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
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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
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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
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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
dimensioni opportune (100 g)
Preparazione del campione
Analista
Omogeneizzazione, prelievo di
sottocampioni ed estrazione con
CCl4 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
del
terreno,
e quantificazione
di
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Problemi di chimica analitica
• Di che cosa è fatto?
• Quanto ce n’è?
• Che cosa devo fare?
analisi qualitativa
analisi quantitativa
problema generale
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Analisi qualitativa
• Materiale di interesse forense
• Materiale di interesse archeologico
• Residui di inquinamento
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Chimica Ambientale
Identificazione di prodotti inquinanti
• in falde acquifere
• in corsi d’acqua
• in alimenti
• nell’aria
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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)
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Analisi quantitativa
• Campioni di interesse ambientale
– acqua, terreno, alimenti
• Campioni di interesse artistico-archeologico
– ceramica, vetro, pietra
• Applicazioni industriali
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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)
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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?
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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?
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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
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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
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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
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Sensibilità necessaria
• Livello di concentrazione:
– componenti maggiori e minori
– componenti in tracce
– componenti in ultratracce
• Limite di rivelabilità
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Influenza della matrice
• Stato fisico del campione
–solido, liquido o gassoso
–omogeneo o eterogeneo
• pH del campione
• Contenuto di sostanze disciolte
• Necessità di pretrattamento
• Selettività
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