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Laboratorio di Chimica Analitica Luca Ferrero AA 2008/2009

Laboratorio di Chimica Analitica Luca Ferrero AA 2008/2009. Analisi della componente ionica inorganica in campioni di particolato atmosferico mediante analisi in Cromatografia Ionica . Analisi chimica del Campione

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Laboratorio di Chimica Analitica Luca Ferrero AA 2008/2009

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  1. Laboratorio di Chimica Analitica Luca Ferrero AA 2008/2009 Analisi della componente ionica inorganica in campioni di particolato atmosferico mediante analisi in Cromatografia Ionica

  2. Analisi chimica del Campione La Chimica Analitica implica separazione, identificazione e determinazione delle quantità relative dei componenti in un campione di sostanza • Campione (Matrice) • es: • Particolato atmosferico • Aria • Suolo • Acque • Porzioni di opere d’arte • Campioni alimentari • …. ecc • Analita • es: • Ioni, IPA … • COV • IPA, Idrocarburi • Fe2+ • Resine • Pestici • …. ecc ? Metodo selettivo per gli analiti di interesse

  3. PM2.5. Estate bianco MILANO (URBANO) 28 Lug 08 29 Lug 08 27 Lug 08 OASI BINE (RURALE) ALPE S. COLOMBANO (REMOTO)

  4. La Cromatografia • La cromatografia è un metodo analitico largamente diffuso per la separazione, identificazione e determinazione dei componenti chimici in miscele complesse. • La base della metodologia è la presenza di una fase stazionaria e di una fase mobile in grado di fluire attraverso la fase stazionaria. • La separazione è basata sulla differente velocità di migrazione degli analiti lungo la fase stazionaria. • Di cromatografia ne esistono di svariate tipologie: • Gas Cromatografia • Cromatografia Liquida • Cromatografia Liquida ad alta prestazione (HPLC) • Cromatografia su strato sottile • Cromatografia a esclusione dimensionale • … Cromatografia Ionica

  5. Cromatografia Ionica: Fase Stazionaria GF (Gruppo Funzionale) GF • Polistirene sostituito con: • gruppi solfonici [RSO3-H+] per l’analisi dei Cationi • gruppi amminici basici [RN(CH3)3+OH-)] per l’analisi degli anioni Cromatografia Ionica: Fase Mobile La Fase mobile è una soluzione ionica anionica per l’analisi degli anioni e cationica per l’analisi dei cationi Cromatografia Ionica: Rilevatore Conduttimetrico

  6. CAMPIONAMENTO MILANO-BICOCCA UNIVERSITY DEPARTMENT OF ENVIRONMENTAL SCIENCE AND TECHNOLOGY CAMPIONAMENTO GRAVIMETRICO PARTICOLATO ATMOSFERICO Metodo manuale BILANCIA ANALITICA (precisione 1 mg) IMPATTORE PER TAGLIO DIMENSIONALE (PM10, PM2,5…) FLUSSO D’ARIA CAMPIONATO FILTRO es. per la frazione PM10 l’efficienza del sistema di campionamento è del 55 % per dae = 10 µm e si annulla dae> 15 µm UE: PM10 - EN12341 (1998) US-EPA: PM10 - CFR40-Part 50 App. J (1984) PM2.5 - CFR40-Part 50 App. L (1997)

  7. Prototipo bagno ad ultrasuoni (Sonica®) acqua Speciale traduttore piezoelettrico, modulato ad una frequenza elevata di 39-41 kHz e potenza 70 W. Il tempo di estrazione è ridotto a soli 3-15 minuti. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI MILANO-BICOCCA DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELL’AMBIENTE E DEL TERRITORIO TECNICHE DI ESTRAZIONE • Soxhlet • VANTAGGI • standardizzata, recuperi elevati • SVANTAGGI • lenta (12-24 h) • Laboriosa (quantitativi elevati di solvente-250 ml-, necessità di concentrare il campione) • Ultrasuoni • VANTAGGI • rapida • semplice • SVANTAGGI • scarsa standardizzazione

  8. ESTRAZIONE Prototipo bagno ad ultrasuoni (Sonica®) acqua MILANO-BICOCCA UNIVERSITY DEPARTMENT OF ENVIRONMENTAL SCIENCE AND TECHNOLOGY BAGNO AD ULTRASUONI MODIFICATO (Perrone M.G., et al., “La Chimica e l’ Industria, 2003) Tecnica semplice, rapida e standardizzata: adatta per analisi numerosi campioni ambientali • IPA • Nitro-IPA • Oxi-IPA • Alcani • Fenoli e Nitrofenoli • Cresoli e Nitrocresoli • Ioni inorganici • Ultrasuoni a frequenza modulata, centrata a 40 KHz: intensa energia ultrasonora concentrata in un bagno a geometria ottimizzata Es. IPA

  9. Estrazione degli ioni dal particolato atmosferico Estrazione Ioni: Bagno a ultrasuoni, 20 min Acqua Millli-Q Filtrazione dell’estratto (Teflon filters, porosità 0.45 mm) Analisi in Cromatografia Ionica Accuratezza, Ripetibilità

  10. UNIVERSITA’ MILANO -BICOCCA – DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELL’ AMBIENTE E DEL TERRITORIO ANALISI IC DI CAMPIONI DI PARTICOLATO ATMOSFERICO Sistema IC con rilevatore conduttimetrico (Dionex 50) ANIONI COLONNA: Dionex IonPac® AS14A-5 mm Analytical, 3x150 mm PRECOLONNA: Dionex IonPac® AG14A-5 mm Guard, 3x30 mm ELUENTE: eluizione isocratica, flusso 0,5 ml/min. Soluzione Na2CO3 /NaHCO3 in H20 ultrapura (MilliQ), [ ] rispettivamente 8,0 mM e 1,0mM. RIGENERANTE SOPPRESSORE: acidio solforico 0.05 M CATIONI COLONNA: Dionex IonPac® CS12A-5 mm Analytical, 3x150 mm PRECOLONNA: Dionex IonPac® CG12A-5 mm Guard, 3 x 30 mm ELUENTE: eluizione isocratica, flusso 0,5 ml/min. Soluzione MSA in H20 ultrapura (MilliQ), [ ] 0,4 mM RIGENERANTE SOPPRESSORE: tatrabutilammonioidrossido 0.1 M Estratto di un campione di PM10 urbano milanese

  11. UNIVERSITA’ MILANO -BICOCCA – DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELL’ AMBIENTE E DEL TERRITORIO LA COMPOSIZIONE CHIMICA DEL PARTICOLATO ATMOSFERCO Milano, Via Messina (background urbano). Composizione chimica media annua (dati 2002: progetto PUMI) IONI INORGANICI (NH4+, SO42-, NO3-): analisi cromatografia ionica IC (DISAT-UNIMIB) ELEMENTI = mineral dust (Al, SI, K, Ca; Ti) e trace elements (V, Cr, Mn, Fe, Ni, CU, Zn, Br, Pb): analisi EDX-XRF (ARPA) TC= OC+EC: analisi termogravimetrica combinata con spettrofotometro infrarosso TGA-FTR (UNIMI) PM10 33% FRAZIONE IONICA INORG (NH4+, NO3-, SO4=) 43% FRAZIONE CARBONIOSA (TC) 9% MINERAL DUST 1% ELEMENTI IN TRACCIA 14% FRAZIONE “SCONOSCIUTA” (es. H20, ossidi, eteroatomi fraz. organica) PM2.5 41% FRAZIONE IONICA INORG (NH4+, NO3-, SO4=) 42% FRAZIONE CARBONIOSA (TC) 2% MINERAL DUST 1% ELEMENTI IN TRACCIA 16% FRAZIONE “SCONOSCIUTA” (es. H20, ossidi, eteroatomi fraz. organica)

  12. F- UNIVERSITA’ MILANO -BICOCCA – DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELL’ AMBIENTE E DEL TERRITORIO LA COMPOSIZIONE IONICA INORGANICA DEL PARTICOLATO ATMOSFERICO Ioni di origine primaria: risospensione polvere del suolo SORGENTI Ioni di origine secondaria : da precursori gassosi per reattività atmosferica

  13. UNIVERSITA’ MILANO -BICOCCA – DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELL’ AMBIENTE E DEL TERRITORIO IONI INORGANICI DI ORGINE SECONDARIA NH4+, NO3-, SO4=: particolato di origine secondaria (da precursori gassosi) (T) NH4NO3(s) NH4+(l)+NO3-(l) NH3(g) +HNO3(g) Fonti naturali ed antropiche (allevamento, agricoltura, macchine catalizzate) NOx (NO, NO2)+ OH• Combustione ( autoveicoli) Reattività fotochimica (OH•) o ossidazione in fase eterogenea (es. nebbie urbane) SO2(g) SO4-- Processi di combustione del carbonio e petrolio contenenti zolfo

  14. EFFETTI DEL PM SUI CAMBIAMENTI CLIMATICI UNIVERSITA’ MILANO -BICOCCA – DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELL’ AMBIENTE E DEL TERRITORIO Rapporto IPCC, 2007

  15. OC e BC Comb. fossili Solfati OC e BC Comb.biomasse Dust Direct aerosol induced radiative forcing (W m-2) UNIVERSITA’ MILANO -BICOCCA – DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELL’ AMBIENTE E DEL TERRITORIO PM E CAMBIAMENTI CLIMATICI – FORCING DIRETTO Rapporto IPCC, 2001

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