Appunti completi del corso Chimica analitica applicata

INQUINANTI

Presenza in ambiente di una sostanza che a causa della sua composizione chimica o quantità/concentrazione causa problemi o riduce processi naturali e dà effetti indesiderati sulla salute e su ambiente. (non si parla della sua origine). Specifico per le acque: alterazione della composizione chimica, fisica, biologica, radiologica dell'integrità delle acque.

UE: inquinamento significa introduzione dalla parte dell'uomo di sostanze o energie che hanno effetti deleteri.

Tipologie inquinamento: atmosferico dei suoli e delle acque, luminoso, visivo, termico, abbandono di rifiuti e radioattivo.

Inquinamento chimico

L'UE quando parla di inquinamento delle acque sottoscrive i principali inquinanti:

1. Composti organoalogenati e sostanze che possono dare origine a tali composti nell'ambiente acquatico.
2. Composti organofosforici
3. Composti organostannici
4. Sostanze o preparati, o i relativi prodotti di decomposizione, di cui è dimostrata la

cancerogenicità o mu-tagenicità e che possono avere ripercussioni sulle funzioni steroidea, tiroidea, riproduttività o su altre fun-zioni endocrine connesse nell’ambiente acquatico o attraverso di esso.

5. Idrocarburi persistenti e sostanze organiche tossiche persistenti e bioaccumulabili.

6. Cianuri

7. Metalli e relativi composti

8. Arsenico e relativi composti

9. Biocidi e prodotti fitosanitari

10. Materia in sospensione

11. Sostanze che contribuiscono all’eutrofizzazione, in particolare nitrati e fosfati.

12. Sostanze che hanno effetti negativi sul bilancio dell’ossigeno e che possono essere misurate con parametricome la BOD e COD.

I fattori di rischio per un inquinante sono:

• Tossicità
• Mutagenicità
• Esposizione (tempo e modalità)
• Persistenza
• Mobilità e trasporto
• Bioaccumulo

Inquinanti inorganici

• Specie eutroficanti: ciclo azoto e fosforo (acque) che provengono da fertilizzanti in agricoltura e scarichicivili ed

industriali.− Elementi in traccia: Zn, Cd, Pb, Ni, Cr, Cu, Hg, etc. (acque e suoli) che derivano da attività industriali, agri-coltura, attività estrattive.

− Varie: cianuri (acque e suoli)

− Specie gassose: NOx, SOx, CO (atmosfera)ottenuti in processi di combustione (autotrasporto, riscalda-mento, centrali termiche) e agricoltura.

Se le specie sono solubili, come nitrati e in parte fosfati, queste vengono trasportate in forma solubile in acqua:ruscellamento, infiltrazione e infine nei corpi idrici superficiale, dove vengono utilizzati dal fitoplankton (alghe)causando l’eutrofizzazione dei corpi idrici superficiali.

Eutrofizzazione = crescita alghe maggiore rispetto a quella che ci fosse con rapporti umani. le alghe assumonodiversi colori e il problema sta nel fatto che le alghe crescono fino a morire e se l’ambiente non presentaricambio d’acqua, la materia organica dovuta dalla morte, stimola la crescita dei batteri, i quali consumanoossigeno.

Il processo porta all'anossia del lago che non riescono più a sostenere gli ecosistemi. Ciclo globale del fosforo Nella figura le frecce griglie rappresentano i flussi dovuti almeno in parte alle attività umane. La porzione grigia dei comparti ambientali rappresenta l'accumulo dovuto alle attività umane. Tra parentesi nei comparti ambientali il tempo di residenza del fosforo. Per gli elementi in traccia, i quali sono poco solubili in acqua (idrossidi poco solubili), vengono facilmente sequestrati nei suoli dove precipitano nei sedimenti (laghi, mari e oceani) per poi essere mobilizzati per modifica delle condizioni di pH, redox e complessazione. Esiste anche il trasporto in atmosfera sotto forma di particolato. In alcuni casi ci può essere la presenza di quantità elevate in presenza di complessanti e/o condizioni acide e/o condizioni redox. Spesso succede nelle acque sotterranee. Anche le trasformazioni biologiche possono cambiare le.atmosfera per molecole gassose (metano, CFC, etc.). - Trasporto attraverso le acque superficiali e sotterranee per molecole idrosolubili (pesticidi, tensioattivi, etc.). - Trasporto attraverso il suolo per molecole poco volatili e poco idrosolubili (petrolio, solventi clorurati, etc.). - Bioaccumulo: accumulo di inquinanti organici nei tessuti degli organismi viventi. - Biomagnificazione: aumento della concentrazione di inquinanti organici lungo la catena alimentare. Le principali classi di inquinanti organici sono: - Solventi clorurati e non. - Pesticidi, fungicidi, erbicidi. - Principi attivi farmaceutici (uso umano e veterinario). - Gas (es. metano, CFC, etc.). - Tensioattivi. - Petrolio e suoi derivati. Gli inquinanti organici possono provenire da diverse fonti, tra cui: - Agricoltura: pesticidi, fungicidi, erbicidi. - Allevamento: farmaci veterinari, metano. - Reflui civili: farmaci, tensioattivi. - Attività industriali: gas, solventi. - Attività estrattive: petrolio, gas. I trasporti e i destini degli inquinanti organici possono avvenire attraverso: - Trasporto in atmosfera per molecole volatili (idrocarburi incombusti, solventi, apolari a bassa MM). - Trasporto nei corpi idrici per molecole idrosolubili (pesticidi, tensioattivi, etc.). - Trasporto attraverso il suolo per molecole poco volatili e poco idrosolubili (petrolio, solventi clorurati, etc.). Inoltre, gli inquinanti organici possono bioaccumularsi negli organismi viventi e biomagnificarsi lungo la catena alimentare.corpi idrici: dipende dalla polarità.
Destino finale: degradazione o biodegradazione, suoli, sedimenti o biota.

Interferenti endocrini
Classe di inquinanti che a concentrazioni molto basse causano danni al sistema endocrino cioè la regolazione normale. Il loro effetto sul sistema è sicuro ma non è che l'attuale livello in ambiente sia nocivo e non sono noti gli eventuali effetti sinergici di più specie.
Esempi: DDT (dicloro-difenil-tricloroetano), PCB (policlorodifenili), PBDE (eteri difenilici polibromurati), bisfenolo A e ftalati (esteri dell'acido ftalatico).

Inquinanti emergenti
La classificazione può derivare da:

• Nuove specie immesse o misurate in ambiente
• Specie presenti da tempo la cui diffusione in ambiente è stata compresa di recente
• Specie la cui presenza è nota ma i cui effetti sono stati recentemente rivalutati

Le categorie principali sono: farmaci e loro prodotti di degradazione, componenti.di prodotti per la cura della persona, prodotti industriali di sintesi recenti, droghe, insetticidi, ormoni, etc. Per trovare gli emergenti, l'Unione Europea genera una lista di sostanze attenzionate e ogni 4 anni rivaluta la lista in base ai nuovi dati raccolti. Si effettua quindi una valutazione del rischio: se è trascurabile, allora si rimuove la specie dalla lista; se invece il rischio non è trascurabile, si fa una regolamentazione e si effettua il monitoraggio. BIOACCUMULO E BIOMAGNIFICAZIONE Bioaccumulo: aumento progressivo nella concentrazione di una sostanza all'interno dell'organismo. Per gli organismi acquatici viene definito il BCF (fattore di bioconcentrazione), che è il rapporto tra la concentrazione di una specie nell'intero organismo o in un tessuto e la concentrazione di acqua. Perciò, il BCF è il coefficiente moltiplicativo tra la concentrazione in acqua e quella attesa nei tessuti dell'organismo acquatico.

Perciò è spe-cie specifico, tessuto specifico e dipende dalle caratteristiche delle acque. Le specie poco polari negli organismi sono strettamente legate alle frazioni lipidiche che sono apolari, nelle trote ad esempio le specie organiche poco polari si accumulano nelle zone lipidiche. Nella capasanta il bioac-cumulo è organoselettivo. Il bioaccumulo è causato dalla dieta ma anche da uptake diretto, è strettamente legato al carattere idrofobico per le specie organiche ed è organo specifico. Il bioaccumulo si verifica anche nei vegetali e viene definito il TF cioè il rapporto tra la concentrazione delle piante o in un tessuto della pianta e la concentrazione del suolo, se è maggiore di 1 allora sta accumulando maggiormente una specie poco presente nel suolo. È specifico per radici, stelo e foglie e dipende anche dalla tipologia del suolo. Esistono delle piante iperaccumulatrici che riescono ad accumulare fino a 10-20 g/kg di alcuni.

Elementi come Ni, Zn, Cu.

Biomagnificazione: serie di processi all'interno di un ecosistema per i quali le concentrazioni più elevate delle specie chimiche si trovano nelle specie che si trovano più in alto nella catena trofica. Viene definito il BMF cioè il fattore di biomagnificazione che è il rapporto tra la concentrazione del predatore e la concentrazione della preda. Perciò indica di quante volte aumenta la concentrazione dell'inquinante per un gradino della catena trofica ed è specie specifico e tessuto specifico.

Quali specie biomagnificano? Per quanto riguarda le specie organiche viene considerata la polarità anche in questo caso, le specie che hanno coefficiente log del coefficiente di ripartizione etanolo/acqua fino a 4.5 circa non biomagnificano in quanto il logBMF è minore di zero.

Livello trofico (TL): posizione che occupa una certa specie nella catena trofica, perciò, piante (1) - erbivori (2)

– carnivori (3), perciò labioamplificazione o biomagnificazione è l’aumento di un inquinanteall’aumentare del livello trofico, ma non tutti sono così definiti maanzi molto complicate.Perciò non è realistico definire un TL intero, perciò serve qualcosache definisca sperimentalmente il livello trofico e si fa tramite il rap-porto isotopico dell’azoto.SORGENTI, TRASPORTO E DESTINI DEI METALLI NOBILI IN AMBIENTEGli elementi coinvolti sono i PGM cioè elementi del gruppo del platino,sono 6 e al centro della tavola periodica: rutenio, rodio, palladio, platino,osmio e iridio. Molto utili nei processi industriali come catalizzatori.Sorgenti e destini1. Traffico veicolare: marmitte catalitiche fatte di Pt e Pd che catalizzano l’ossidazione di monossido di car-bonio in anidride carbonica e l’ossidazione di idrocarburi combusti, mentre Rh oltre a ossidazione di idro-carburi combusti, abbatte CO e NO producendo

azoto e anidride carbonica. Le marmitte sono catalizzatori solidi in flusso e la struttura a nido di ape permette di aumentare notevolmente l'area superficiale, quindi l'area di contatto tra il gas e il catalizzatore e quindi aumentarne la sua efficienza. Questa struttura presenta anche una parte porosa posizionata sul nido d'ape fatto principalmente da ossidi, all'interno c'è il catalizzatore sottoforma di nano particelle di Pt e Rh.

Il rilascio di questi metalli è stato dimostrato da test di laboratorio, campionando il gas di scarico e i fattori che causano l'emissione maggiore di particelle sono la velocità, la cilindrata e l'invecchiamento. Queste particelle vengono rilasciate per motivi sia chimici che fisici come mobilità superficiale, evaporazione in ambiente ossidante e abrasione.

Le caratteristiche di questa emissione rispecchiano la composizione dei metalli all'interno della marmitta catalitica, perciò