Metodologie di laboratorio - Promedianet.it

close upPRIMO PIANOAMETEK: STRUMENTAZIONE PER MONITORAGGIO AMBIENTALEa cura di Piero ZambelliOggi le aziende produttrici di strumentazioned’analisi chimica hanno in produzione tuttauna serie di strumenti capaci di risolvereconcretamente quasi tutte le problematicheper il controllo e il monitoraggio ambientale.Spectro AI, che è parte della divisioneAnalytical Materials Division di AMETEK,produce strumentazione per l’analisi chimicaelementare che sfrutta la particolarità di ogniatomo, opportunamente eccitato, di emettereradiazioni caratteristiche attraverso le qualipoter caratterizzare e quantificare in modopreciso ed univoco l’elemento che le hagenerate nella matrice che lo contieneMetodologiedi laboratoriocon modernetecnichestrumentaliICP-AES e ED(P)-XRFARCOS: spettrometro ICP-AES simultaneo della SPECTRO

CLOSE upElement Class 1 Class 2 Class 3Pb max. [mg/L] 2.6 2.6 3.9P max. [mg/L] 0.2 0.3 0.4S max. [mg/kg] 210 260 300Cu max. [mg/L] 0.07 0.07 0.07Tab.1: ASTM D5798-06 - Requirements for Fuel Ethanol (Ed75-Ed85)Spectro AI è specializzata nella produzione esviluppo dei sistemi d’analisi che sfruttano l’emissioneatomica, come gli spettrometri otticiICP-AES o i moderni spettrometri di fluorescenzadei raggi-X a dispersione d’energia ad eccitazionePOLARIZZATA ED(P) XRF. A causa dellaconsapevolezza dell’impatto ambientale e lapreoccupazione per la dipendenza dai combustibilifossili, l’uso alternativo di combustibili,come l’etanolo, diventerà sempre più esteso.Come seconda generazione di biocarburanti,l’etanolo è una soluzione ideale per quantoriguarda molti aspetti; è una risorsa rinnovabileche presenta un buon equilibrio sulla quantità diCO 2prodotta e soprattutto può essere efficientementeprodotto localmente. In Europa, a partiredal gennaio 2007, la benzina contiene il 2% dietanolo biologicamente prodotto. Per il 2010 èprevisto un incremento sino al 6% di aggiuntadel bio-carburante. I produttori di motori del settoreautomobilistico già oggi presentano soluzionimotoristiche che impiegano bio-carburanti.Una miscela etanolo-benzina, contenente 85%di etanolo, denominata E 85, è negli Stati Unitigià sul mercato delle benzine. I requisiti del combustibileE 85 sono specificati nella norma ASTMD 5798-06 (Specifiche standards per i combustibiliad Etanolo (Ed75-Ed85) per i motori ascoppio delle automobili). La norma non prevedel’uso dello spettrometro ICP-AES comemetodo di test, ma è in progetto, un metodo perl'analisi di una miscela con etanolo come componentedella benzina dal Comitato Europeo perla Standardizzazione (CEN TC19/WG24) “Directdetermination of Cupper, phosphorus and sulfurcontent – Inductively coupled plasma opticalemission spectrometric method”. Lo spettrometroal plasma ad accoppiamento induttivo (ICP) èuna strumentazione largamente impiegata perl’analisi dei campioni organici come i combustibilio gli oli lubrificanti (ASTM 7111-05). Tipiciesempi di applicazioni sono la determinazionedegli additivi degli oli lubrificanti (Ca, Mg, P, Zn), imetalli d’usura (Fe, Cr, Ni, Mo) negli oli eserciti(ASTM 5185-02) o l’analisi del P, Ca, Mg, Na e K(EN14538, EN14107) nei bio-diesel. In questarelazione (Spectro nr. ICP-54) ICP-AES è statoimpiegato per lo studio di un metodo per l'analisidi miscele di etanolo-benzina dove i risultatiottenuti dimostrano che i requisiti per l'analisi delE85 sono ampiamente soddisfatti.Le misure sono condotte con la spettrometroICP ARCOS della Spectro, configurato per l’osservazioneRADIALE delle emissioni atomiche.Lo Spectro ARCOS è uno spettrometro a letturasimultanea che misura tutte le emissioni atomichenel range compreso tra 130 e 770 nm ed èlo strumento sul mercato con la migliore risoluzionespettrometrica avendo risoluzione linearedi 8,5 pm nel range compreso tra 130 e 340 nme di 15 pm nel range tra 340 e 770nm.Questa unicità di risoluzione è possibile graziealla particolare geometria della camera spettrometrica,dove il montaggio Paschen-Rounge el’ausilio di 32 CCD lineari montati su cerchio diRowland con il particolare alloggiamento ed allineamentodei rivelatori brevettato da Spectro,Optimized Rowland Circle Alignment (ORCA) hapermesso di ottenere una completa acquisizionesimultanea e la memorizzazione dello spettro insoli 2 secondi.Schema ottico della cameraspettrometrica di Spectro ARCOSLa camera spettrometrica ermeticamentechiusa è riempita con Argon (Ar) che vienecontinuamente riciclato attraverso un filtrodi assorbimento per purificarlo dall’ossigeno,dal vapor d’acqua ed altri gas,aumentando sempre di più la trasparenzaper le radiazioni della regione VUV e permetterel’analisi delle transizioni dei nonmetalli(es. Cl a 134.724 nm).Il generatore di radiofrequenza raffreddatoad aria è basato su un sistema free-runningda 27.12 MHz, tutti i parametri operativisono controllati via software permettendouna semplice scelta delle miglioricondizioni strumentali. Per l’analisi delcampione ‘tal-quale’ di E 85 è stato utilizzatoun sistema di introduzione concamera di nebulizzazione ciclonica concamicia di raffreddamento e soluzione diriciclo a 2°C, mentre il nebulizzatore è ditipo Burgener T2002. I parametri operatividel plasma sono riportati nella tabella 2. Icampioni di calibrazioni sono stati preparatia partire da soluzioni a 1000mg/l deisingoli elementi diluti a 42.5g con etanolop.a. al 99.96% ed ulteriormente diluite conbenzina a 50 g.Geometria ottica a piano unicon. 7 - Settembre ‘09 21

preparazione dei campioni solidi in forma dipastiglia o di perla. La preparazione dellepastiglie permette un’accurata misura deglielementi in traccia ed è praticamente obbligatoriaper la misura degli elementi volatili,mentre le perle sono idonee per la misuradei maggiori e minori non volatili. La normaUNI EN 15309 è applicata per la determinazionequantitativa dei seguenti elementi:Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Fe,Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Br, Rb, Sr, Y, Zr,Nb, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb,T e, I, Cs, Ba, Ta,W, Hg, Tl, Pb, Bi, Th e U, nel range di concentrazioneapprossimativamente compresotra 0.0001% e 100% in funzione dell’elementoe della matrice. La dotazione softwaredi Spectro XEPOS è tale da incontraree superare la richiesta della normativa,permettendo il trattamento delle curve dilavoro con le correzioni interelementari diflorescenza e di assorbimento con il modellofisico dei parametri fondamentali, il calcoloautomatico delle sovrapposizioni spettrali,la correzione interelementare con la misuradella transizione Compton e l’utilizzo delsoftware TQ Turbo-Quant che utilizza unnuovo modello di calcolo basato sui parametrifondamentali e sulle proprietà correlatealla misura della riga Compton. In presenzadi campioni con matrice molto complessae di alta disomogeneità, quali i rifiutiGeometria per la Polarizzazione della radiazioneurbani e industriali, i fanghi ed i terreni, risultandoquasi impossibile dotarsi di riferimenticerti per la costruzione di curve di lavoro,la norma UNI EN 15309 prevede la possibilitàdi effettuare uno screening del campionecon l’utilizzo dello spettrometro a raggi-X portatile per una caratterizzazione completaa livello semi-quantitativo con l'impiegodel software Foundamental Parameters.Lo spettrometro portatile Spectro X-SORTè uno strumento ideale per lo screening deimateriali in quanto risulta leggero, di facileutilizzo, copre un range di analisi elementaretra il Mg e l’U, ha ottima sensibilità ebasso limite di rivelabilità analizzando glielementi a partire da 0,001 al 100%.ED-XRFportatile SPECTROLa dotazione software che include la preparazionedelle curve di misura, StandardLess, a norma UNI EN, rendono possibile ladeterminazione ‘ON-SITE’ di terreni, fanghi,rifiuti elettronici (RoHS,RAEE).I tempi di misura per la determinazionesemi-quantitativa sono selezionabili in funzionedella qualità del risultato che si vuoleottenere ed è compreso tra alcuni secondie 120 secondi.Tutte le misure, memorizzabili e trasferibiliad un computer, via trasmissione Bluetooth,riportano il risultato di tutti gli elementirivelati. Tutti i sistemi di misura che dipendonodalla caratteristica del rivelatore,come sistema dispersivo delle radiazioni difluorescenza e come unità di misura dellestesse, hanno la necessità della ricalibrazione.La ricalibrazione per Spectro A.I. è unaprocedura di estrema importanza tanto cheha creato la procedura ICAL in uso su tuttigli strumenti in produzione. Spectro xSORTutilizza la misura del materiale costitutivo lo‘shutter’ per la ricalibrazione, che consistenella misura e nell’analisi della forma dellaradiazione, parte continua e discontinuadello spettro, ed il confronto con lo spettroacquisito in fase di calibrazione delle curvedi misura; ogni variazione è calcolata edogni programma aggiornato in modo che lecurve d’analisi siano sempre ottimali. SpectroxSORT è uno spettrometro a raggi-X,pertanto la sicurezza degli operatori è unanecessità assoluta, il controllo softwaresulla emissione della radiazione primaria ètale che è impossibile operare con lo strumentoin assenza del campione.xSORT, spettrometro portatile SPECTROn. 7 - Settembre ‘09 23