COSA FAREMO OGGI
1. Introduzione:
• Chi siamo e cosa facciamo:
la caratterizzazione chimica degli aerosol atmosferici
• Il campionamento dell’aerosol
• Estrazione della componente solubile in acqua
2. Visita ai laboratori/esercitazione (divisione in 2 gruppi):
• Analisi della componente ionica solubile in acqua
• Analisi del carbonio organico solubile in acqua +
Determinazione della massa di aerosol campionato
3. Conclusione: passare dalla concentrazione “in provetta”
alla concentrazione atmosferica
PERCHE’ STUDIARE LA COMPOSIZIONE
CHIMICA DELL’AEROSOL?
La composizione chimica delle particelle determina il loro
“comportamento” in atmosfera, influenzandone:
• la capacità di interagire con la radiazione solare/terrestre
• la reattività
• i processi di rimozione (e quindi la vita media in atmosfera)
• l’interazione con il vapore acqueo (importante per le nubi)
La composizione chimica determina gli effetti sulla salute
(importanza dei composti organici)
Inoltre, la composizione chimica fornisce indicazioni circa le sorgenti
di particolato atmosferico
controllo delle emissioni!
COSA CI ASPETTIAMO DI TROVARE
solfato
ammonio
nitrato
Composti organici
Frazione
minerale
Sale marino
Carbonio grafitico
(soot)
0.01
0.1
1.0
Diametro (Dp)
10 mm
Componenti diversi presentano distribuzioni dimensionali differenti
Importanza della segregazione dimensionale nel campionamento
AEROSOL ATMOSFERICI: IL CAMPIONAMENTO
Il campionamento è un’operazione fondamentale per studiare la
concentrazione e la composizione chimica dell’aerosol
AEROSOL
CAMPIONAMENTO
BULK
“TRADIZIONALE”
MEASUREMENT
CAMPIONAMENTO
SEGREGATO
SIZE-SEGREGATED
DIMENSIONALMENTE
MEASUREMENT
ANALISI
DI SINGOLA
SINGLE-PARTICLE
PARTICELLA
ANALYSIS
ESEMPIO:
PM10
Flusso 10
100
“basso volume” “medio volume”
1000 L/min
“alto volume”
CAMPIONAMENTO SU FILTRO
FH
FL << FH
VIRTUAL
IMPACTOR
Parziale
segregazione
dimensionale
Filtri in fibra o
membrane
(fibra di vetro,
fibra di quarzo,
Teflon,
policarbonato).
APPLICAZIONE: LA DETERMINAZIONE GRAVIMETRICA DEL PM10
Decreto Ministeriale n° 60 del 02/04/2002
Direttiva 1999/30/CE del 22/04/1999
EN 12341 "Air quality - Determination of the PM10 fraction of suspended particulate matter Reference method and field test procedure to demonstrate reference equivalence of
measurement methods".
Testa di campionamento con separatore ad impatto inerziale:
permette l’ingresso di materiale particolato con diametro
aerodinamico < 10 µm
• filtro in fibra di quarzo (diametro 47 mm)
• filtro in fibra di vetro (diametro 47 mm)
• membrana in Politetrafluoroetilene (d. 47 mm).
Motore con portata tra 0.7 e 2.5 m3/h
APPLICAZIONE: LA DETERMINAZIONE GRAVIMETRICA DEL PM10
Procedura di pesata
Requisiti della bilancia analitica
Riproducibilità ± 1 μg;
Temperatura e umidità relativa controllate.
La bilancia deve essere calibrata immediatamente
prima di ogni sessione di pesata.
Condizionamento dei filtri.
I filtri usati devono essere condizionati immediatamente prima di effettuare le pesate
(pre-campionamento e post-campionamento).
• temperatura di condizionamento: 20 ± 1 °C;
• tempo di condizionamento: > 48h
• umidità relativa: 50 ± 5 %;
I filtri devono essere pesati immediatamente dopo il periodo di condizionamento.
Le pesate pre e post-campionamento devono essere eseguite con la stessa bilancia
e, possibilmente, dallo stesso operatore, utilizzando una tecnica efficace a
neutralizzare le cariche elettrostatiche sul filtro.
IMPATTORI A CASCATA
Segregazione dimensionale delle particelle
in 5-12 stadi dimensionali sfruttando la
mobilita’ aerodinamica delle particelle
N.B. IL DIAMETRO AERODINAMICO
Il diametro di una particella sferica con
densità di 1 g/cm3 che sotto l'azione della
forza di gravità e in calma d'aria e nelle
stesse condizioni di temperatura, pressione
e umidità relativa, raggiunge la stessa
velocità finale della particella considerata.
LA RETTA DI CALIBRAZIONE
12000
Concentrazione [ppb]
10000
8000
6000
4000
Conc. = 2.40 Segnale - 242.44
R2 = 1.00
2000
0
0
1000
2000
3000
Segnale strumentale [AU]
4000
5000
Concentrazione in soluzione,
cioè quello che abbiamo
misurato!!!
[ppb = ng ml-1]
Volume di acqua in cui è stato
estratto il filtro
[ml]
Coefficiente area filtro,
nel nostro caso = 2
Csol x Volextr x A
Catm =
1
x
Fcamp x Tcamp
1000
Concentrazione atmosferica
[µg m-3]
Flusso di campionamento
[m3 min-1]
Durata del
campionamento
[min]
Necessario per la
conversione da ng m-3
a µg m-3
Concentrazione in soluzione,
cioè quello che abbiamo
misurato!!!
[ppb = ng ml-1]
Volume di acqua con cui è
stato estratto il filtro
[ml]
Coefficiente area filtro
Csol x 60 ml x 2
Catm =
1
x
0.3 m3 min-1 x 420 min
1000
Concentrazione atmosferica
[µg m-3]
Flusso di campionamento
[m3 min-1]
Durata del
campionamento
[min]
Necessario per la
conversione da ng m-3
a µg m-3