Elementi di Analisi del Particolato

Elementi di Analisi del

Particolato Atmosferico

March 24, 2016

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Contents

1 Introduzione 3

2 Meccanismi di formazione del particolato secondario 3

3 E↵etti sul clima e sulla salute umana 4

4 Composizione del particolato 4

5 Analisi della frazione carboniosa e inorganica 5

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1 Introduzione

Con il termine ”particolato atmosferico” si intende comunemente l’insieme di particelle con diametro compreso tra

0.1-100 µm, disperse sottoforma di aerosol in atmosfera. Le frazioni di più interesse ambientale sono comunemente

indicate con il termine PM10 e PM2.5. La prima a↵erisce alla frazione di particolato composta da particelle con

diametro inferiore ai 10 µm, la seconda a particelle con diametro inferiore ai 2.5 µm. È importante tenere presente che

il particolato è sia di origine antropica sia di origine naturale. Le fonti naturali principali di particolato atmosferico

sono lo spray marino, il risollevamento delle polveri del suolo, le eruzioni vulcaniche, le emissioni biologiche, ecc. Le

fonti di origine antropica principale sono invece il traffico urbano, i processi di riscaldamento domestico, le emissione

diretta da parte del settore industriale, ecc. Un’altra importante classificazione del particolato è costituita dalla

discriminazione tra fonti primarie e secondarie. Nel caso di sorgenti antropiche, con emissioni primarie ci si riferisce

all’emissione diretta in atmosfera di prodotti di combustione, fuliggine o prodotti generati dall’usura dei freni. Le

stesse emissione industriali rappresentano una fonte di emissione primaria. Il particolato di origine secondaria è

quello invece generato da determinati processi di condensazione in alta atmosfera, sia da parte di composti organici

che inorganici. Per fare un esempio più concreto: i processi di combustione del petrolio danno origine ad emissione

di SO ; questo in alta atmosfera condensa e da origine a solfati i quali rappresentano una frazione del particolato

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di origine secondaria (lo stesso processo può avvenire da fonti secondarie quali emissione di H S e SO da parte di

S 2

incendi o eruzioni vulcaniche). Lo stesso esempio potrebbe essere fatto considerando invece i prodotti del tipo N O x

prodotti dai motori di combustione degli autoveicoli; essi in alta atmosfera danno origine a nitrati (questo processo

è responsabile in parte delle piogge acide!).

2 Meccanismi di formazione del particolato secondario

Il processo attraverso il quale le particelle gassose microscopiche vanno ad originare materiale particolato (quindi

con un diametro equivalente maggiore) è il fenomeno della nucleazione. Le particelle del gas si addensano attorno ad

un centro di nucleazione, e tramite processi di coagulazione si raggruppano in particelle via via più grandi e dense.

Secondo alcune fonti il principale iniziatore del processo di coagulazione è l’acido solforico, il quale si aggrega prima

con acqua e poi con ammoniaca, per dare a origine a cluster che favoriscono a loro volta la formazione di particelle più

grandi. Quando le particelle hanno raggiunto dimensione sufficientemente adeguato, esse possono andare incontro a

fenomeni di rimozione per sedimentazione (la quale è causata ovviamente dall’e↵etto della gravità). La velocità di

sedimentazione è inversamente correlata alla viscosità del mezzo (ovvero dell’aria alla data pressione), è direttamente

proporzionale alla di↵erenza tra la densità della particelle e la densità del mezzo, in base alla seguente legge nota

come Legge di Stokes: 2

gd (⇢ ⇢ )

2 p m

v = (1)

9 ⌫

Si definisce diametro aerodinamico equivalente il diametro di una particella sferica avente densità unitaria e con

composizione aerodinamica (es. velocità di sedimentazione in aria) uguale alla stessa particella. Possiamo chiederci

quale sia la distribuzione della particelle di particolato in atmosfera in relaz