LABORATORIO DI “METODI

ANALITICI E RIPRISTINO

AMBIENTALE” PER LA LAUREA

SPECIALISTICA IN STAMT

docente Gabriella Favaro

http://www.chimica.unipd.it/gabriella.favaro A.A. 2014/15

1. SPETTROFOTOMETRIA UV-VIS:

DETERMINAZIONE DEI FOSFATI NELLE

ACQUE DI SCARICO

2. AAS: ANALISI DEL Hg NEL TONNO IN

SCATOLA

3. HPIC: DETERMINAZIONE DEGLI

ANIONI E DEI CATIONI NEL

PARTICOLATO

4. GC-MS: ANALISI DI COMPOSTI

CLORURATI NELLE ACQUE

5. HPLC: DETERMINAZIONE DEL

BENZOPIRENE NEL PARTICOLATO CON

HPLC-FD

6. HPLC: DETERMINAZIONE DI

NEONICOTINOIDI NELLE GUTTAZIONI

DELLE PIANTINE DI MAIS CON HPLC E

RIVELATORE SPETTROFOTOMETRICO

7. LC-MS: CROMATOGRAFIA LIQUIDA

ACCOPPIATA ALLA SPETTROMETRIA DI

MASSA (NEONICOTINOIDI, CONFRONTO)

SPETTROFOTOMETRIA

UV-VISIBILE

(1) assorbimento

(2) rilassamento vibrazionale

(3) Fluorescenza (emissione)

(4) e (7) quenching (emissione di calore)

(5) inter-system crossing (cambio di spin)

(6) Fosforescenza (emissione)

livelli elettronici esterni

legge di Lambert-Beer: A = log (p0/p) = bC

p0 p p

0 p

spettrofotometro UV-Vis.

DETERMINAZIONE DEI FOSFATI NELLE ACQUE

INQUINAMENTO DA: - DETERSIVI - FERTILIZZANTI - PRODOTTI DI ORIGINE ANIMALE V.G. 0.4 mg/L V.L. 5.0 mg/L ORTOFOSFATO PO4

3- pka: 2.1, 7.2, 12.2 PIROFOSFATO OH

OH

O P OH

O

P

OHO

METAFOSFATO HPO3

POLI(META)FOSFATO -O-(PO3)n

-

FOSFATI ORGANICI ossidazione POLIFOSFATI idrolisi acida HPO4

2- + (NH4)6Mo+VI7O24·4 H2O + SbO+

(NH4)3PO4·12 Mo+VIO3

GIALLO la forma ridotta con Mo(V+) è BLU

scelta di : massimo di assorbimento 885 nm (710 nm, 690 nm)

blu di molibdeno

A

t 10 min

lettura dopo 10-15 min.

INTERFERENTI:

arseniati, Cr(VI), NO2-, S2-, SiO2, Cu(II) e Fe(III) se

superiori a 10 e 50 mg/L

DETERMINAZIONE: acque di scarico Coca Cola Quantificazione tramite retta di calibrazione Calcolare la quantità di fosfato nel campione originario

A

C

y = a + bx

DETERMINAZIONE DI

NEONICOTINOIDI NEI SEMI DI MAIS

TRAMITE HPLC CON RIVELATORE

SPETTROFOTOMETRICO

Il “Colony Collapse Disorder” (CCD) è una sindrome che si

manifesta con un improvviso spopolamento degli alveari che

porta alla perdita, in media, del 40-50% delle colonie con

punte fino al 60%.

Le segnalazioni di CCD provengono principalmente da

Europa, Australia e Stati Uniti.

Le grandi morie di api si manifestano in primavera in

concomitanza con le semine del mais.

N

O

N

N

CH3

N

SCl

O2N

N

S

CH

2

Cl

NH

CH3NH

N

O2N

NCl

N

CH3

N CN

CH3

NCl

N

SN

CN

•thiamethoxam

•clothianidin

•acetamiprid

•thiacloprid

•(imidacloprid)

•(fipronil)

Nicotinoidi

•colonna a fase inversa C18

(ottadecilsilano)

•eluente CH3OH/H2O

•gradiente

•rivelazione spettrofotometrica

UV 252 nm (diversi max. ass.)

Elution.mov

Waste

dalla colonna

sorgente UV rivelatore

allo scarico

finestre di

quarzo

Vassoio Solventi SOR-100

Pompa P680

Autocampionatore ASI-100

Compartimento

Colonne TCC-100

Rivelatore PDA-100

Vassoio Solventi SOR-100

Pompa P680

Autocampionatore ASI-100

Compartimento

Colonne TCC-100

Rivelatore PDA-100

Pompa P680 con Vassoio Solventi SOR-100

Analisi quantitativa: retta di calibrazione esterna per

ogni composto

Tm

C

I

A Tc

F

ANALISI DEI CATIONI E DEGLI ANIONI

NEL PARTICOLATO TRAMITE HPIC

CON RIVELAZIONE

CONDUTTIMETRICA SOPPRESSA

CROMATOGRAFIA IONICA

(ANIONICA O CATIONICA)

ANALISI di Cl-, NO3-, SO4

2- e HPO42-

I LIMITI PREVISTI DALLA LEGGE PER LE ACQUE POTABILI SONO RISPETTIVAMENTE (MVA):

250, 50, 250 e 5 (P2O5) mg/L

COLONNE CON FASI STAZIONARIE DI STIRENE-DIVINILBENZENE FUNZIONALIZZATE

Struttura pellicolare della resina anionica

IonPac AS4A

Resina scambiatrice

anionica agglomerata

superficialmente

PS/DVB solfonato

superficialmente (13 µm)

Resina scambiatrice

anionica (60-500 nm) -N(CH3)3+OH-

ESEMPIO DI RESINA

CATIONICA

RSO3- H+ + M+ RSO3

- M+ + H+

RCOO- H+ + M+ RCOO- M+ + H+

RN+(CH3)3 OH- + A- RN+(CH3)3 A- + OH-

RN+H3 OH- + A- RN+H3 A- + OH-

costOH)RN(CH

OH

S33

M

MS33

MS33

excAOH)RN(CH

OHA)RN(CHk

M

S33

A

A)RN(CHK

coefficiente di ripartizione

ELUENTI sali

acidi (col. cationica)

basi (col. anionica)

LEGAME PIÙ FORTE (tr >) CON:

ioni di maggior carica

ioni (idratati) con raggio < (= ione nudo con

raggio >)

RIVELAZIONE spettrofotometrica

conduttimetrica

PER GLI ANIONI POCHE ALTERNATIVE

F-

Cl-

NO2-

Br-

NO3-

PO43-

SO42-

Li+

Na+ NH4

+ K+ Mg2+

Ca2+

SOLUZIONI soluzioni madre di ogni anione (1000 ppm)

serie di soluzioni diluite miste

ppm = 1/106 w/w mg/L

ppm Cl- ppm NaCl

NaCl

Cl

PF

PANaClppmClppm

SOPPRESSIONE

separazione di anioni: Cl-, NO3-, ecc.

(cromatografia anionica, eluente miscela HCO3-/CO3

2-)

analita Na+A-

eluente Na+HCO3-

l’eluente conduce più dell’analita, dato che è in concentrazione >

soppressione cationica:

RSO3- H+ + Na+A- RSO3

- Na+ + H+A-

RSO3- H+ + Na+HCO3

- RSO3- Na+ + H2CO3

IN SINTESI:

la conducibilità dell’analita viene esaltata dalla

presenza di H+ al posto di Na+, che ha maggiore

mobilità (rispettivamente 350 e 80)

l’eluente diventa una specie indissociata, o molto

poco dissociata, e quindi non conduce

la rigenerazione del soppressore (dato che

fornisce H+) avviene facendo fluire in

controcorrente una soluzione di H2SO4 di

opportuna concentrazione, o per via elettrochimica

nell’analisi di cationi avviene il contrario (per

esempio eluente H+Cl- e rigenerante Na+OH-)

la conducibilità dipende dalla concentrazione e

dal grado di dissociazione dell’analita (HCl,

HAc)

ANALISI QUANTITATIVA

si effettua tramite la costruzione di rette di

calibrazione per ciascun analita, iniettando nel

cromatografo soluzioni miste di anioni (o cationi),

a concentrazione nota e via via crescente

Cella conduttometrica

Termistore Elettrodo

Elettrodo

Flusso

i

i

iiCzkR

C 3101

Zi carica dello ione

Ci concentrazione

i conduttività equivalente (di

un equivalente dello ione i)

SPETTROSCOPIA DI

ASSORBIMENTO ATOMICO

SPETTROSCOPIE ATOMICHE

ASSORBIMENTO

EMISSIONE

FLUORESCENZA

CAMPIONE: ATOMI GASSOSI

SENSIBILITÀ: dai ppm ai ppb e oltre

Cors

o d

i Laure

a in C

him

ica.

Chim

ica A

nalit

ica I

I, m

od. B

Na Mg+

lo spettro atomico e quello ionico di un elemento sono diversi

si ottengono spettri a righe

METODI UTILIZZATI IN SPETTROSCOPIA

ATOMICA

FIAMMA 1700-3150°C AAS

AES

AFS

TERMOELETTRICO 1200-3000 AAS

(fornetto di grafite) AFS

ARCO ELETTRICO 4000-5000 AES

SCINTILLA ELETTRICA AES

PLASMA di Ar c.c. 4000-6000 AES (DCP)

PLASMA di Ar acc. 4000-6000 AES

ind. (ICP) AFS

CONTINUI (FIAMMA)

ATOMIZZATORI

DISCONTINUI (FORNETTO)

PROCESSI NELL’ATOMIZZAZIONE

DA UNA SOLUZIONE

NEBULIZZAZIONE

DESOLVATAZIONE

VOLATILIZZAZIONE

ATOMIZZAZIONE

(IONIZZAZIONE e/o ECCITAZIONE)

A) bottiglia del riducente

B) contenitore di reazione

C) cono di immissione

D) misuratore del gas di trasporto

E) valvola multivie

F) cella di misura al quarzo

METODO DEI VAPORI FREDDI: Hg

Mineralizzazione del campione:

essiccamento in stufa

ossidazione con HNO3 concentrato

soluzione di Hg2+

Reattivi: KMnO4-

idrazina NH2OH

SnCl2

soluzioni standard di Hg2+

5Hg+ + MnO4- 5 Hg2+ + Mn2+ + 2 H2O

NH2OH + MnO4- 5 NO

+ Mn2+ + 2 H2O

Lettura di Assorbanza alla

lunghezza d’onda di 254 nm

equazione di Boltzmann:

con k = 1.38·10-23 J/K

Ej differenza di energia tra I livelli

Pj e P0 sono fattori statistici che

dipendono dal numero di stati ad uguale energia in ciascun livello quantico

kT

E

P

P

N

N jjjexp

00

SORGENTE:

LAMPADA A CATODO CAVO

Ar (pochi mmHg)+

Ar+CQW

B

II

A

A: anodo; B: corpo della lampada; C: catodo cavo; I: setti isolanti; QW:

finestra di quarzo.

E = 300 V

Spettrofotometri a fiamma: (a) modello a singolo raggio; (b) modello a

doppio raggio

MISURA È UNA MISURA DI ASSORBANZA (A = bC)

BISOGNA EFFETTUARE UNA CALIBRAZIONE

GLI STANDARD DEVONO ESSERE SIMILI AI CAMPIONI

LA CALIBRAZIONE VA RIPETUTA

IN ALTERNATIVA CONTROLLO GIORNALIERO CON UNO STD

ALTRO METODO: AGGIUNTE STANDARD IN MATRICE

DETERMINAZIONE DEL PIOMBO

Pb2+ : concentrazione massima ammissibile (CMA) per

acque per il consumo umano e per la vita degli

organismi acquatici 10 g/L (ppb)

nelle acque naturali incontaminate risulta inferiore a

1 μg/L

analisi di un estratto da un campione di sedimento di

acque di scarico, mineralizzato (T, HNO3 conc.)

Limiti di legge per lo scarico in acque superficiali ≤ 0.2 mg/L

Limiti per lo scarico in acque reflue (rete fognaria) ≤ 0.3 mg/L

D.Lgs n. 152 del 11 maggio 1999 - Disposizioni sulla tutela delle acque

dall'inquinamento e recepimento della direttiva 91/271/Cee concernente il

trattamento delle acque reflue urbane e della direttiva 91/676/Cee relativa

alla protezione delle acque dall'inquinamento provocato dai nitrati

provenienti da fonti agricole. (Pubblicato sul Supplemento Ordinario n.

101/L alla Gazzetta Ufficiale n. 124 del 29 maggio 1999)

(AVVISO: Aggiornato con le modifiche del: D.lgs 18 agosto 2000, n. 258 ;

della Legge 23 dicembre 2000, n. 388; della legge 28 dicembre 2001, n.

448; della legge 31 luglio 2002, n. 179 ; dalla legge 289/2002; dal dm 6

novembre 2003, n. 367; dal dm 29 dicembre 2003, n. 391); dal decreto-

legge 9 novembre 2004, n. 266

additivo antidetonante delle benzine

nella produzione di batterie

come protezione contro le radiazioni ionizzanti

nella produzione di esplosivi

nella produzione di vernici

come pigmento nell’industria chimica

può avere tre stati di ossidazione: (0), (II) e (IV)

nelle acque è presente in diverse forme tra cui le principali sono:

Pb2+, complessi inorganici, complessi organici con acidi umici o

fulvici

in condizioni particolari si possono formare composti

organometallici (piombo alchili)

nelle acque dolci le specie prevalenti sono il carbonato e il piombo

organico

in acqua di mare le forme prevalenti sono PbCO3 e PbCl+

la distribuzione delle diverse specie è funzione del pH e della

concentrazione di sostanze organiche e ciò influenza la sua

tossicità nell’ambiente acquatico

produce effetti tossici sulla vita acquatica di tipo acuto e cronico

anche a concentrazioni relativamente basse

l’azione tossica è più marcata in acque dolci caratterizzate da

bassi valori di durezza totale, dove minore è l’effetto competitivo

dei cationi Ca2+ e Mg2+

si accumula nei molluschi e nelle alghe

Il piombo viene determinato per aspirazione del campione nella

fiamma (aria-acetilene) di uno spettrofotometro ad assorbimento

atomico

dalla misura del segnale di assorbanza a 283,3 nm si ricava la

concentrazione mediante confronto con una curva di taratura ottenuta

con soluzioni a concentrazioni note di analita, comprese nel campo di

indagine analitico

Il metodo consente la determinazione del piombo in campioni di

acque naturali e di scarico

nell’intervallo di concentrazione da 1,0 a 20 mg/L.

Per concentrazioni superiori si può diluire il campione

il limite di rivelabilità, espresso come tre volte la deviazione std è 0,05

mg/L (10 determinazioni su uno stesso campione con un contenuto di

1,0 mg/L)

il metodo delle aggiunte standard permette di minimizzare le

interferenze di matrice di tipo fisico e/o chimico (variazioni di

densità, viscosità, tensione superficiale) eventualmente presenti

IPA o PAH

idrocarburi policiclici aromatici

naftalene antracene

fenantrene benzo[a]pirene

sono composti solidi

prodotto della combustione del legno, di

idrocarburi pesanti, della pece, del

carbone, di rifiuti, del fumo di sigaretta,

ecc.

sono persistenti e bioaccumulabili,

liposolubili

cancerogeni o sospetti tali

1. naftalene

3. fluorene

5. fenantrene

6. antracene

8. pirene

13. benzo[a]pirene

HPLC C18 acetonitrile/acqua

rivelazione UV 254 nm

eccitazione 280 o 384 nm

emissione 430 (410) nm

spettro di emissione del benzo[a]pirene