gascromatografia di un estratto Valutazione dei dati Analista Identificazione e quantificazione dei picchi gascromatografici Conclusioni Analista I valori degli analiti sono al di sotto del limite di tollerabilità? Relazione finale Analista Cliente Consigli per ulteriori azioni atte a risolvere il problema Enunciazione problema generale Enunciazione analitica del terreno, e quantificazione 5

Problemi di chimica analitica • Di che cosa è fatto? • Quanto ce n’è? • Che cosa devo fare? analisi qualitativa analisi quantitativa problema generale 6

Analisi qualitativa • Materiale di interesse forense • Materiale di interesse archeologico • Residui di inquinamento 7

Chimica Ambientale Identificazione di prodotti inquinanti • in falde acquifere • in corsi d’acqua • in alimenti • nell’aria 8

Approcci all’analisi qualitativa • Manuale (saggi con reagenti) – acidi, basi, solventi organici • Strumentale non distruttivo – tecniche superficiali (es. Raman, XRF) • Strumentale distruttivo – dissoluzione e analisi (tecniche multiresiduo) 9

Analisi quantitativa • Campioni di interesse ambientale – acqua, terreno, alimenti • Campioni di interesse artistico-archeologico – ceramica, vetro, pietra • Applicazioni industriali 10

Approcci all’analisi quantitativa • Manuale (titolazione) – Karl Fisher, durezza, COD • Strumentale non distruttivo – tecniche superficiali (XRF) • Strumentale distruttivo – dissoluzione e analisi (tecniche multiresiduo o a singolo analita) 11

Inquadramento del problema Molto spesso il problema da risolvere sarà correlato ad un ambito che va al di là del campo di competenza del chimico analitico, a volte anche al di fuori della sfera chimica. Inoltre, il committente è raramente in grado di apprezzare le potenzialità della chimica analitica, oppure ha un’idea errata dell’impegno necessario per ottenere risultati attendibili con i metodi scientifici Per questi motivi è sempre necessario un dialogo approfondito tra il cliente e l’analista prima di iniziare il processo di risoluzione del problema. Alcuni punti che l’analista deve chiarire sono i seguenti: • • che cosa si richiede esattamente? quali sono gli analiti? è necessaria un’analisi quantitativa o è sufficiente una qualititativa? qual è il range presunto di concentrazione degli analiti? quanto materiale è disponibile per l’analisi? qual è la natura della matrice? qual è la tempistica richiesta? i campioni sono a perdere? 12

Ricerca bibliografica Prima di intraprendere il lavoro sperimentale è assolutamente necessario effettuare una ricerca bibliografica per acquisire informazioni sui seguenti punti: • che cosa è stato fatto sull’argomento? • quali sono i dati disponibili? –procedure di trattamento del campione –concentrazioni di analiti in campioni simili • quali sono le tecniche analitiche più idonee? 13

Affidabilità delle fonti bibliografiche Naturalmente è opportuno avere spirito critico nel reperire informazioni, valutando se le fonti bibliografiche consultate siano affidabili o no in termini di parametri analitici (accuratezza, precisione, estensibilità dei metodi sviluppati, ecc. ). Alcuni metodi particolarmente robusti sono definiti metodi ufficiali: sono quelli richiesti dalla legge o da una regolamentazione emessa da un ente ufficiale (EPA, FDA, Direttiva Europea, ecc. ). Inoltre è utile ricordare che esistono alcuni enti dediti allo sviluppo di metodi analitici, che possono costituire un punto di riferimento sicuramente affidabile: • EPA, Environmental Protection Agency • AOAC, Association of Official Analytical Chemists • IRSA, Istituto di Ricerca sulle Acque 14

Scelta del procedimento analitico La scelta del procedimento analitico è ovviamente di cruciale importanza, in quanto determina il costo dell’analisi in termini di lavoro strumentale e personale, ed è influenzato da una serie di parametri quali la dimensione del campione, la disponibilità di tempo e il contenuto di informazione che si ottiene dall’indagine analitica Si noti che per procedimento analitico non si intende la semplice selezione della tecnica di analisi (es. AAS o ICP-MS, GC o LC, ecc. ), bensì l’insieme dei passaggi dal campionamento alla determinazione passando per il trattamento del campione. È evidente, però, che l’aspetto più importante e decisivo è relativo alla tecnica analitica 15

Scelta della tecnica analitica • • • Livello di accuratezza e precisione richiesto Sensibilità necessaria Numero di analiti (complessita` miscela) Influenza della matrice Disponibilità dello strumento Considerazioni economiche 16

Sensibilità necessaria • Livello di concentrazione: – componenti maggiori e minori – componenti in tracce – componenti in ultratracce • Limite di rivelabilità 17

Influenza della matrice • Stato fisico del campione –solido, liquido o gassoso –omogeneo o eterogeneo • p. H del campione • Contenuto di sostanze disciolte • Necessità di pretrattamento • Selettività 18