Inquinamento Atmosferico:
Effetti tossicologici
Prof. M. Chiara Pietrogrande
Lauree Scientifiche: CHIMICA
Gennaio-Marzo 2007
processi di combustione
contribuiscono ad aumentare
la concentrazione dei
GAS ad EFFETTO SERRA
Traffico veicolare
CO2
Incenerimento dei
rifiuti
Attività industriali
distribuzione delle fonti d’emissione
contributi per comparto emissivo
anno 1997
Produzione di energia
Eventi naturali
Riscaldamento domestico
Inquinanti
dell’atmosfera
Fonti
Direttamente
emessi dalle
sorgenti
Processi di combustione di qualunque natura
Ideale CH4 + 2 O2  CO2 + 2 H2O + calore
Reale combustibile + O2 + N2  CO2 + H2O + calore +
inquinanti primari
Attività Produttive specifiche Idrocarburi incombusti
Industria
Agricoltura
Allevamento
inquinanti secondari
Prodotti di trasformazione
chimico-fisica degli
inquinanti primari
Biossido e Monossido di carbonio : CO2 e CO
Ossidi di azoto e zolfo : NOx SO2
Materiale Particolato
Clorofluorocarburi(CFC): es. CCl2F2
Metano : CH4
Acido nitrico e solforico: HNO3 H2SO4
Ozono : O3 e perossidi
 Aumento effetto serra
 Deplezione strato di ozono
 Deposizioni acide
 Smog chimico e fotochimico
Aerosol atmosferico sistema multifase disperso, contenente
gas e particelle sospese: costituito da una miscela di fase
liquida e/o solida con dimensioni del diametro da pochi nm a
100 µm.
Analisi emissione di caldaia alimentata a gasolio mediante
SEM e caratterizzazione mediante spettroscopia X
Effetto variabili meterologiche su PM
Monitoraggio di Inquinamento Atmosferico
COMPOSIZIONE CHIMICA PARTICOLATO ATMOSFERICO
Milano: composizione chimica media
PM2.5
PM10
NH4+
10%
8%
14%
16%
16%
14%
NO3-
1%
SO42-
1%
9%
11%
TC
15%
2%
Mineral dust
trace elements
other
43%
42%
43% FRAZIONE INORGANICA (IONI INORGANICI + ELEMENTI)
42% FRAZIONE CARBONIOSA (elemental carbon +organic carbon)
15% FRAZIONE “SCONOSCIUTA” (es. H20, ossidi, eteroatomi fraz. organica)
EC ( 10%) + OC ( 30%)
Idrocarburi policiclici aromatici (IPA):
solo 0.01% massa totale del particolato
atmosferico ma importanti dal punto di
vista tossicologico
IONI INORGANICI (NH4+, SO42-, NO3-): analisi cromatografia ionica
ELEMENTI = mineral dust (Al, SI, K, Ca; Ti) e trace elements (V, Cr, Mn, Fe, Ni, CU, Zn, Br, Pb): analisi EDX-XRF
TC= OC+EC: analisi termogravimetrica combinata con spettrofotometro infrarosso (TGA-FTR) (P.Fermo, 2003)
Gli IPA (Idrocarburi policiclici aromatici) sono stati
identificati come sospetti cancerogeni, responsabili di parte
della mutagenicità del PM: 16 IPA sono stati dichiarati
“inquinanti prioritari”
L’effetto cancerogeno del B[a]P é
principalmente legato alla formazione del
legame covalente tra BPDE e DNA (addotto
BPDE-DNA). Se questa modificazione non
viene riparata, può dare origine a mutazioni
che costituiscono l’evento iniziale del
processo di cancerogenesi.
ALCANI LINEARI NEL PARTICOLATO ATMOSFERICO
• Composti primari apolari presenti in atmosfera dal C14 al C35 sia in fase particolata che gassosa
• Stabilità dei composti data la scarsa reattività in atmosfera
• Non presentano tossicità
• Derivano sia da sorgenti antropiche (emissioni autoveicolari e combustioni incomplete) sia da sorgenti
naturali (cere epicuticolari di piante vascolari, pollini e microrganismi)
Alcani di origine antropica: presentano un tipico andamento monomodale senza
preferenza dispari/pari di numero di atomi di carbonio e con moda tra C20 e il C25
Alcani di origine vegetale: presentano una preferenza dispari/pari di numero
di atomi di carbonio, con un forte contributo di C27,C29,C31
CAMPIONAMENTO PM10 NEL TUNNEL DELLA STAZIONE CENTRALE DI
MILANO (INVERNO 2001)
 Elevato contributo della sorgente autoveicolare
Contributo minimo di
 Sorgenti naturali di particolato atmosferico
 Attività fotochimica
 Fenomeni meteorologici
Stima delle
concentrazioni
medie degli
alcani per un
sito antropico
Analisi del
pattern degli
alcani solo per
la sorgente
autoveicolare
Stima del
contributo degli
alcani totali
rispetto al PM10
PM10 A MILANO VIA MESSINA
DISTRIBUZIONE DEGLI ALCANI
Contributo degli alcani di origine
vegetale rispetto agli alcani totali
12 ± 2 %
Carbon Preference Index
CPI = 1.3 ± 0.07
Contributo antropico
Contributo vegetale
20
% singoli alcani rispetto agli alcani totali
 Assenza di una distribuzione monomodale
 Prevalenza di alcani di origine vegetale
C27, C29, C31
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
C14 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C31 C32
Alcani
Novembre
Agosto
% singoli alcani rispetto agli alcani totali
40
35
Confronto agosto – novembre
30
25
20
15
Contributo maggiore di alcani
vegetali nel mese di agosto
10
5
0
C14 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C31 C32
Alcani
Effetti sulla salute: PM10 e PM2,5
Informazioni per studi tossicologici
Di quali informazioni abbiamo bisogno per valutare i
rischi per la salute?
Particelle ultrafini e effetti sulla salute: che cosa sappiamo
Gli studi epidemiologici indicano che PM nell’ambiente è
associato
a
malattie
respiratorie
e
patologie
cardiovascolari
 Un’associazione molto forte è stata descritta con i decesssi
per complicazioni respiratorie e cardiovascolari, specialmente
negli anziani
 Lo stress ossidativo, indotto dalle particelle inalate e che
determina l’attivazione di geni del processo infiammatorio,
potrebbe essere il meccanismo alla base degli effetti osservati
 Le particelle ultrafini (diametro <100 nm) sono considerate
ampiamente responsabili per questi effetti (nanoparticelle di
diossido di titanio hanno un alto potenziale tossico)
Malattie cardiovascolari legate al PM
Brook et al, 2004. Air Pollution and Cardiovascular Disease American Heart Association
Il PM induce tumore?
Studi per valutare i rischi per la salute
PM2.5
Parametri correlabili
con mutagenicità
Concentrazione IPA
GRAZIE !!!
La mappa dell'inquinamento della Terra da NO2
costruita grazie a SCIAMACHY lo spettrometro del
satellite Envisat (2003-2004)
ESA (http://www.esa.int/esaCP/index.html
Emilia
Romagna
Quantitative summary estimate for the
change in all-cause all-age mortality for a 10
ìg/m3 increase in PM10 from different regions of the world.