Analisi isotopicaAnalisi isotopica

Tecniche isotopicheTecniche isotopicheLe tecniche isotopiche sono state sviluppate all’inizio degli anni ’80 Le tecniche isotopiche sono state sviluppate all’inizio degli anni ’80 in Francia (Università di Nantes) e hanno avuto grande applicazione in Francia (Università di Nantes) e hanno avuto grande applicazione in tutti i campi della ricerca scientifica. Attualmente sono in grande in tutti i campi della ricerca scientifica. Attualmente sono in grande espansione grazie all’introduzione di strumentazioni molto espansione grazie all’introduzione di strumentazioni molto sofisticatesofisticate

Isotopo (Isotopo ( + + ) = stesso posto) = stesso posto

La quantificazione del rapporto da due La quantificazione del rapporto da due isotopiisotopi dello stesso elemento ha potenzialità notevoli dello stesso elemento ha potenzialità notevoli nello stabilire se due oggetti chimicamente simili nello stabilire se due oggetti chimicamente simili hanno provenienza diversa, in relazione alla hanno provenienza diversa, in relazione alla differenza delle materie prime. Fenomeni di vario differenza delle materie prime. Fenomeni di vario tipo influenzano la distribuzione isotopica degli tipo influenzano la distribuzione isotopica degli elementi nelle materie prime, determinando elementi nelle materie prime, determinando differenze nei prodotti finali che possono essere differenze nei prodotti finali che possono essere rivelate dalle tecniche di analisi isotopicarivelate dalle tecniche di analisi isotopica

Sono di particolare interesse gli isotopi Sono di particolare interesse gli isotopi stabilistabili, cioè , cioè non artificiali. La tecnica che li determina si non artificiali. La tecnica che li determina si chiama chiama Stable Isotope Ratio AnalysisStable Isotope Ratio Analysis (SIRA) (SIRA)

Applicazioni dell’analisi Applicazioni dell’analisi isotopicaisotopica

• Misura della temperatura nel passatoMisura della temperatura nel passato

• Determinazione dell’origine di acqua, roccie e Determinazione dell’origine di acqua, roccie e materia organicamateria organica

• Determinazione dell’origine di droghe, esplosivi o Determinazione dell’origine di droghe, esplosivi o altri materiali di interesse forensealtri materiali di interesse forense

• Studi di processoStudi di processo

• Determinazione dell’origine di prodotti alimentariDeterminazione dell’origine di prodotti alimentari

Applicazioni in campo Applicazioni in campo alimentarealimentare

L’analisi degli isotopi stabili è molto importante soprattutto negli L’analisi degli isotopi stabili è molto importante soprattutto negli studi di autenticità degli alimenti. Essa, sulla base dei differenti studi di autenticità degli alimenti. Essa, sulla base dei differenti rapporto isotopici, permette di riconoscere molecole, presenti in rapporto isotopici, permette di riconoscere molecole, presenti in alimenti, aventi la stessa struttura chimica ma provenienti da alimenti, aventi la stessa struttura chimica ma provenienti da materie prime diverse o elaborate con processi diversi, per esempio materie prime diverse o elaborate con processi diversi, per esempio per sintesi biologica o industrialeper sintesi biologica o industriale

Si possono distinguere:Si possono distinguere:

gli aromi naturali (es. vanillina) da quelli di sintesigli aromi naturali (es. vanillina) da quelli di sintesi

l’acido acetico proveniente dalla fermentazione acetica da quello l’acido acetico proveniente dalla fermentazione acetica da quello ottenuto industrialmenteottenuto industrialmente

i salmoni selvatici da quelli di allevamento (in base ad un lipide i salmoni selvatici da quelli di allevamento (in base ad un lipide caratteristico)caratteristico)

l’aggiunta di zuccheri diversi da quelli presenti naturalmentel’aggiunta di zuccheri diversi da quelli presenti naturalmente

l’annacquamento del lattel’annacquamento del latte

la provenienza geografica di alimenti la provenienza geografica di alimenti

Dis

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Isotopi di uno stesso elemento hanno uguale numero di protoni (e Isotopi di uno stesso elemento hanno uguale numero di protoni (e quindi di elettroni) ma diverso numero di neutroniquindi di elettroni) ma diverso numero di neutroni

hanno lo stesso numero atomico (Z) ma un diverso numero di hanno lo stesso numero atomico (Z) ma un diverso numero di massa (A)massa (A)

massa differentemassa differente

Gli isotopi di uno stesso elemento hanno quindi proprietà chimiche Gli isotopi di uno stesso elemento hanno quindi proprietà chimiche simili, in ragione dello stesso numero di protoni, ma proprietà simili, in ragione dello stesso numero di protoni, ma proprietà fisiche diverse, in ragione della massa differente. Tutti gli elementi fisiche diverse, in ragione della massa differente. Tutti gli elementi (tranne 12) esistono in almeno due forme isotopiche(tranne 12) esistono in almeno due forme isotopiche

Gli isotopiGli isotopi

Esempio: l’idrogenoEsempio: l’idrogenoIdrogeno o protioIdrogeno o protio

1 elettrone (rosso)1 elettrone (rosso)1 protone (verde)1 protone (verde)

DeuterioDeuterio1 elettrone (rosso)1 elettrone (rosso)1 protone (verde)1 protone (verde)1 neutrone (blu)1 neutrone (blu)

TritioTritio1 elettrone (rosso)1 elettrone (rosso)1 protone (verde)1 protone (verde)2 neutroni (blu)2 neutroni (blu)

Il Tritio è artificiale Il Tritio è artificiale e quindi non di e quindi non di interesse in questa interesse in questa tecnica che si basa tecnica che si basa sui soli isotopi sui soli isotopi stabilistabili

Distribuzioni isotopicheDistribuzioni isotopicheLa distribuzione isotopica stabile (non considerando, cioè, gli isotopi La distribuzione isotopica stabile (non considerando, cioè, gli isotopi artificiali) degli elementi dipende strettamente dall’origine e dall’evoluzione artificiali) degli elementi dipende strettamente dall’origine e dall’evoluzione biogeochimica dei composti di cui fanno parte. Quindi due composti aventi la biogeochimica dei composti di cui fanno parte. Quindi due composti aventi la stessa formula possono avere differente composizione isotopica se la loro stessa formula possono avere differente composizione isotopica se la loro origine e/o la loro storia sono diverseorigine e/o la loro storia sono diverse

Le proporzioni degli isotopi stabili nei vari composti sono Le proporzioni degli isotopi stabili nei vari composti sono approssimativamente quelle medie esistenti sulla terra, tuttavia le piccole approssimativamente quelle medie esistenti sulla terra, tuttavia le piccole deviazioni dalla media sono la chiave per differenziare un campione deviazioni dalla media sono la chiave per differenziare un campione dall’altrodall’altro

Nell’elenco seguente sono indicate le distribuzioni medie di alcuni elementi; Nell’elenco seguente sono indicate le distribuzioni medie di alcuni elementi; le cifre indicate in rosso sono quelle che contengono l’informazione le cifre indicate in rosso sono quelle che contengono l’informazione discriminantediscriminante 11H:H: 99.984%99.984% 22H o D: 0.015H o D: 0.0155757%%

1212C:C: 98.89 %98.89 % 1313C: 1.111C: 1.1114040%%

1414N:N: 99.64%99.64% 1515N: 0.366N: 0.3663030%%

1616O:O: 99.76%99.76% 1717O: 0.04%O: 0.04% 1818O: 0.200O: 0.2000404%%

3232S:S: 95.02%95.02% 3333S: 0.75%S: 0.75% 3434S: 4.215S: 4.2150000%% 3636S:0.02%S:0.02%

Per poter mettere in risalto le infinitesime Per poter mettere in risalto le infinitesime differenze tra le distribuzioni isotopiche di un differenze tra le distribuzioni isotopiche di un elemento in due campioni diversi è necessaria una elemento in due campioni diversi è necessaria una tecnica analitica in grado di misurare masse tecnica analitica in grado di misurare masse atomiche e molecolari con grandissima atomiche e molecolari con grandissima accuratezza e precisione. Attualmente due accuratezza e precisione. Attualmente due tecniche sono in grado di soddisfare questi tecniche sono in grado di soddisfare questi requisiti:requisiti:

La maggior parte delle analisi isotopiche è La maggior parte delle analisi isotopiche è effettuata mediante spettrometria di massaeffettuata mediante spettrometria di massa

la la spettrometria di massaspettrometria di massa, utilizzata per qualsiasi , utilizzata per qualsiasi elementoelemento

la risonanza magnetica nuclearela risonanza magnetica nucleare, utilizzata , utilizzata soprattutto per la determinazione degli isotopi soprattutto per la determinazione degli isotopi dell’idrogeno (misura del rapporto dell’idrogeno (misura del rapporto 22H/H/11H)H)

Rapporti isotopiciRapporti isotopiciIl parametro su cui si basa l’analisi isotopica è il Il parametro su cui si basa l’analisi isotopica è il rapporto isotopicorapporto isotopico, cioè l’abbondanza relativa di , cioè l’abbondanza relativa di due isotopi dello stesso elemento. Per due isotopi dello stesso elemento. Per convenzione, il rapporto isotopico si indica sempre convenzione, il rapporto isotopico si indica sempre ponendo a numeratore un isotopo più pesante e a ponendo a numeratore un isotopo più pesante e a denominatore un isotopo più leggerodenominatore un isotopo più leggero

22H/H/11HH

1313C/C/1212CC

1515N/N/1414NN

1818O/O/1616OO 1818O/O/1717OO 1717O/O/1616OO

3434S/S/3232SS 3434S/S/3333SS 3636S/S/3434SS ecc. ecc.ecc. ecc.

I rapporti isotopici più I rapporti isotopici più importanti in campo importanti in campo diagnosticodiagnostico

I rapporti isotopici sono usualmente espressi in termini di valori I rapporti isotopici sono usualmente espressi in termini di valori (‰) che (‰) che esprimono le deviazioni, in parti per mille, da un materiale standard di esprimono le deviazioni, in parti per mille, da un materiale standard di riferimento:riferimento:

o l’espressione equivalente:o l’espressione equivalente:

dove R = rapporto massa isotopo pesante/massa isotopo leggero (es. dove R = rapporto massa isotopo pesante/massa isotopo leggero (es. 1818O/O/1616O)O)

Espressione dei risultatiEspressione dei risultati

1000 x 1RR

X(‰)standard

campione

1000 x R

R RX(‰)

standard

standardcampione

X > 0 indica un arricchimento dell’isotopo pesante nel campione rispetto X > 0 indica un arricchimento dell’isotopo pesante nel campione rispetto allo standardallo standard

X < 0 indica un impoverimento dell’isotopo pesante o un arricchimento X < 0 indica un impoverimento dell’isotopo pesante o un arricchimento dell’isotopo leggero rispetto allo standarddell’isotopo leggero rispetto allo standard

1.041.04

1.061.06

1.081.08

1.11.1

1.121.12

1.141.14

1.161.16

1.181.18

-50-50 -40-40 -30-30 -20-20 -10-10 00 1010 2020 3030 4040 5050

1313CC

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3 C (

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%) 0.1 ‰ = 0.1 ‰ =

0.00011%0.00011%

Relazione Relazione C - % atomi C - % atomi 1313CC

Relazione Relazione N - % atomi N - % atomi 1515NN

0.340.34

0.350.35

0.360.36

0.370.37

0.380.38

0.390.39

-50-50 -40-40 -30-30 -20-20 -10-10 00 1010 2020 3030 4040 5050

NN

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mi 1

51

5 N (

%)

N (

%)

0.1 ‰ = 0.00004%0.1 ‰ = 0.00004%

ElementoElemento Isotopi Isotopi stabilistabili

Abbondanza Abbondanza naturale media naturale media

(%)(%)

Valori dei Valori dei rapporti rapporti standardstandard

Standard di riferimento Standard di riferimento internazionaleinternazionale

IdrogenoIdrogeno11H H

22HH99.985 99.985

0.0150.015

22H/H/11H = H = 0.0003160.000316

SMOW SMOW (Standard Mean Ocean Water)(Standard Mean Ocean Water)

CarbonioCarbonio1212C C

1313CC98.892 98.892

1.1081.108

1313C/C/1212C = C = 0.01123720.0112372

PDB (Pee Dee Belemnite) PDB (Pee Dee Belemnite) Carbonato di calcio fossileCarbonato di calcio fossile

AzotoAzoto1414N N

1515NN99.633799.6337

0.36630.3663

1515N/N/1414N = N = 0.0073530.007353 AIR (Azoto dell’aria)AIR (Azoto dell’aria)

OssigenoOssigeno1616O O

1818OO99.758799.7587

0.20390.2039

1818O/O/1616O = O = 0.00399480.0039948

SMOW SMOW (Standard Mean Ocean Water)(Standard Mean Ocean Water)

ZolfoZolfo3232S S

3434SS95.02 95.02

4.224.22

3434S/S/3232S = S = 0.04500450.0450045 CDT (Canyon Diablo Troilite)CDT (Canyon Diablo Troilite)

Standard di riferimentoStandard di riferimento

N.B. la distribuzione isotopica nei materiali standard di riferimento è N.B. la distribuzione isotopica nei materiali standard di riferimento è differente da quella naturale media!differente da quella naturale media!

La possibilità di differenziare due campioni in base all’analisi La possibilità di differenziare due campioni in base all’analisi isotopica è legata al fenomeno di isotopica è legata al fenomeno di frazionamento isotopicofrazionamento isotopico che che avviene nelle materie prime, ovvero nella deviazione dalla avviene nelle materie prime, ovvero nella deviazione dalla distribuzione isotopica naturale degli elementi in conseguenza a distribuzione isotopica naturale degli elementi in conseguenza a fenomeni biogeochimici naturali o artificialifenomeni biogeochimici naturali o artificiali

Si noti che le variazioni sono misurate rispetto ad un materiale Si noti che le variazioni sono misurate rispetto ad un materiale standard con distribuzione diversa da quella naturalestandard con distribuzione diversa da quella naturale

La variazione naturale di abbondanza isotopica è conseguenza delle La variazione naturale di abbondanza isotopica è conseguenza delle diverse proprietà chimico-fisiche degli isotopi di uno stesso diverse proprietà chimico-fisiche degli isotopi di uno stesso elementoelemento

Frazionamento isotopico

EFFETTO CINETICOEFFETTO CINETICO

Differente velocità Differente velocità di reazionedi reazione

EFFETTO TERMODINAMICOEFFETTO TERMODINAMICO

Differente Differente energia energia liberalibera

MassaMassadifferentedifferente

Un esempio: il vino

Per valutare le cause e l’evoluzione del frazionamento in Per valutare le cause e l’evoluzione del frazionamento in relazione al ciclo produttivo degli alimenti, prendiamo in relazione al ciclo produttivo degli alimenti, prendiamo in considerazione un caso particolarmente significativo: il vino. considerazione un caso particolarmente significativo: il vino. In esso sono presenti in grande quantità gli elementi di In esso sono presenti in grande quantità gli elementi di maggior interesse nei processi biosintetici: idrogeno, maggior interesse nei processi biosintetici: idrogeno, carbonio e ossigeno. Questi elementi formano due molecole carbonio e ossigeno. Questi elementi formano due molecole fondamentali nella vita delle piante: acqua e anidride fondamentali nella vita delle piante: acqua e anidride carbonicacarbonica

H, C, O H, C, O H H22O, COO, CO22

Frazionamento nell’acquaL’acqua tende per natura ad evaporare con una reazione di L’acqua tende per natura ad evaporare con una reazione di equilibrio equilibrio regolata dalla temperaturaregolata dalla temperatura::

HH221818OO(g)(g) + H + H22

1616OO(l)(l) H H221616OO(g)(g) + H + H22

1818OO(l)(l)

All’equilibrio, l’acqua in fase vapore si è arricchita in All’equilibrio, l’acqua in fase vapore si è arricchita in 1616O (O (1818O < 0) O < 0) essendo le molecole di essendo le molecole di 11HH1616O più leggere e quindi più O più leggere e quindi più propensepropense all’evaporazione. Per lo stesso motivo, la fase liquida sarà più ricca all’evaporazione. Per lo stesso motivo, la fase liquida sarà più ricca in in 22HH1616O, O, 11HH1818O e O e 22HH1818O, molecole più pesanti (O, molecole più pesanti (1818O e O e 22H > 0)H > 0)

La costante La costante di equlibrio tra fase liquida e fase vapore per di equlibrio tra fase liquida e fase vapore per l'ossigeno sarà espressa come segue:l'ossigeno sarà espressa come segue:

)( 0094.1

OO/

OO/

vapore1618

liquido1618

vaporeliquido rT

Ciclo dell’acquaDurante i fenomeni di evaporazione e precipitazione si verifica Durante i fenomeni di evaporazione e precipitazione si verifica frazionamento isotopico dell’ossigenofrazionamento isotopico dell’ossigeno

L’entità del frazionamento dipende dalla temperatura, la quantità di L’entità del frazionamento dipende dalla temperatura, la quantità di umidità rimossa, il tipo di condensazione (conversione in acqua o in umidità rimossa, il tipo di condensazione (conversione in acqua o in ghiaccio) e altri fattori climatici e geograficighiaccio) e altri fattori climatici e geografici

Effetto della temperatura

Essendo il frazionamento Essendo il frazionamento dipendente dalla dipendente dalla temperatura, dal punto di temperatura, dal punto di vista geografico il valore di vista geografico il valore di 1818O diminuisce:O diminuisce:

all’aumentare della all’aumentare della latitudinelatitudine

all’aumentare all’aumentare dell’altitudinedell’altitudine

Frazionamento nei vegetali

Nel ciclo vegetativo delle Nel ciclo vegetativo delle piante, l’assorbimento di piante, l’assorbimento di acqua dal terreno e il acqua dal terreno e il processo di traspirazione, processo di traspirazione, caratteristico di ciascuna caratteristico di ciascuna specie, causano anch’essi un specie, causano anch’essi un arricchimento di isotopi arricchimento di isotopi pesanti (pesanti (22H e H e 1818O), in O), in dipendenza dalla specie dipendenza dalla specie vegetale e dalle condizioni vegetale e dalle condizioni climatiche (climi freddi, climatiche (climi freddi, piovosi o caldo-aridi)piovosi o caldo-aridi)

Quindi, in dipendenza di Quindi, in dipendenza di questi parametri, le piante questi parametri, le piante hanno a disposizione acqua hanno a disposizione acqua "isotopicamente" diversa, da "isotopicamente" diversa, da utilizzare nella fotosintesiutilizzare nella fotosintesi

Esempi di frazionamento 18O/16O

Ciclo della COCiclo della CO22RReeggiioonnii DD// HH ppppmm CC‰‰ OO‰‰

AAbbrruuzzzzoo 110022..9933 --2244..9933 55..1144 BBaassiilliiccaattaa 110033..9922 --2255..3399 55..4433 CCaallaabbrr iiaa 110033..2222 --2266..6611 66..6677 CCaammppaanniiaa 110022..4400 --2266..3377 33..3344 EEmmiilliiaa--RRoommaaggnnaa 110011..1188 --2266..8899 11..7722 FFrr iiuullii--VV..GG.. 110011..7744 --2255..8811 11..4433 LLaazziioo 110033..0099 --2255..7777 44..8800 LLiigguurr iiaa 110011..0011 --2266..0044 22..0022 LLoommbbaarrddiiaa 110000..1199 --2266..5500 11..1122 MMaarrcchhee 110011..5522 --2266..4422 22..6611 MMoolliissee 110022..6699 --2266..1122 55..3300 PPiieemmoonnttee 9999..9966 --2266..5522 00..7722 PPuugglliiaa 110033..4477 --2244..8877 66..7755 SSaarrddeeggnnaa 110033..2277 --2255..5511 66..3344 SSiicciilliiaa 110044..2211 --2255..3322 77..5544 TTrreenntt iinnoo AA..AA.. 110000..8888 --2266..9966 00..5522 TToossccaannaa 110011..7744 --2255..9911 44..1155 UUmmbbrriiaa 110011..7788 --2266..7799 33..6655 VVeenneettoo 110011..8811 --2266..0066 11..0000

L'anidride carbonica, essendo L'anidride carbonica, essendo allo stato gassoso, subisce il allo stato gassoso, subisce il processo di frazionamento per processo di frazionamento per transizione di fase in modo molto transizione di fase in modo molto meno sensibile, anche se dai dati meno sensibile, anche se dai dati acquisiti nel corso degli anni si è acquisiti nel corso degli anni si è potuto osservare che un lieve potuto osservare che un lieve frazionamento è dovuto alla frazionamento è dovuto alla latitudine, probabilmente per latitudine, probabilmente per fattori climatici quali la fattori climatici quali la temperaturatemperatura

Nella tabella sono riportati i Nella tabella sono riportati i valori dei rapporti isotopici di valori dei rapporti isotopici di idrogeno, carbonio e ossigeno idrogeno, carbonio e ossigeno misurati in vini provenienti dalle misurati in vini provenienti dalle regioni italiane per l’annata 1994regioni italiane per l’annata 1994• D/H e D/H e 1313C/C/1212C misurati C misurati

nell’etanolonell’etanolo

• 1818O/O/1616O misurato nell’acquaO misurato nell’acqua

Frazionamento biosinteticoFrazionamento biosinteticoIl ciclo della fotosintesi con la produzione di glucosio determina Il ciclo della fotosintesi con la produzione di glucosio determina ancora una modifica isotopica per quanto riguarda il contenuto in ancora una modifica isotopica per quanto riguarda il contenuto in deuterio dell'acqua, ma diventa estremamente selettivo per quanto deuterio dell'acqua, ma diventa estremamente selettivo per quanto riguarda l'anidride carbonica e quindi il rapporto isotopico riguarda l'anidride carbonica e quindi il rapporto isotopico 1313C/C/1212C. Il C. Il cammino fotosintetico per la fissazione della COcammino fotosintetico per la fissazione della CO22 ne è infatti la ne è infatti la principale fonte di variazione. Le piante incorporano COprincipale fonte di variazione. Le piante incorporano CO22 secondo secondo tre meccanismi biosintetici:tre meccanismi biosintetici:

Il meccanismo C3 provoca un frazionamento del carbonio molto più Il meccanismo C3 provoca un frazionamento del carbonio molto più elevato rispetto agli altri due meccanismi. Gli isotopi più pesanti, in elevato rispetto agli altri due meccanismi. Gli isotopi più pesanti, in questo caso il questo caso il 1313C, sono cineticamente meno favoriti e quindi più C, sono cineticamente meno favoriti e quindi più lenti a reagire, per cui, maggiore è il numero dei passaggi di lenti a reagire, per cui, maggiore è il numero dei passaggi di reazione e tanto più sarà selettivo il processoreazione e tanto più sarà selettivo il processo

• il ciclo di Calvin o C3 (es. vite e barbabietola)il ciclo di Calvin o C3 (es. vite e barbabietola)

• il ciclo di Hatch-Slack o C4 (es. canna e mais)il ciclo di Hatch-Slack o C4 (es. canna e mais)

• il ciclo noto come Crassulean Acid Methabolism o CAM, meno il ciclo noto come Crassulean Acid Methabolism o CAM, meno comunecomune

Frazionamento di 12C e 13C

Al termine del ciclo sintetico si Al termine del ciclo sintetico si producono molecole di glucosio producono molecole di glucosio che hanno un contenuto che hanno un contenuto isotopico correlato a quello isotopico correlato a quello dell'acqua e dell'anidride dell'acqua e dell'anidride carbonica impiegate, nonché del carbonica impiegate, nonché del ciclo fotosintetico seguitociclo fotosintetico seguito

La successiva fermentazione La successiva fermentazione alcolica che trasforma il glucosio alcolica che trasforma il glucosio ad alcol etilico modifica solo in ad alcol etilico modifica solo in parte i rapporti isotopici parte i rapporti isotopici (maggiormente per D/H), per cui (maggiormente per D/H), per cui essi si ritrovano nelle molecole di essi si ritrovano nelle molecole di alcol etilico prodottealcol etilico prodotte

Parametri D/H nei vegetaliPARAMETRI CHE INFLUENZANO IL RAPPORTO D/H NEI COMPOSTI VEGETALIPARAMETRI CHE INFLUENZANO IL RAPPORTO D/H NEI COMPOSTI VEGETALI

Composizione isotopica dell'acqua di faldaComposizione isotopica dell'acqua di falda effetto latitudineeffetto latitudine

ciclo ciclo planetario planetario dell'acquadell'acqua

effetto geografico - continentaleeffetto geografico - continentale

effetto altitudineeffetto altitudine

Evapotraspirazione fogliareEvapotraspirazione fogliare effetto climatico effetto climatico (temperatura - umidità (temperatura - umidità

relativa) relativa)

bietola, fragola bietola, fragola (91-93 ppm) (91-93 ppm)

piante a ciclo piante a ciclo CC33 ( 96 ÷ 108 ( 96 ÷ 108

ppm )ppm )

mele, pere, mele, pere, ciliegie ( 95 ÷ ciliegie ( 95 ÷

101 ppm )101 ppm ) Provenienza Provenienza

vegetale dell’alcolvegetale dell’alcolvite ( 98 ÷ 108 ppm )vite ( 98 ÷ 108 ppm )

piante a ciclo Cpiante a ciclo C44 (canna da zucchero, (canna da zucchero, mais) (110-115 ppm)mais) (110-115 ppm)

condensazione

condensazione

Esempi di frazionamento 2D/1H

(N(N22, NO, NOxx))

DenitrificazioneDenitrificazione

Residui organici (+10/+30 Residui organici (+10/+30 ‰)‰)

Ammonio (NHAmmonio (NH44++))

Materiale organico (R-NHMateriale organico (R-NH22))

Nitrati (NONitrati (NO33--))

Consumo daConsumo da

parte della piantaparte della pianta

MineraliMineraliLisciviamentoLisciviamento

PrecipitazioniPrecipitazioni

Fissazione NFissazione N22 atmosferico (0‰)atmosferico (0‰)

-3/+1‰-3/+1‰

-0,5‰-0,5‰

±1‰±1‰NitrificazioneNitrificazione-12/-29‰-12/-29‰

Ciclo dell’azoto nei composti Ciclo dell’azoto nei composti vegetalivegetali

Spettrometria di massaSpettrometria di massa

La spettrometria di massa è una tecnica utilizzata per separare La spettrometria di massa è una tecnica utilizzata per separare molecole cariche, cioè ioni, in base alla loro massa o, più molecole cariche, cioè ioni, in base alla loro massa o, più correttamente, in base al rapporto massa/carica. Quindi è una correttamente, in base al rapporto massa/carica. Quindi è una tecnica in grado di distinguere isotopi dello stesso elemento e di tecnica in grado di distinguere isotopi dello stesso elemento e di calcolarne i rapporti isotopicicalcolarne i rapporti isotopici

I rapporti isotopici degli elementi leggeri (H, O, C, N, S) sono I rapporti isotopici degli elementi leggeri (H, O, C, N, S) sono misurati con la tecnica Isotope Ratio Mass Spectrometry (IRMS) misurati con la tecnica Isotope Ratio Mass Spectrometry (IRMS) mediante trasformazione in gas purimediante trasformazione in gas puri

Per gli elementi pesanti (Pb, Sr) sono invece utilizzate la tecnica Per gli elementi pesanti (Pb, Sr) sono invece utilizzate la tecnica Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry (ICP-MS) e la Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry (ICP-MS) e la tecnica Thermal Ionization Mass Spectrometry (TIMS) nelle quali il tecnica Thermal Ionization Mass Spectrometry (TIMS) nelle quali il campione è trasformato in atomi e ionicampione è trasformato in atomi e ioni

Isotope Ratio Mass Isotope Ratio Mass SpectrometrySpectrometry

Nella tecnica Isotope Ratio Mass Spectrometer (IRMS) si utilizza uno Nella tecnica Isotope Ratio Mass Spectrometer (IRMS) si utilizza uno spettrometro di massa avente sensibilità minore ma capacità di spettrometro di massa avente sensibilità minore ma capacità di risoluzione e precisione assai più elevata rispetto agli spettrometri risoluzione e precisione assai più elevata rispetto agli spettrometri convenzionaliconvenzionali

Lo spettrometro IRMS comprende tre parti fondamentali: una Lo spettrometro IRMS comprende tre parti fondamentali: una sorgente di ioni, un analizzatore di massa e un contatore di ionisorgente di ioni, un analizzatore di massa e un contatore di ioni

La La sorgente di ionisorgente di ioni ha lo scopo di ionizzare le molecole del ha lo scopo di ionizzare le molecole del campione (generalmente introdotto in forma gassosa) per campione (generalmente introdotto in forma gassosa) per interazione con un fascio di elettroni che causa la formazione di interazione con un fascio di elettroni che causa la formazione di ioni positivi dai composti del campioneioni positivi dai composti del campione

Gli ioni positivi sono poi accelerati e condotti all’interno Gli ioni positivi sono poi accelerati e condotti all’interno dell’dell’analizzatore di massaanalizzatore di massa, ovvero un campo elettromagnetico , ovvero un campo elettromagnetico dove gli ioni sono separati a seconda del loro rapporto dove gli ioni sono separati a seconda del loro rapporto massa/carica (m/z)massa/carica (m/z)

Infine gli ioni sono raccolti e contati da un Infine gli ioni sono raccolti e contati da un rivelatorerivelatore

Principio di funzionamentoPrincipio di funzionamento

Sorgente ionicaSorgente ionica

MagneteMagnete

m/z 2 (Hm/z 2 (H22))

m/z 3 (HD)m/z 3 (HD)

m/z 4 (Dm/z 4 (D22))

Preparazione del campionePreparazione del campione

Per effettuare la misura con la IRMS è necessario convertire Per effettuare la misura con la IRMS è necessario convertire l’elemento di interesse nel campione in forma gassosal’elemento di interesse nel campione in forma gassosa

Esempio: determinazione del rapporto Esempio: determinazione del rapporto 1313C/C/1212C nel vino (alcol etilico)C nel vino (alcol etilico)

Estrazione e Estrazione e purificazione purificazione del composto del composto di interessedi interesse

TrasformazionTrasformazione del composto e del composto di interesse in di interesse in

gasgas

Separazione e Separazione e quantificazione quantificazione

con con spettrometria spettrometria

di massadi massa

Estrazione Estrazione alcol etilico alcol etilico

dal vinodal vino

Ossidazione e Ossidazione e trasformazione trasformazione

dell’alcol in dell’alcol in COCO22

QuantificazionQuantificazione del rapporto e del rapporto

1313COCO22//1212COCO22

Cosa si misura Cosa si misura effettivamente?effettivamente?

Idrogeno Idrogeno H H22: masse 2, 3: masse 2, 3

2 = 2 = 11HH11HH

3 = 3 = 11HH22DD

Carbonio Carbonio ossidazione con O ossidazione con O22 CO CO22: masse 44, 45, 46: masse 44, 45, 46

44 = 44 = 1212CC1616OO1616OO

45 = 45 = 1313CC1616OO1616O e O e 1212CC1616OO1717OO

46 = 46 = 1313CC1616OO1717O e O e 1212CC1717OO1717OO

Azoto Azoto N N2:2: masse 28, 29, 30 masse 28, 29, 30

28 = 28 = 1414NN1414NN

29 = 29 = 1414NN1515NN

30 = 30 = 1515NN1515NN

Zolfo Zolfo ossidazione con O ossidazione con O22 SO SO2:2: masse 64, 66 masse 64, 66

64 = 64 = 3232SS1616OO1616OO

66 = 66 = 3434SS1616OO1616OO

Specie misurateSpecie misurate

Il dispositivo Il dispositivo Dual InletDual Inlet permette di avere un confronto in tempo reale tra il permette di avere un confronto in tempo reale tra il campione analizzato e un materiale di riferimentocampione analizzato e un materiale di riferimento

Il gas formato dal trattamento del campione è immesso nell’IRMS in Il gas formato dal trattamento del campione è immesso nell’IRMS in alternanza ad un gas standard avente distribuzione isotopica ben definita; alternanza ad un gas standard avente distribuzione isotopica ben definita; dal confronto è possibile misurare con accuratezza i rapporti isotopici nel dal confronto è possibile misurare con accuratezza i rapporti isotopici nel campionecampione

Dual InletDual Inlet

Nel metodo Nel metodo Continuous FlowContinuous Flow la preparazione del campione e la successiva la preparazione del campione e la successiva analisi avvengono in un flusso continuo di gas elio. I passaggi sono analisi avvengono in un flusso continuo di gas elio. I passaggi sono automatizzati e prevedono automatizzati e prevedono combustione, riduzione e pirolisi in presenza di combustione, riduzione e pirolisi in presenza di catalizzatoricatalizzatori

Tecnica Continuous FlowTecnica Continuous Flow

Dual InletDual Inlet

L’utilizzo di un gascromatografo permette di avere la separazione L’utilizzo di un gascromatografo permette di avere la separazione dei composti contenenti l’elemento di interesse preliminare dei composti contenenti l’elemento di interesse preliminare all’analisi di massaall’analisi di massa

Interfacciamento con GCInterfacciamento con GC

La separazione gascromatografica fornisce l’identificazione delle La separazione gascromatografica fornisce l’identificazione delle sostanze (What?), mentre l’analisi IRMS fornisce informazioni sulla sostanze (What?), mentre l’analisi IRMS fornisce informazioni sulla loro origine (Where? Where from?)loro origine (Where? Where from?)

Nelle figure sono riportati due esempi di Nelle figure sono riportati due esempi di spettrometri di massa per analisi IRMS. Si spettrometri di massa per analisi IRMS. Si tratta generalmente di strumenti di costo tratta generalmente di strumenti di costo elevato, accessibile soltanto a laboratori di elevato, accessibile soltanto a laboratori di analisi molto avanzatianalisi molto avanzati

Esempi di strumentiEsempi di strumenti

Molti spettrometri per analisi Molti spettrometri per analisi IRMS sono dotati anche di un IRMS sono dotati anche di un gascromatografo per la gascromatografo per la separazione di specie separazione di specie organiche preliminare organiche preliminare all’analisi degli isotopiall’analisi degli isotopi

La ricerca di sofisticazioni in enologia si può effettuare con le tecniche isotopiche:La ricerca di sofisticazioni in enologia si può effettuare con le tecniche isotopiche:

Inoltre si può stabilire con discreta approssimazione la zona di provenienza di un vinoInoltre si può stabilire con discreta approssimazione la zona di provenienza di un vino

Per chiarire l’importanza dell’introduzione di queste tecniche va considerato che prima Per chiarire l’importanza dell’introduzione di queste tecniche va considerato che prima del loro avvento, i metodi esistenti per scoprire le sofisticazioni erano abbastanza del loro avvento, i metodi esistenti per scoprire le sofisticazioni erano abbastanza inefficaci. L’addizione di saccarosio ai mosti genera rapidamente per idrolisi fruttosio e inefficaci. L’addizione di saccarosio ai mosti genera rapidamente per idrolisi fruttosio e glucosio, zuccheri già presenti nell’uva e quindi indistinguibili:glucosio, zuccheri già presenti nell’uva e quindi indistinguibili:

Le molecole di fruttosio e glucosio introdotte fraudolentemente hanno però una traccia Le molecole di fruttosio e glucosio introdotte fraudolentemente hanno però una traccia della loro origine, nascosta nella distribuzione isotopica degli elementi che li della loro origine, nascosta nella distribuzione isotopica degli elementi che li costituiscono (carbonio, idrogeno e ossigeno). Questa distribuzione è diversa a costituiscono (carbonio, idrogeno e ossigeno). Questa distribuzione è diversa a seconda dell’origine del saccarosio o del trattamento cui è stato sottopostoseconda dell’origine del saccarosio o del trattamento cui è stato sottoposto

L’analisi isotopica in L’analisi isotopica in enologiaenologia

sofisticazione del vino per aggiunta di zuccheri diversi da quelli presenti nell’uva sofisticazione del vino per aggiunta di zuccheri diversi da quelli presenti nell’uva (bietola, canna, mais), una pratica illecita in Italia(bietola, canna, mais), una pratica illecita in Italia

annacquamento del vinoannacquamento del vino

OO

CCHH22OOHH

HH

OOHH

HHOOHH

HH

HHOO

HH HH OO

HHOOHH

OOHH HH

CCHH22OOHH

HHOOCCHH22 HH

OO

O

CH2OH

H

OH

HOH

H

HO

H H

OH

O

HOH

OH H

CH2OHH

HOCH2 OH

+

In definitiva, i fenomeni naturali che si succedono durante il ciclo In definitiva, i fenomeni naturali che si succedono durante il ciclo degli elementi C, H e O sono tali da permettere una differenziazione degli elementi C, H e O sono tali da permettere una differenziazione del prodotto finale. In base al tipo di rapporto isotopico in del prodotto finale. In base al tipo di rapporto isotopico in considerazione, si possono avere le informazioni descritte nella considerazione, si possono avere le informazioni descritte nella tabellatabella

Informazioni fornite dai r.i.Informazioni fornite dai r.i.

RRaappppoorrttoo iissoottooppiiccoo II nnfflluueennzzaattoo ddaa PPuuòò ddeetteerrmmiinnaarree

1133CC// 1122CC,, DD// HH MMeettaabboolliissmmoo

((CC33,, CC44,, CCAAMM))

AAggggiiuunnttaa iilllleecciittaa ddii zzuucccchheerroo ddii ccaannnnaa ee// oo bbaarrbbaabbiieettoollaa

1188OO// 1166OO,, DD// HH OOrriiggiinnee

ddeellll’’aaccqquuaa AAnnnnaaccqquuaammeennttoo

1133CC// 1122CC ,, DD// HH SSiinntteessii cchhiimmiiccaa AAggggiiuunnttaa ddii ssoossttaannzzee ddii ssiinntteessii

1188OO// 1166OO,, DD// HH,, 1155NN// 1144NN,, 1133CC// 1122CC

OOrriiggiinnee ggeeooggrraaff iiccaa

CCaarraatttteerriizzzzaazziioonnee ddii pprrooddootttt ii aadd oorr iiggiinnee pprrootteettttaa ee ccoonnttrroollllaattaa

AntisofisticazioniAntisofisticazioni

La contraffazione dovuta all’addizione di zuccheri di canna o bietola La contraffazione dovuta all’addizione di zuccheri di canna o bietola è relativamente semplice da identificare, in base al rapporto è relativamente semplice da identificare, in base al rapporto isotopico D/H. Il valore dovuto allo zucchero presente naturalmente isotopico D/H. Il valore dovuto allo zucchero presente naturalmente nel vino è 98-102 ppm; valori superiori indicano addizione di nel vino è 98-102 ppm; valori superiori indicano addizione di zucchero di canna e mais, mentre valori inferiori indicano addizione zucchero di canna e mais, mentre valori inferiori indicano addizione di zucchero di bietola. La misura è effettuata normalmente con la di zucchero di bietola. La misura è effettuata normalmente con la tecnica di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR)tecnica di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR)

L'aggiunta di una miscela equivalente di zuccheri di canna e bietola L'aggiunta di una miscela equivalente di zuccheri di canna e bietola non modifica il rapporto isotopico del deuterio, ma è comunque non modifica il rapporto isotopico del deuterio, ma è comunque evidenziabile dall'aumentare del rapporto isotopico evidenziabile dall'aumentare del rapporto isotopico 1313C/C/1212CC

L’annacquamento del vino è rivelabile in base al rapporto L’annacquamento del vino è rivelabile in base al rapporto 1818O/O/1616O: O: infatti l’acqua esterna ha un contenuto in infatti l’acqua esterna ha un contenuto in 1818O minore dell'acqua del O minore dell'acqua del vino e farà diminuire di conseguenza il valore del rapporto isotopico vino e farà diminuire di conseguenza il valore del rapporto isotopico misurato. La misura è effettuata normalmente con una tecnica di misurato. La misura è effettuata normalmente con una tecnica di Spettrometria di MassaSpettrometria di Massa

Le potenzialità dell’analisi isotopica sono tali che nel corso degli Le potenzialità dell’analisi isotopica sono tali che nel corso degli ultimi anni alcuni metodi di analisi sono diventati ufficiali al livello ultimi anni alcuni metodi di analisi sono diventati ufficiali al livello nazionale ed europeonazionale ed europeo

Metodi ufficiali di analisi

Il Regolamento CEE 2676/90 (determinazione dei metodi Il Regolamento CEE 2676/90 (determinazione dei metodi comunitari di analisi da utilizzare nel settore del vino) prevede la comunitari di analisi da utilizzare nel settore del vino) prevede la rivelazione dell’aumento del titolo alcolimetrico di mosti e vini, rivelazione dell’aumento del titolo alcolimetrico di mosti e vini, ottenuto con addizione fraudolenta di saccarosio, mediante analisi ottenuto con addizione fraudolenta di saccarosio, mediante analisi NMR del rapporto D/HNMR del rapporto D/H

Il Regolamento CEE 822/97 (modifica del Regolamento Il Regolamento CEE 822/97 (modifica del Regolamento precedente) prevede la determinazione del rapporto isotopico precedente) prevede la determinazione del rapporto isotopico 1818O/O/1616O dell’acqua contenuta nei vini per identificare il possibile O dell’acqua contenuta nei vini per identificare il possibile fraudolento annacquamento di un vinofraudolento annacquamento di un vino

Il Decreto Ministeriale 16-02-93 prevede la determinazione del Il Decreto Ministeriale 16-02-93 prevede la determinazione del rapporto isotopico rapporto isotopico 1313C/C/1212C dell’alcol in mosti e vini mediante C dell’alcol in mosti e vini mediante tecnica IRMS per identificare l’addizione fraudolenta di miscele di tecnica IRMS per identificare l’addizione fraudolenta di miscele di saccarosio da bietola e cannasaccarosio da bietola e canna

Analisi isotopica Analisi isotopica 1313C/C/1212C e C e D/H su vini sloveni. Dal D/H su vini sloveni. Dal confronto con vini non confronto con vini non adulterati è possibile adulterati è possibile definire tre aree: una per definire tre aree: una per le adulterazioni con le adulterazioni con zucchero di canna, una zucchero di canna, una per le adulterazioni con per le adulterazioni con zucchero di bietola e una zucchero di bietola e una per le adulterazioni con per le adulterazioni con miscelemiscele

Qualche esempioQualche esempio

Analisi di whiskyAnalisi di whisky

La determinazione del rapporto D/H può fornire indicazioni sull’autenticità di liquori pregiati come il whisky, permettendo di differenziare il whisky da grano o bourbon (il grano è una pianta con cammino biosintetico del tipo C4), il whisky single malt da orzo (pianta C3) e il whisky blended, in cui l’etanolo deriva da una miscela grano-orzo

L’estrema facilità della distribuzione isotopica degli elementi leggeri (H, C, L’estrema facilità della distribuzione isotopica degli elementi leggeri (H, C, O, N ed S) a variare in conseguenza di fenomeni vari, è causata dal fatto che O, N ed S) a variare in conseguenza di fenomeni vari, è causata dal fatto che il parametro il parametro m/m, legato alla differenza di massa, per gli isotopi di questi m/m, legato alla differenza di massa, per gli isotopi di questi elementi è elevato e quindi gli effetti di frazionamento di massa influenzano elementi è elevato e quindi gli effetti di frazionamento di massa influenzano pesantemente i valori finali negli alimenti che li contengono. Tutte le pesantemente i valori finali negli alimenti che li contengono. Tutte le reazioni che dipendono dalla massa provocheranno infatti un frazionamentoreazioni che dipendono dalla massa provocheranno infatti un frazionamento

Esempi di Esempi di m/mm/m

idrogeno: idrogeno:

D/H D/H (2-1)/2 (2-1)/2 0.5 0.5

carbonio:carbonio:

1313C/C/1212C C (13-12)/13 (13-12)/13 0.0769 0.0769

1313COCO22//1212COCO22 (45-44)/45 (45-44)/45 0.0222 0.0222

ossigeno:ossigeno:

1818O/O/1616O O (18-16)/18 (18-16)/18 0.111 0.111

HH221818O/HO/H22

1616O O (20-18)/20 (20-18)/20 0.1 0.1

La facilità di frazionamento, dovuta alla significativa differenza di La facilità di frazionamento, dovuta alla significativa differenza di massa tra isotopi, è insieme il punto forte e il limite dell’analisi massa tra isotopi, è insieme il punto forte e il limite dell’analisi isotopica applicata agli elementi leggeri. Dal punto di vista del isotopica applicata agli elementi leggeri. Dal punto di vista del controllo antiadulterazione ciò facilita enormemente il metodo di controllo antiadulterazione ciò facilita enormemente il metodo di riconoscimento, ma dal punto di vista della provenienza geografica riconoscimento, ma dal punto di vista della provenienza geografica è evidente che esiste una variabilità naturale dei dati che rende è evidente che esiste una variabilità naturale dei dati che rende difficile avere riferimenti ben precisidifficile avere riferimenti ben precisi

Per questi motivi l’analisi isotopica degli elementi leggeri è ancora Per questi motivi l’analisi isotopica degli elementi leggeri è ancora allo stadio sperimentale per quanto riguarda la determinazione allo stadio sperimentale per quanto riguarda la determinazione della provenienza. Sono necessarie raccolte di dati molto ampie, della provenienza. Sono necessarie raccolte di dati molto ampie, che tengano conto di tutte le variazioni possibili (stagionali, che tengano conto di tutte le variazioni possibili (stagionali, climatiche). Inoltre, è necessario tener conto delle possibili climatiche). Inoltre, è necessario tener conto delle possibili variazioni artificiali introdotte nel ciclo produttivo (addizione di variazioni artificiali introdotte nel ciclo produttivo (addizione di composti con distribuzione isotopica differente)composti con distribuzione isotopica differente)

Sicuramente l’approccio migliore consiste nel tenere conto di dati Sicuramente l’approccio migliore consiste nel tenere conto di dati isotopici e dati di concentrazione relativi ad elementi in tracceisotopici e dati di concentrazione relativi ad elementi in tracce

Necessità di databaseNecessità di database

Banche DatiBanche DatiVa considerato che la variazione dei rapporti isotopici dell'alcol di vino può essere Va considerato che la variazione dei rapporti isotopici dell'alcol di vino può essere oscillante. Ad esempio per il rapporto D/H nei vini italiani, a seconda della latitudine, oscillante. Ad esempio per il rapporto D/H nei vini italiani, a seconda della latitudine, del clima e della piovosità si possono avere valori compresi tra circa 98 e 107 ppmdel clima e della piovosità si possono avere valori compresi tra circa 98 e 107 ppm

Per avere un campione statistico rappresentativo di tutta la produzione viticola italiana Per avere un campione statistico rappresentativo di tutta la produzione viticola italiana è necessario effettuare un'indagine su tutto il territorio nazionale. A questo scopo sono è necessario effettuare un'indagine su tutto il territorio nazionale. A questo scopo sono state costituite, a partire dal 1987, col patrocinio del Ministero delle Politiche Agricole e state costituite, a partire dal 1987, col patrocinio del Ministero delle Politiche Agricole e Forestali - Ispettorato Centrale per la Repressione delle Frodi, le Banche Dati su Forestali - Ispettorato Centrale per la Repressione delle Frodi, le Banche Dati su campioni di vino sicuramente genuini e provenienti da tutta Italia. Ogni anno vengono campioni di vino sicuramente genuini e provenienti da tutta Italia. Ogni anno vengono raccolti circa 500 campioni di uva da tutte le regioni italiane e per ogni prelievo viene raccolti circa 500 campioni di uva da tutte le regioni italiane e per ogni prelievo viene compilata una scheda con le principali informazioni del vigneto; dati relativi alla compilata una scheda con le principali informazioni del vigneto; dati relativi alla produzione (kg per ceppo, resa per ettaro) eventuale irrigazione, piovosità. Tali uve produzione (kg per ceppo, resa per ettaro) eventuale irrigazione, piovosità. Tali uve vengono successivamente vinificate in laboratorio, ottenendo il vino da analizzarevengono successivamente vinificate in laboratorio, ottenendo il vino da analizzare

Nel caso del Rapporto isotopico del deuterio, la Banca Dati Italiana è stata Nel caso del Rapporto isotopico del deuterio, la Banca Dati Italiana è stata formalmente validata da una Commissione della Comunità Europea, che si avvale del formalmente validata da una Commissione della Comunità Europea, che si avvale del contributo tecnico del Joint Research Centre di Ispracontributo tecnico del Joint Research Centre di Ispra

A livello europeo, dal A livello europeo, dal 1990 esiste un database di vini che raccoglie dati da campioni di 1990 esiste un database di vini che raccoglie dati da campioni di provenienza certa vinificati in Europa, secondo le indicazioni del Regolamento UE provenienza certa vinificati in Europa, secondo le indicazioni del Regolamento UE 2676/90. Oltre ai dati dei valori D/H originariamente previsti, attualmente il database 2676/90. Oltre ai dati dei valori D/H originariamente previsti, attualmente il database comprende anche valori di comprende anche valori di 1313C del’etanolo e di C del’etanolo e di 1818O dell’acqua di vino. Siccome le O dell’acqua di vino. Siccome le possibilità di adulterazione comprendono l’utilizzo di mosti rettificati, zuccheri e possibilità di adulterazione comprendono l’utilizzo di mosti rettificati, zuccheri e prodotti vari da paesi del terzo mondo, si stanno raccogliendo dati anche da vini prodotti vari da paesi del terzo mondo, si stanno raccogliendo dati anche da vini provenienti da questi paesiprovenienti da questi paesi

Determinazione della Determinazione della provenienzaprovenienza

Oltre all’utilizzo nell’identificazione di sofisticazioni, l’analisi Oltre all’utilizzo nell’identificazione di sofisticazioni, l’analisi isotopica è impiegata nella caratterizzazione dal punto geografico isotopica è impiegata nella caratterizzazione dal punto geografico dei prodotti enologici. Come si è detto in precedenza, infatti, uve dei prodotti enologici. Come si è detto in precedenza, infatti, uve cresciute in zone climaticamente diverse daranno vini in cui C, H e cresciute in zone climaticamente diverse daranno vini in cui C, H e O (presenti in etanolo e acqua) avranno subito frazionamenti O (presenti in etanolo e acqua) avranno subito frazionamenti isotopici conseguentemente diversiisotopici conseguentemente diversiNella figura a fianco sono Nella figura a fianco sono riportati i valori di riportati i valori di 1818O O per vini provenienti da:per vini provenienti da:

Le differenze risultano Le differenze risultano essere significativeessere significative

• Paesi europei caldi Paesi europei caldi (Spagna, Portogallo)(Spagna, Portogallo)

• Paesi europei Paesi europei temperati (Francia, temperati (Francia, Italia)Italia)

• Paesi europei freddi e Paesi europei freddi e umidi (Germania, umidi (Germania, Austria)Austria)

Problemi nella determinazione della Problemi nella determinazione della provenienzaprovenienza

Per la determinazione della provenienza regionale, si possono utilizzare gli Per la determinazione della provenienza regionale, si possono utilizzare gli stessi parametri utili a identificare le adulterazioni, cioè stessi parametri utili a identificare le adulterazioni, cioè 1313C e C e 1818O di etanolo O di etanolo e acqua di vino. La base è ovviamente il database UE. La determinazione è e acqua di vino. La base è ovviamente il database UE. La determinazione è però resa problematica dal fatto che i campioni incogniti possono essere però resa problematica dal fatto che i campioni incogniti possono essere stati soggetti ad adulterazione, rendendo difficile la collocazione all’interno stati soggetti ad adulterazione, rendendo difficile la collocazione all’interno del database. Inoltre le variazioni stagionali naturali possono essere del database. Inoltre le variazioni stagionali naturali possono essere significative (figura sotto - significative (figura sotto - 1818O di vini tedeschi della Franconia in annate O di vini tedeschi della Franconia in annate diversediverse

Una misura alternativa può Una misura alternativa può essere la determinazione essere la determinazione del rapporto isotopico del rapporto isotopico dell’azoto (dell’azoto (1515N/N/1414N) dagli N) dagli aminoacidi, che però può aminoacidi, che però può essere influenzato essere influenzato dall’addizione di sali di dall’addizione di sali di ammonio per la ammonio per la fermentazionefermentazione

L’approccio migliore sembra L’approccio migliore sembra quindi essere un impiego di quindi essere un impiego di più variabili, sia isotopiche più variabili, sia isotopiche sia di altro generesia di altro genere

Analisi di vini tedeschiAnalisi di vini tedeschiNella figura sono mostrati i valori di Nella figura sono mostrati i valori di 1313C e C e 1818O rO rilevati in vini di ilevati in vini di presunta produzione tedesca e ritenuti di pregio. In realtà, dal presunta produzione tedesca e ritenuti di pregio. In realtà, dal confronto con i dati del database UE sembra evidente che alcuni confronto con i dati del database UE sembra evidente che alcuni campioni sono miscele di vini tedeschi e vini provenienti campioni sono miscele di vini tedeschi e vini provenienti dall’Europa meridionaledall’Europa meridionale

Analisi isotopica Analisi isotopica 1313C/C/1212C, C, 1818O/O/1616O e D/H su vini O e D/H su vini sloveni. In questo caso sloveni. In questo caso l’obiettivo è verificare la l’obiettivo è verificare la possibilità di possibilità di differenziare vini differenziare vini provenienti da regioni provenienti da regioni vinicole diversevinicole diverse

Utilizzando i parametri Utilizzando i parametri isotopici e trattando isotopici e trattando statisticamente i dati statisticamente i dati secondo il metodo secondo il metodo chemiometrico PCA, si chemiometrico PCA, si verifica una buona verifica una buona separazione tra i tre separazione tra i tre gruppi consideratigruppi considerati

Analisi isotopica e PCAAnalisi isotopica e PCA

Come si è visto, l'analisi isotopica degli elementi leggeri trova Come si è visto, l'analisi isotopica degli elementi leggeri trova moltissime applicazioni nell'autenticazione dei prodotti alimentari. moltissime applicazioni nell'autenticazione dei prodotti alimentari. Seppure con notevoli difficoltà, è possibile applicarla anche alla Seppure con notevoli difficoltà, è possibile applicarla anche alla provenienza geograficaprovenienza geografica

Ma per quanto riguarda la tracciabilità? Per trovare il collegamento Ma per quanto riguarda la tracciabilità? Per trovare il collegamento tra il prodotto finito e le materie prime, sarebbe necessario tra il prodotto finito e le materie prime, sarebbe necessario investigare lungo la filiera fino ad individuare il legame con il investigare lungo la filiera fino ad individuare il legame con il terreno. La determinazione dei rapporti isotopici di C, H, N, O e S terreno. La determinazione dei rapporti isotopici di C, H, N, O e S nel terreno è difficile da effettuare, a causa della mancanza di nel terreno è difficile da effettuare, a causa della mancanza di uniformità della matrice. Nel terreno sono presenti in uniformità della matrice. Nel terreno sono presenti in concentrazioni elevate moltissimi composti contenenti gli elementi concentrazioni elevate moltissimi composti contenenti gli elementi leggeri, a differenza per esempio del vino in cui l’etanolo e l’acqua leggeri, a differenza per esempio del vino in cui l’etanolo e l’acqua sono assolutamente prevalenti come composti su cui determinare i sono assolutamente prevalenti come composti su cui determinare i rapporti isotopici di C e Orapporti isotopici di C e O

L’analisi isotopica sul terreno non ha quindi applicazioni pratiche e L’analisi isotopica sul terreno non ha quindi applicazioni pratiche e di fatto l’unico collegamento con il territorio consiste nella di fatto l’unico collegamento con il territorio consiste nella possibilità di analizzare campioni di provenienza certapossibilità di analizzare campioni di provenienza certa

Tracciabilità con l'analisi Tracciabilità con l'analisi isotopica?isotopica?

Un'alternativa all'analisi isotopica degli elementi leggeri è quella Un'alternativa all'analisi isotopica degli elementi leggeri è quella degli elementi pesanti, generalmente presenti negli alimenti in degli elementi pesanti, generalmente presenti negli alimenti in concentrazioni a livello di tracce (< 0.1%)concentrazioni a livello di tracce (< 0.1%)

Gli elementi in tracce negli alimenti hanno concentrazioni Gli elementi in tracce negli alimenti hanno concentrazioni bassissime e dipendenti da fattori vari, tra cui l’origine geografica. bassissime e dipendenti da fattori vari, tra cui l’origine geografica. Durante l’assunzione delle sostanze minerali da parte delle piante Durante l’assunzione delle sostanze minerali da parte delle piante non si ha frazionamento isotopico significativo per gli elementi non si ha frazionamento isotopico significativo per gli elementi presenti in tracce nel terreno. Quindi, i loro rapporti isotopici sono presenti in tracce nel terreno. Quindi, i loro rapporti isotopici sono eccellenti indicatori di provenienza o tracciantieccellenti indicatori di provenienza o traccianti

Per questo motivo, il collegamento degli alimenti con il terreno è Per questo motivo, il collegamento degli alimenti con il terreno è studiato mediante l’analisi isotopica di elementi più pesanti, quali lo studiato mediante l’analisi isotopica di elementi più pesanti, quali lo stronzio (Sr) e il piombo (Pb), che sono presenti nel terreno in stronzio (Sr) e il piombo (Pb), che sono presenti nel terreno in quantità limitate. Questi elementi hanno una distribuzione isotopica quantità limitate. Questi elementi hanno una distribuzione isotopica differente da terreno a terreno, che può agire da impronta digitaledifferente da terreno a terreno, che può agire da impronta digitale

Le principali applicazioni dell’analisi isotopica degli elementi pesanti Le principali applicazioni dell’analisi isotopica degli elementi pesanti si hanno in campo enologicosi hanno in campo enologico

Analisi isotopica di elementi Analisi isotopica di elementi pesantipesanti

La causa principale del frazionamento isotopico negli La causa principale del frazionamento isotopico negli elementi pesanti è la formazione di nuclidi elementi pesanti è la formazione di nuclidi figli figli radiogenici a radiogenici a partire da nuclidi partire da nuclidi madrimadri radioattivi per via di trasmutazioni radioattivi per via di trasmutazioni nucleari che avvengono in continuo (su scala geologica). La nucleari che avvengono in continuo (su scala geologica). La quantità di nuclidi madri varia da minerale a minerale e quantità di nuclidi madri varia da minerale a minerale e quindi rocce di origine diversa contengono nuclidi figli in quindi rocce di origine diversa contengono nuclidi figli in quantità conseguentemente differente da sito a sitoquantità conseguentemente differente da sito a sito

Inoltre, la maggior parte degli elementi pesanti (eccezion Inoltre, la maggior parte degli elementi pesanti (eccezion fatta per il ferro) non sono essenziali per la vita o hanno un fatta per il ferro) non sono essenziali per la vita o hanno un ruolo minore rispetto ai bioelementi più leggeri (H, C, N, O, S, ruolo minore rispetto ai bioelementi più leggeri (H, C, N, O, S, P, Ca) e ciò limita la possibilità di frazionamento isotopico P, Ca) e ciò limita la possibilità di frazionamento isotopico causato da processi biologicicausato da processi biologici

Cause di frazionamento negli elementi Cause di frazionamento negli elementi pesantipesanti

Nella tabella sono riportati alcuni tra i più importanti nuclidi Nella tabella sono riportati alcuni tra i più importanti nuclidi radioattivi (madri) e radiogenici (figli) considerati come traccianti radioattivi (madri) e radiogenici (figli) considerati come traccianti petrogenetici e, in quanto tali, utili per la determinazione dell’età in petrogenetici e, in quanto tali, utili per la determinazione dell’età in geocronometria; è indicato inoltre il rapporto isotopico per il quale geocronometria; è indicato inoltre il rapporto isotopico per il quale essi sono traccianti anche in studi sulle pianteessi sono traccianti anche in studi sulle piante

Alcuni esempi di nuclidi Alcuni esempi di nuclidi utiliutili

NNuucclliiddee mmaaddrree

TTiippoo ddii ddeeccaaddiimmeennttoo

TT11// 22 NNuucclliiddee ff iigglliioo

II ssoottooppoo ddii rr iiff eerr iimmeennttoo

RRaannggee rr ..ii..

4400KK EE..CC.. 11..119933··11001100 4400AArr 3366AArr 229955..55 -- 11000000 8877RRbb -- 44..8888··11001100 8877SSrr 8866SSrr 00..770022 –– 11

114477SSmm 11..0066··11001111 114433NNdd 114444NNdd 00..551100 –– 00..551144 118877RRee -- 44..2233··11001100 118877OOss 118866OOss 00..88 –– 2266 223322TThh 66 ++ 44-- 11..4400··11001100 220088PPbb 220044PPbb 3333..00 –– 5522..00 223355UU 77 ++ 44-- 77..0044··110088 220077PPbb 220044PPbb 1144..00 –– 2244..00 223388UU 88 ++ 66-- 44..4477··110099 220066PPbb 220044PPbb 1133..00 –– 2255..00

La concentrazione di Sr nel vino varia tra 60 ppb e 7 ppm a seconda La concentrazione di Sr nel vino varia tra 60 ppb e 7 ppm a seconda della sua origine. Si può quindi definire un della sua origine. Si può quindi definire un microelementomicroelemento o o elemento in tracce nel vino. Nell’ambito della filiera del vino, la elemento in tracce nel vino. Nell’ambito della filiera del vino, la concentrazione di Sr tende aconcentrazione di Sr tende a

Contenuto di Sr nei viniContenuto di Sr nei vini

incrementare dall’uva al incrementare dall’uva al mosto fino al vino, mosto fino al vino, probabilmente a causa del probabilmente a causa del rilascio di ioni Srrilascio di ioni Sr2+2+ contenuti contenuti nei semi e nelle bucce. Inoltre nei semi e nelle bucce. Inoltre ci può essere un apporto ci può essere un apporto artificiale di ione Srartificiale di ione Sr2+2+ dovuto dovuto all’uso di fertilizzanti o a all’uso di fertilizzanti o a pratiche di cantina come la pratiche di cantina come la chiarificazione con bentonite chiarificazione con bentonite e la deacidificazione con e la deacidificazione con CaCOCaCO33 o altri composti di Ca o altri composti di Ca che possono contenere che possono contenere impurezze (lo ione Srimpurezze (lo ione Sr2+2+ è ione è ione vicariante dello ione Cavicariante dello ione Ca2+2+))La concentrazione di Sr è quindi poco utile per La concentrazione di Sr è quindi poco utile per tracciaretracciare la filiera la filiera

Gli isotopi naturali dello stronzio sono 4:Gli isotopi naturali dello stronzio sono 4:

L’isotopo L’isotopo 8787Sr è l’unico radiogenico, cioè proveniente dal Sr è l’unico radiogenico, cioè proveniente dal decadimento radioattivo di un altro nuclide: è il prodotto di decadimento radioattivo di un altro nuclide: è il prodotto di decadimento decadimento -- dell’isotopo dell’isotopo 8787Rb (tempo di mezza vita = Rb (tempo di mezza vita = 4.88·104.88·101010 anni) anni)

8787Rb Rb 8787Sr + Sr + --

Distribuzione isotopica di SrDistribuzione isotopica di Sr

8484Sr (0.56%)Sr (0.56%)

8686Sr (9.86%)Sr (9.86%)

8787Sr (7.00%)Sr (7.00%)

8888Sr (82.6%)Sr (82.6%)

La concentrazione del nuclide La concentrazione del nuclide 8787Sr aumenta gradualmente col Sr aumenta gradualmente col tempo nei minerali, a differenza degli altri isotopi di Sr. Quindi, il tempo nei minerali, a differenza degli altri isotopi di Sr. Quindi, il rapporto rapporto 8787Sr/Sr/8686Sr tende ad aumentare in maniera relativamente a Sr tende ad aumentare in maniera relativamente a tempi geologici. Questa è la base per un metodo di datazione tempi geologici. Questa è la base per un metodo di datazione comunemente utilizzato in geochimica: il sistema Rb/Sr è un vero e comunemente utilizzato in geochimica: il sistema Rb/Sr è un vero e proprio proprio orologio radioattivoorologio radioattivo per la datazione dei minerali per la datazione dei minerali ed è ed è usato usato per datare antiche rocce terrestri ignee e metamorfiche e campioni per datare antiche rocce terrestri ignee e metamorfiche e campioni di rocce lunaridi rocce lunari. Ad esempio, nelle rocce granitiche, più antiche . Ad esempio, nelle rocce granitiche, più antiche geologicamente, il valore del rapporto geologicamente, il valore del rapporto 8787Sr/Sr/8686Sr è Sr è tipicamente 0.710, tipicamente 0.710, mentre in rocce basaltiche, più giovani, il rapporto varia tra 0.702 e mentre in rocce basaltiche, più giovani, il rapporto varia tra 0.702 e 0.7050.705

Dal punto di vista della tracciabilità, quel che più conta è che il Dal punto di vista della tracciabilità, quel che più conta è che il rapporto rapporto 8787Sr/Sr/8686Sr varia a seconda dell’età geologica del terreno e Sr varia a seconda dell’età geologica del terreno e quindi a seconda dell’area geografica. Terreni molto antichi quindi a seconda dell’area geografica. Terreni molto antichi avranno valori più alti di questo rapporto, mentre terreni avranno valori più alti di questo rapporto, mentre terreni geologicamente giovani avranno valori più bassi. In definitiva il geologicamente giovani avranno valori più bassi. In definitiva il nuclide nuclide 8787Sr agisce da Sr agisce da tracciantetracciante

Il nuclide Il nuclide 8787Sr come traccianteSr come tracciante

L’impiego degli isotopi dello stronzio come marcatori nel vino L’impiego degli isotopi dello stronzio come marcatori nel vino è stato introdotto da ricercatori tedeschi nel 1992. Il rapporto è stato introdotto da ricercatori tedeschi nel 1992. Il rapporto 8787Sr/Sr/8686Sr può essere utilizzato come tracciante dell’origine del Sr può essere utilizzato come tracciante dell’origine del vino se esiste una correlazione significativa tra il valore di vino se esiste una correlazione significativa tra il valore di questo rapporto nel terreno e nel vino e se esistono questo rapporto nel terreno e nel vino e se esistono differenze significative tra vini di differente provenienza differenze significative tra vini di differente provenienza geograficageografica

Naturalmente, occorre verificare se la distribuzione isotopica Naturalmente, occorre verificare se la distribuzione isotopica di Sr rimane inalterata nel trasferimento di sostanze nutrienti di Sr rimane inalterata nel trasferimento di sostanze nutrienti dal terreno alle piante e nei vari passaggi della filiera del dal terreno alle piante e nei vari passaggi della filiera del vino. Se così fosse, la distribuzione isotopica nel vino vino. Se così fosse, la distribuzione isotopica nel vino dovrebbe riflettere quella del terreno da cui si originano le dovrebbe riflettere quella del terreno da cui si originano le vitiviti

Il rapporto Il rapporto 8787Sr/Sr/8686Sr nella filieraSr nella filiera

Il valore di Il valore di m/m per il rapporto isotopico m/m per il rapporto isotopico 8787Sr/Sr/8686Sr Sr è molto basso:è molto basso:

8787Sr/Sr/8686Sr Sr (87-86)/87 (87-86)/87 0.0115 0.0115

In base a questo valore, si può stimare che Sr In base a questo valore, si può stimare che Sr tenda a frazionarsi poco. Per questo motivo, a tenda a frazionarsi poco. Per questo motivo, a differenza dei rapporti isotopici degli elementi differenza dei rapporti isotopici degli elementi leggeri, è lecito attendersi scarsi effetti di leggeri, è lecito attendersi scarsi effetti di frazionamento di massa sulla distribuzione di Sr, frazionamento di massa sulla distribuzione di Sr, dovuti a processi naturali o artificialidovuti a processi naturali o artificiali

Frazionamento di SrFrazionamento di Sr

La bontà delle ipotesi enunciate in precedenza è verificata in uno La bontà delle ipotesi enunciate in precedenza è verificata in uno studio effettuato da ricercatori Portoghesi, i quali hanno studio effettuato da ricercatori Portoghesi, i quali hanno determinato il rapporto determinato il rapporto 8787Sr/Sr/8686Sr in due vini rossi provenienti dalla Sr in due vini rossi provenienti dalla regione del Douro (Portogallo nordorientale), effettuando anche regione del Douro (Portogallo nordorientale), effettuando anche misure in vari punti della filiera. I vini sono stati ottenuto da vigne misure in vari punti della filiera. I vini sono stati ottenuto da vigne cresciute in un vigneto più antico (70 anni) e in un vigneto più cresciute in un vigneto più antico (70 anni) e in un vigneto più giovane (10 anni), entrambi su terreno composto da materiale giovane (10 anni), entrambi su terreno composto da materiale scistoso. La vinificazione è stata effettuata secondo un protocollo scistoso. La vinificazione è stata effettuata secondo un protocollo ben definito, anche se differente da un vino all’altro:ben definito, anche se differente da un vino all’altro:

Verifica...Verifica...

le uve del vigneto più vecchio sono state vinificate a mano le uve del vigneto più vecchio sono state vinificate a mano secondo una procedura antica che prevede un numero limitato di secondo una procedura antica che prevede un numero limitato di passaggi; le uve sono polivarietali, cioè di varietà diverse di passaggi; le uve sono polivarietali, cioè di varietà diverse di Vitis Vitis viniferavinifera, e danno un vino rosso simile al Porto, di cui è previsto , e danno un vino rosso simile al Porto, di cui è previsto l’invecchiamento da 2 a 20 anni (per motivi di praticità il vino è l’invecchiamento da 2 a 20 anni (per motivi di praticità il vino è stato analizzato dopo un solo anno di invecchiamento)stato analizzato dopo un solo anno di invecchiamento)

le uve del vigneto più giovane sono invece monovarietali del tipo le uve del vigneto più giovane sono invece monovarietali del tipo Touriga Nacional e sono state vinificate con procedimento più Touriga Nacional e sono state vinificate con procedimento più complesso, costituito da un numero superiore di passaggicomplesso, costituito da un numero superiore di passaggi

Schema della vinificazioneSchema della Schema della

vinificazionevinificazione(a) Vigneto antico(a) Vigneto antico

(b) Vigneto giovane(b) Vigneto giovane

Il rapporto Il rapporto 8787Sr/Sr/8686Sr è stato misurato in tutti i campioni prelevati e Sr è stato misurato in tutti i campioni prelevati e riconducibili alle seguenti matrici:riconducibili alle seguenti matrici:

La misura del rapporto isotopico è stata effettuata con la tecnica di La misura del rapporto isotopico è stata effettuata con la tecnica di spettrometria di massa con plasma induttivamente accoppiato (ICP-spettrometria di massa con plasma induttivamente accoppiato (ICP-MS). In questa tecnica è utilizzato sempre lo spettrometro di massa MS). In questa tecnica è utilizzato sempre lo spettrometro di massa per separare ioni in base al rapporto massa/carica; differisce dalla per separare ioni in base al rapporto massa/carica; differisce dalla tecnica descritta in precedenza per il fatto che è utilizzato un tecnica descritta in precedenza per il fatto che è utilizzato un plasma per avere il campione in forma di ioni monoatomiciplasma per avere il campione in forma di ioni monoatomici

La misura è realizzata misurando i segnali a rapporto massa/carica La misura è realizzata misurando i segnali a rapporto massa/carica 86 (dovuto all’isotopo 86 (dovuto all’isotopo 8686Sr) e 87 (dovuto all’isotopo Sr) e 87 (dovuto all’isotopo 8787Sr), e Sr), e ottenendo matematicamente il valore del r.i. Per avere un ottenendo matematicamente il valore del r.i. Per avere un riferimento preciso dei valori di distribuzione isotopica, è stato riferimento preciso dei valori di distribuzione isotopica, è stato analizzato anche un campione standard avente distribuzione analizzato anche un campione standard avente distribuzione certificata, composto da SrCOcertificata, composto da SrCO33

Misurazione del rapporto Misurazione del rapporto 8787Sr/Sr/8686SrSr

Terreno del vignetoTerreno del vigneto

MostoMosto

Vino stabilizzato e invecchiatoVino stabilizzato e invecchiato

Come si nota dalla tabella, i valori di Come si nota dalla tabella, i valori di 8787Sr/Sr/8686Sr sono molto simili tra Sr sono molto simili tra mosto e vino, e tra i due vini ottenuti con metodi di vinificazione mosto e vino, e tra i due vini ottenuti con metodi di vinificazione molto diversi. Risulta evidente, quindi, che nè la fermentazione nè il molto diversi. Risulta evidente, quindi, che nè la fermentazione nè il processo globale di vinificazione influenzano la distribuzione processo globale di vinificazione influenzano la distribuzione isotopica di Srisotopica di Sr

Effettuando un test statistico (paired t-test) sui valori di r.i. in Effettuando un test statistico (paired t-test) sui valori di r.i. in terreno, mosto e vino, i tre valori non risultano essere terreno, mosto e vino, i tre valori non risultano essere significativamente diversi: ciò rende il parametro adatto come significativamente diversi: ciò rende il parametro adatto come marcatore dell’origine dei vini in esame. Inoltre, il valore ottenuto è marcatore dell’origine dei vini in esame. Inoltre, il valore ottenuto è identico a quelli misurati da altri ricercatori in vini provenienti dalla identico a quelli misurati da altri ricercatori in vini provenienti dalla stessa regione e differente da quelli misurati in vini di altri distretti stessa regione e differente da quelli misurati in vini di altri distretti portoghesi come Bairrada e Borba (Portogallo centrale e portoghesi come Bairrada e Borba (Portogallo centrale e sudorientale)sudorientale)

RisultatiRisultati

VViiggnneettoo aanntt iiccoo VViiggnneettoo ggiioovvaannee

mmoossttoo vviinnoo tteerrrreennoo mmoossttoo vviinnoo 8877SSrr// 8866SSrr 00..772277 00..772299 00..773322 00..773311 00..772299 DDeevv..ssttdd.. 00..000066 00..000055 00..000066 00..000044 00..000066

Per confronto, si valuti la variazione della concentrazione totale di Per confronto, si valuti la variazione della concentrazione totale di Sr nei mosti e nei vari passaggi di vinificazioneSr nei mosti e nei vari passaggi di vinificazione

(a) Vigneto antico(a) Vigneto antico

(b) Vigneto giovane(b) Vigneto giovane

Il passaggio dal mosto al vino causa un incremento di circa 3 volte Il passaggio dal mosto al vino causa un incremento di circa 3 volte della concentrazione di Sr; è evidente che questo parametro non della concentrazione di Sr; è evidente che questo parametro non può essere utilizzato come tracciante, a differenza del rapporto può essere utilizzato come tracciante, a differenza del rapporto isotopicoisotopico

Concentrazione totale di SrConcentrazione totale di Sr

La misura del rapporto La misura del rapporto 8787Sr/Sr/8686Sr, effettuata con tecnica ICP-MS, è Sr, effettuata con tecnica ICP-MS, è complicata dal fatto che il nuclide complicata dal fatto che il nuclide 8787Sr è isobaro con Sr è isobaro con 8787Rb, un Rb, un isotopo maggiore del metallo alcalino isotopo maggiore del metallo alcalino rubidiorubidio. Dal punto di vista . Dal punto di vista chimico le due specie hanno comportamento diverso, ma dal punto chimico le due specie hanno comportamento diverso, ma dal punto di vista fisico risultano avere la stessa massadi vista fisico risultano avere la stessa massa

Nelle condizioni di misura all’interno dello spettrometro di massa, i Nelle condizioni di misura all’interno dello spettrometro di massa, i due nuclidi, avendo rapporto massa/carica molto simile, danno due nuclidi, avendo rapporto massa/carica molto simile, danno segnali indistinguibili: al valore di massa/carica = 87, il segnale è segnali indistinguibili: al valore di massa/carica = 87, il segnale è dovuto alla somma dei contributi di dovuto alla somma dei contributi di 8787Sr e Sr e 8787RbRb

La possibilità di discriminare i due segnali è legata alla capacità di La possibilità di discriminare i due segnali è legata alla capacità di risoluzione dell’analizzatore di massa. I valori esatti del rapporto risoluzione dell’analizzatore di massa. I valori esatti del rapporto massa/carica sono 86.908882 per massa/carica sono 86.908882 per 8787Sr e 86.909186 per Sr e 86.909186 per 8787Rb; la Rb; la vicinanza è tale che per discriminare i due contributi sarebbe vicinanza è tale che per discriminare i due contributi sarebbe necessaria una risoluzione (m/necessaria una risoluzione (m/m) di circa 3·10m) di circa 3·1055, impossibile da , impossibile da ottenere per i normali strumenti commercialiottenere per i normali strumenti commerciali

Complicazioni nella misuraComplicazioni nella misura

Il rubidio crea quindi interferenza Il rubidio crea quindi interferenza positivapositiva, in quanto il , in quanto il segnale del suo isotopo segnale del suo isotopo 8787Rb si somma a quello della specie Rb si somma a quello della specie che si desidera determinare, cioè che si desidera determinare, cioè 8787Sr. Il rubidio è Sr. Il rubidio è solitamente presente nell’uva e nel vino in quantità maggiori solitamente presente nell’uva e nel vino in quantità maggiori rispetto a Sr (0.2 - 4.2 mg/l nel vino); inoltre, mentre rispetto a Sr (0.2 - 4.2 mg/l nel vino); inoltre, mentre l’isotopo l’isotopo 8787Sr corrisponde al 7.00% del totale di stronzio, Sr corrisponde al 7.00% del totale di stronzio, l’isotopo l’isotopo 8787Rb corrisponde al 27.8% del totale di rubidio. Si Rb corrisponde al 27.8% del totale di rubidio. Si tratta quindi di una presenza tratta quindi di una presenza ingombranteingombrante

Per questi motivi, per avere una misura accurata Per questi motivi, per avere una misura accurata dell’abbondanza di dell’abbondanza di 8787Sr e quindi un valore di r.i. affidabile, è Sr e quindi un valore di r.i. affidabile, è necessario rimuovere lo ione Rbnecessario rimuovere lo ione Rb++ dai campioni dai campioni preliminarmente alla misura isotopicapreliminarmente alla misura isotopica

Contenuto di Rb nel vinoContenuto di Rb nel vino

La rimozione di Rb dai campioni è basata sulla diversa affinità che gli ioni La rimozione di Rb dai campioni è basata sulla diversa affinità che gli ioni RbRb++ ed Sr ed Sr2+2+ hanno nei confronti del trattenimento per attrazione hanno nei confronti del trattenimento per attrazione elettrostatica su una resina a scambio cationico. Il meccanismo del elettrostatica su una resina a scambio cationico. Il meccanismo del trattenimento è la seguente reazione di equilibrio:trattenimento è la seguente reazione di equilibrio:

n(R-SOn(R-SO33--HH++) + Me) + Men+n+ n(R-SO n(R-SO33

--)Me)Men+n+ + nH + nH++

Il controione HIl controione H++ è facilmente scambiabile e può essere sostituito con cationi è facilmente scambiabile e può essere sostituito con cationi a densità di carica maggiore. Il campione liquido (pH corretto a 4) è a densità di carica maggiore. Il campione liquido (pH corretto a 4) è immesso nella colonna contenente la resina. Lo ione Srimmesso nella colonna contenente la resina. Lo ione Sr2+2+ ha maggiore ha maggiore affinità dello ione Rbaffinità dello ione Rb++ per i siti di scambio cationico, ovvero la reazione per i siti di scambio cationico, ovvero la reazione

2(R-SO2(R-SO33--HH++) + Sr) + Sr2+2+ 2(R-SO 2(R-SO33

--)Sr)Sr2+2+ + 2H + 2H++

è preferenziale rispetto alla reazioneè preferenziale rispetto alla reazione

R-SOR-SO33--HH++ + Rb + Rb++ R-SO R-SO33

--RbRb++ + H + H++

Rimozione di RbRimozione di Rb

Il passaggio su colonna ha quindi l’effetto di favorire il Il passaggio su colonna ha quindi l’effetto di favorire il trattenimento dello ione Srtrattenimento dello ione Sr2+2+, mentre lo ione Rb, mentre lo ione Rb++, non essendo , non essendo trattenuto va allo scarico ed è quindi eliminato. Successivamente, si trattenuto va allo scarico ed è quindi eliminato. Successivamente, si ottiene il desorbimento degli ioni Srottiene il desorbimento degli ioni Sr2+2+ facendo passare una facendo passare una soluzione molto concentrata di Hsoluzione molto concentrata di H++ (generalmente HCl concentrato) (generalmente HCl concentrato) che rimpiazza gli ioni dai siti di scambio cationico per via della che rimpiazza gli ioni dai siti di scambio cationico per via della legge dell’azione di massa:legge dell’azione di massa:

2(R-SO2(R-SO33--SrSr2+2+) + 2H) + 2H++ n(R-SO n(R-SO33

--)Me)Men+n+ + nH + nH++

L’eluato acido contiene tutti gli ioni SrL’eluato acido contiene tutti gli ioni Sr2+2+ precedentemente precedentemente trattenuti; utilizzando un volume di eluente uguale al volume di trattenuti; utilizzando un volume di eluente uguale al volume di campione immesso in colonna si ripristina la concentrazione campione immesso in colonna si ripristina la concentrazione iniziale, anche se in realtà ciò non è importante per l’esito della iniziale, anche se in realtà ciò non è importante per l’esito della misura isotopica, in quanto i processi descritti nella separazione misura isotopica, in quanto i processi descritti nella separazione cromatografica non alterano la distribuzione isotopicacromatografica non alterano la distribuzione isotopica

Recupero di SrRecupero di Sr

Preliminarmente alla separazione cromatografica Sr/Rb, si usa Preliminarmente alla separazione cromatografica Sr/Rb, si usa effettuare un pretrattamento sul campione (mosto o vino) che effettuare un pretrattamento sul campione (mosto o vino) che consiste nel distruggere la matrice organica. Ciò ha lo scopo di consiste nel distruggere la matrice organica. Ciò ha lo scopo di evitare l’introduzione nel sistema di misura di specie evitare l’introduzione nel sistema di misura di specie potenzialmente interferenti dal punto di vista della misura con potenzialmente interferenti dal punto di vista della misura con spettrometria di massa; inoltre, favorisce l’efficienza della spettrometria di massa; inoltre, favorisce l’efficienza della separazione cromatografica Sr/Rbseparazione cromatografica Sr/Rb

Il pretrattamento consiste in un’irradiazione con raggi UV del Il pretrattamento consiste in un’irradiazione con raggi UV del campione miscelato ad acqua ossigenata al 30%, che coadiuva la campione miscelato ad acqua ossigenata al 30%, che coadiuva la degradazione fotolitica dei composti organici presenti. Il degradazione fotolitica dei composti organici presenti. Il trattamento è portato avanti per un tempo definito e causa la trattamento è portato avanti per un tempo definito e causa la distruzione delle principali sostanze presenti nel mosto e nel vino, distruzione delle principali sostanze presenti nel mosto e nel vino, in particolare polifenoli, zuccheri e proteinein particolare polifenoli, zuccheri e proteine

(C, H, O) + H(C, H, O) + H22OO22 + h + h H H22O + COO + CO22

Ulteriori trattamentiUlteriori trattamenti

Nella figura sono riportati i valori di Nella figura sono riportati i valori di 8787Sr/Sr/8686Sr per vini da tavola (T) e Sr per vini da tavola (T) e vini fortificati (R) provenienti da alcune regione vinicole:vini fortificati (R) provenienti da alcune regione vinicole:

Il risultati indicano che vini provenienti da regioni diverse hanno Il risultati indicano che vini provenienti da regioni diverse hanno valori di valori di 8787Sr/Sr/8686Sr statisticamente differenti, e quindi il parametro Sr statisticamente differenti, e quindi il parametro isotopico può costituire una promettente isotopico può costituire una promettente impronta digitaleimpronta digitale dell’origine del vinodell’origine del vino

Confronto tra vini di regioni Confronto tra vini di regioni diversediverse

portoghesi:portoghesi:

Douro (R1)Douro (R1)

Dão (R2)Dão (R2)

Bairrada (R3)Bairrada (R3)

Borba (R4)Borba (R4)

Madeira (R5)Madeira (R5)

francesi:francesi:

Bordeaux (R6)Bordeaux (R6)

Nella tabella sono riportati i valori di Nella tabella sono riportati i valori di 8787Sr/Sr/8686Sr per vini di regioni Sr per vini di regioni diversediverse

Si noti come vini provenienti da suoli basaltici (più giovani Si noti come vini provenienti da suoli basaltici (più giovani geologicamente) abbiano valori minori di vini provenienti da suoli geologicamente) abbiano valori minori di vini provenienti da suoli granitici (più antichi)granitici (più antichi)

OOrriiggiinnee SSrr nneell vviinnoo

((µµgg// ll)) 8877SSrr// 8866SSrr TTiippoo ddii ssuuoolloo

CCiillee 553311..66 ±± 00..66 00..7700447711 ±± 00..0000000011 bbaassaalltt iiccoo CCaalliiff oorrnniiaa 11992244 ±± 33 00..770066888822 ±± 00..000000000099 bbaassaalltt iiccoo MMaaddeeiirraa 993399 ±± 55 00..7700666600 ±± 00..0000000022 bbaassaalltt iiccoo CChhaabblliiss 112266..77 ±± 00..22 00..77008866 ±± 00..00000011 mmiissttoo

SStt .. EEmmiilllliioonn 11 222266..88 ±± 00..88 00..7700994433 ±± 00..0000000044 mmiissttoo SStt .. EEmmiilllliioonn 22 220077..88 ±± 00..55 00..7711000000 ±± 00..0000000044 mmiissttoo SStt .. EEmmiilllliioonn 33 227744 ±± 44 00..7711000055 ±± 00..0000000055 mmiissttoo SStt .. EEmmiilllliioonn 44 8877..88 ±± 00..66 00..7700995511 ±± 00..0000000099 mmiissttoo

AAuussttrraalliiaa 11887799 ±± 22 00..7700996633 ±± 00..0000000011 -- PPoorrttooggaalllloo 554411 ±± 33 00..7711220033 ±± 00..0000000022 ggrraanniitt iiccoo SSuudd AAff rr iiccaa 772222..11 ±± 00..55 00..7711225555 ±± 00..0000000011 --

Altri risultati di determinazione di Altri risultati di determinazione di 8787Sr/Sr/8686Sr in vini di regioni diverseSr in vini di regioni diverse

NNoo.. PPrroovveenniieennzzaa TTiippoo 8877SSrr// 8866SSrr SSrr nneell vviinnoo

((µµgg// ll))

11 AAmmsseellff eellddeerr,, KKoossoovvoo RRoossssoo 00..7711000088 ±± 77 11003300

22 AAmmsseellff eeiiddeerr.. KKoossoovvoo RRoosséé 00..7711003333 ±± 33 880000

33 AAmmsseellff eeiiddeerr,, KKoossoovvoo BBiiaannccoo 00..7700998811 ±± 55 882200

44..11 MMuussccaaddeett ,, FFrraannccee BBiiaannccoo 00..7700999966 ±± 44 669900

44..22 ((aalltt rraa aalliiqquuoottaa ddii 44..11)) BBiiaannccoo 00..7700999933 ±± 44

55 MMuussccaaddeett ,, FFrraannccee BBiiaannccoo 00..7700993311 ±± 77 775500

66 FFrraassccaatt ii,, llttaallyy BBiiaannccoo 00..7700883355 ±± 44 556600

77 FFrraassccaatt ìì,, II ttaallyy BBiiaannccoo 00..7700994433 ±± 44 880000

88 VVaallppoolliicceellllaa,, llttaallyy RRoossssoo 00..7700888899 ±± 44 888800

99 VVaallppoolliicceellllaa,, II ttaallyy RRoossssoo 00..7700990000 ±± 44 888800

1100 MMoonntteeppuullcciiaannoo dd''AAbbrruuzzzzoo RRoossssoo 00..7700990033 ±± 88 881100

1111 MMeerrlloott ddeell PPiiaavvee RRoossssoo 00..7700887722 ±± 55 889900

Un altro elemento pesante di grande potenzialità dal punto di vista Un altro elemento pesante di grande potenzialità dal punto di vista della tracciabilità è il piombo (Pb). Questo elemento è un tracciante della tracciabilità è il piombo (Pb). Questo elemento è un tracciante effettivo dell’attività antropogenica, essendo un testimone effettivo dell’attività antropogenica, essendo un testimone dell’impatto che l’uomo ha sui cicli ambientalidell’impatto che l’uomo ha sui cicli ambientali

Dall’inizio dell’industrializzazione e in particolare dall’introduzione Dall’inizio dell’industrializzazione e in particolare dall’introduzione del piombo tetraetile nelle benzine come antidetonante (1939), si è del piombo tetraetile nelle benzine come antidetonante (1939), si è registrato un incremento di inquinamento da piombo nell’ambiente, registrato un incremento di inquinamento da piombo nell’ambiente, in quanto esso, pur essendo liberato a terra dagli scarichi delle in quanto esso, pur essendo liberato a terra dagli scarichi delle macchine, è veicolato in tutti i settori dell’atmosfera e si ritrova macchine, è veicolato in tutti i settori dell’atmosfera e si ritrova anche a latitudini insospettabili. È stata dimostrata la stretta anche a latitudini insospettabili. È stata dimostrata la stretta correlazione tra emissioni di Pb dagli scarichi e contenuto di Pb nei correlazione tra emissioni di Pb dagli scarichi e contenuto di Pb nei terreni, nelle piante e indirettamente in uva e vinoterreni, nelle piante e indirettamente in uva e vino

Questa tendenza si è invertita negli anni ’70, grazie alla riduzione Questa tendenza si è invertita negli anni ’70, grazie alla riduzione del contenuto di Pb nelle benzine, ed è in forte calo attualmente del contenuto di Pb nelle benzine, ed è in forte calo attualmente con l’eliminazione quasi totale e l’introduzione della benzina con l’eliminazione quasi totale e l’introduzione della benzina verdeverde

Il piomboIl piombo

A causa della correlazione tra inquinamento da Pb e A causa della correlazione tra inquinamento da Pb e contenuto di Pb nelle piante, il vino risulta essere un contenuto di Pb nelle piante, il vino risulta essere un marcatore dell’ambiente e, seppur a malincuore, esso marcatore dell’ambiente e, seppur a malincuore, esso costituisce un interessante archivio dei cambiamenti costituisce un interessante archivio dei cambiamenti ambientali. Analizzando il contenuto di Pb in vini prodotti ambientali. Analizzando il contenuto di Pb in vini prodotti dallo stesso vigneto, è possibile individuare una tendenza dallo stesso vigneto, è possibile individuare una tendenza parallela alla quantità di emissioni di Pb in atmosferaparallela alla quantità di emissioni di Pb in atmosfera

Il contenuto medio di Pb nei vini è attorno a 60 µg/l, con Il contenuto medio di Pb nei vini è attorno a 60 µg/l, con variazioni nel range 10-300. Un contenuto inferiore a 100 variazioni nel range 10-300. Un contenuto inferiore a 100 µg/l è considerato non contaminato. Va considerato che Pb è µg/l è considerato non contaminato. Va considerato che Pb è un elemento tossico e non essenziale per l’organismo, quindi un elemento tossico e non essenziale per l’organismo, quindi il suo contenuto nel vino deve essere necessariamente il suo contenuto nel vino deve essere necessariamente ridotto al di sotto di 250 µg/l secondo le indicazioni ridotto al di sotto di 250 µg/l secondo le indicazioni dell’Office International de la Vigne et du Vindell’Office International de la Vigne et du Vin

Il piombo nel vinoIl piombo nel vino

Nella figura è riportato l’andamento del contenuto di Pb in campioni Nella figura è riportato l’andamento del contenuto di Pb in campioni di vino provenienti dallo stesso vigneto, localizzato nella Francia di vino provenienti dallo stesso vigneto, localizzato nella Francia sudorientale. La verticale di vino comprende le annate dal 1950 al sudorientale. La verticale di vino comprende le annate dal 1950 al 1991. La concentrazione totale (1991. La concentrazione totale () fluttua tra 78 e 227 µg/l fino al ) fluttua tra 78 e 227 µg/l fino al 1980, dopodichè si attesta ben al di sotto di 100 µg/l con 1980, dopodichè si attesta ben al di sotto di 100 µg/l con fluttuazioni minorifluttuazioni minori

Esempio di serie temporaleEsempio di serie temporale

La concentrazione più bassa, 40 La concentrazione più bassa, 40 µg/l, si ha nel campione µg/l, si ha nel campione dell’annata 1990 e la tendenza dell’annata 1990 e la tendenza indica chiaramente un indica chiaramente un decremento della decremento della concentrazione. La tendenza al concentrazione. La tendenza al decremento inizia già nel 1974, decremento inizia già nel 1974, ma è interrotta da alti valori ma è interrotta da alti valori nelle annate 1978 e 1980nelle annate 1978 e 1980

Questi risultati sembrano Questi risultati sembrano indicare che il contenuto di Pb indicare che il contenuto di Pb nel vinonel vinoriflette l’impiego di antidetonante a base di composti di organoPb, riflette l’impiego di antidetonante a base di composti di organoPb, che è in diminuzione in Europa da alcuni decenniche è in diminuzione in Europa da alcuni decenni

Pb è presente nel vino sia sotto forma di ione PbPb è presente nel vino sia sotto forma di ione Pb2+2+, sia sotto , sia sotto forma di composto organometallico, in particolare forma di composto organometallico, in particolare trimetilpiombo, (CHtrimetilpiombo, (CH33))33PbPb++, e trietilpiombo, (CH, e trietilpiombo, (CH33CHCH22))33PbPb++. . Questi composti derivano da (CHQuesti composti derivano da (CH33))44Pb e (CHPb e (CH33CHCH22))44Pb, i Pb, i famigerati composti antidetonanti addizionati dalle benzine. famigerati composti antidetonanti addizionati dalle benzine. Attraverso una parziale decomposizione in atmosfera, i Attraverso una parziale decomposizione in atmosfera, i composti di organopiombo ricadono sul suolo e sono composti di organopiombo ricadono sul suolo e sono assorbiti dalla vite. I livelli di questi composti nel vino sono assorbiti dalla vite. I livelli di questi composti nel vino sono 10-500 ng/l per (CH10-500 ng/l per (CH33))33PbPb++ e 0-50 ng/l per (CH e 0-50 ng/l per (CH33CHCH22))33PbPb++ in vini in vini provenienti da zone vicine a traffico veicolare intenso. Con provenienti da zone vicine a traffico veicolare intenso. Con l’introduzione delle benzine l’introduzione delle benzine unleadedunleaded, il livello di questi , il livello di questi composti è diminuito nettamente in tutto il mondocomposti è diminuito nettamente in tutto il mondo

Composti di organopiomboComposti di organopiombo

Il contenuto di questi composti nel vino è un indice grossolano della Il contenuto di questi composti nel vino è un indice grossolano della sua origine e dell’anno di produzione, in quanto segue l’andamento sua origine e dell’anno di produzione, in quanto segue l’andamento dell’impiego di antidetonanti a base di Pb nelle benzinedell’impiego di antidetonanti a base di Pb nelle benzine

OrganoPb come marcatoriOrganoPb come marcatori

Vini esenti da organoPb sono Vini esenti da organoPb sono originari da paesi che hanno originari da paesi che hanno bandito da tempo l’uso di bandito da tempo l’uso di composti di Pb nelle benzine, composti di Pb nelle benzine, come USA e Australia, come USA e Australia, oppure sono vini europei oppure sono vini europei molto recentimolto recenti

Un contenuto non nullo è Un contenuto non nullo è correlabile con l’età in base correlabile con l’età in base al rapporto relativo tra al rapporto relativo tra trimetil- e trietilPb; in trimetil- e trietilPb; in particolare, prima del 1960 il particolare, prima del 1960 il trimetilPb è sempre assentetrimetilPb è sempre assente

Livelli elevati di organoPb Livelli elevati di organoPb indicano prossimità a zone indicano prossimità a zone adadalto traffico veicolare; l’opposto indica vini da zone ruralialto traffico veicolare; l’opposto indica vini da zone rurali

Il piombo esiste in natura in quattro forme isotopiche stabili:Il piombo esiste in natura in quattro forme isotopiche stabili:

Gli isotopi Gli isotopi 206206Pb, Pb, 207207Pb e Pb e 208208Pb sono radiogenici, in quanto derivano Pb sono radiogenici, in quanto derivano dal decadimento radioattivo, rispettivamente, dei nuclidi dal decadimento radioattivo, rispettivamente, dei nuclidi 238238U, U, 235235U e U e 232232Th. L’isotopo Th. L’isotopo 204204Pb è invece non radiogenico. L’abbondanza degli Pb è invece non radiogenico. L’abbondanza degli isotopi radiogenici tende quindi ad aumentare nel tempoisotopi radiogenici tende quindi ad aumentare nel tempo

Analogamente a Sr, le percentuali relative degli isotopi variano in Analogamente a Sr, le percentuali relative degli isotopi variano in funzione della genesi delle rocce, che contengono U e Th in funzione della genesi delle rocce, che contengono U e Th in quantità differenti. Quindi, a seconda dell’età geologica delle rocce quantità differenti. Quindi, a seconda dell’età geologica delle rocce e della loro collocazione geografica, le rocce e i terreni contenenti e della loro collocazione geografica, le rocce e i terreni contenenti Pb hanno distribuzioni isotopiche differenti, in maniera ancora più Pb hanno distribuzioni isotopiche differenti, in maniera ancora più vantaggio rispetto a Sr in quanto per Pb sono possibili vantaggio rispetto a Sr in quanto per Pb sono possibili frazionamenti diversifrazionamenti diversi

Distribuzione isotopica di Distribuzione isotopica di PbPb

204204Pb (1.4%)Pb (1.4%)

206206Pb (24.1%)Pb (24.1%)

207207Pb (22.1%)Pb (22.1%)

208208Pb (52.4%)Pb (52.4%)

Un buon motivo per utilizzare la distribuzione isotopica di Pb come Un buon motivo per utilizzare la distribuzione isotopica di Pb come tracciante consiste nel fatto che le variazioni dalla distribuzione tracciante consiste nel fatto che le variazioni dalla distribuzione media sono molto più ampie rispetto a quelle degli elementi media sono molto più ampie rispetto a quelle degli elementi leggeri. Si consideri che la differenza di distribuzione isotopica tra le leggeri. Si consideri che la differenza di distribuzione isotopica tra le due miniere di Pb più importanti al mondo (nel Missouri, USA, e a due miniere di Pb più importanti al mondo (nel Missouri, USA, e a Broken Hill in Australia) è circa 30%, un valore enormeBroken Hill in Australia) è circa 30%, un valore enorme

Il piombo tetraetile addizionato alle benzine porta in sè un’impronta Il piombo tetraetile addizionato alle benzine porta in sè un’impronta digitale isotopica che si trasmette ai composti di organoPb emessi digitale isotopica che si trasmette ai composti di organoPb emessi in atmosfera, i quali si diffondono in tutto il pianeta ma per la in atmosfera, i quali si diffondono in tutto il pianeta ma per la maggior parte tendono a decomporsi e a rimanere nel comparto maggior parte tendono a decomporsi e a rimanere nel comparto geografico locale. La ricaduta sul terreno trasmette l’impronta geografico locale. La ricaduta sul terreno trasmette l’impronta isotopica alle piante e infine al vino. Questo è il motivo per cui vini isotopica alle piante e infine al vino. Questo è il motivo per cui vini provenienti dagli USA e dall’Australia sono facilmente distinguibili in provenienti dagli USA e dall’Australia sono facilmente distinguibili in base ai r.i. base ai r.i. 206206Pb/Pb/207207Pb e Pb e 208208Pb/Pb/207207Pb, che riflettono la distribuzione Pb, che riflettono la distribuzione isotopica del minerale piombifero estratto nelle miniere locali isotopica del minerale piombifero estratto nelle miniere locali (rispettivamente Missouri e Broken Hill) e utilizzato per produrre (rispettivamente Missouri e Broken Hill) e utilizzato per produrre l’antidetonante. In Europa la situazione è intermedia in quanto Pb l’antidetonante. In Europa la situazione è intermedia in quanto Pb arriva da sorgenti diverse (Marocco, Australia, ecc.)arriva da sorgenti diverse (Marocco, Australia, ecc.)

Analisi isotopica di PbAnalisi isotopica di Pb

Il valore di Il valore di m/m per i rapporti isotopici di Pb sono bassissimi:m/m per i rapporti isotopici di Pb sono bassissimi:

208208Pb/Pb/206206Sr Sr (208-206)/208 (208-206)/208 0.0096 0.0096

Il frazionamento isotopico di Pb per fenomeni biologici o artificiali è Il frazionamento isotopico di Pb per fenomeni biologici o artificiali è irrilevante rispetto alle differenze esistenti nelle rocce, che irrilevante rispetto alle differenze esistenti nelle rocce, che discendono dal contenuto di nuclidi madri (Th e U). Quindi i r.i. di Pb discendono dal contenuto di nuclidi madri (Th e U). Quindi i r.i. di Pb riflettono esclusivamente le differenze geochimiche già esistenti in riflettono esclusivamente le differenze geochimiche già esistenti in naturanatura

Questa caratteristica è particolarmente importante per gli studi di Questa caratteristica è particolarmente importante per gli studi di provenienza geografica. Siccome i processi di vinificazione non provenienza geografica. Siccome i processi di vinificazione non influenzano l’impronta isotopica di origine geochimica, il vino risulta influenzano l’impronta isotopica di origine geochimica, il vino risulta marcato in base alla differente origine geograficamarcato in base alla differente origine geografica

Misurazione dei rapporti di Misurazione dei rapporti di PbPb

La determinazione quantitativa degli isotopi di Pb è più La determinazione quantitativa degli isotopi di Pb è più semplice rispetto a quella di Sr, in quanto non ci sono semplice rispetto a quella di Sr, in quanto non ci sono problemi di interferenza positiva, tranne che per l’isotopo problemi di interferenza positiva, tranne che per l’isotopo 204204Hg che interferisce con Hg che interferisce con 204204Pb; tuttavia, il mercurio nei vini è Pb; tuttavia, il mercurio nei vini è solitamente presente a concentrazioni bassissime e solitamente presente a concentrazioni bassissime e decisamente inferiori a quelle di Pbdecisamente inferiori a quelle di Pb

La misura degli isotopi di Pb è effettuata con le tecniche di La misura degli isotopi di Pb è effettuata con le tecniche di spettrometria di massa, nelle varianti ICP-MS (Inductively spettrometria di massa, nelle varianti ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) ad alta risoluzione o Coupled Plasma Mass Spectrometry) ad alta risoluzione o TIMS (Thermal Ionization Mass Spectrometry)TIMS (Thermal Ionization Mass Spectrometry)

Determinazione di Pb con Determinazione di Pb con MSMS

Nella tabella sono Nella tabella sono riportati i valori dei riportati i valori dei rapporti isotopici di Pb rapporti isotopici di Pb nei campioni della nei campioni della serie storica 1950-serie storica 1950-19911991

Come si può notare, i Come si può notare, i r.i. variano pochissimo r.i. variano pochissimo nel tempo, essendo i nel tempo, essendo i vini provenienti dallo vini provenienti dallo stesso terrenostesso terreno

Esempi di studi isotopici su Esempi di studi isotopici su PbPb

AAnnnnoo 220066PPbb// 220077PPbb 220088PPbb// 220077PPbb 220066PPbb// 220044PPbb CCoonncceennttrraazziioonnee

ttoottaallee ((µµgg// ll))

11995500 11..11660077 22..44445566 1188..115533 112288 11996622 11..11668899 22..44555511 1188..227744 7788 11996666 11..11660066 22..44445522 1188..113322 116644 11996677 11..11559977 22..44446600 1188..112277 112266 11997700 11..11669900 22..44555555 1188..227744 117744 11997711 11..11664422 22..44448855 1188..222200 112255 11997744 11..11556677 22..44337744 1188..005544 111199 11997766 11..11551199 22..44336600 1188..000044 111133 11997788 11..11773344 22..44553344 1188..332266 117799 11998800 11..11772266 22..44556600 1188..335511 222277 11998811 11..11556688 22..44336688 1188..006644 9966 11998844 11..11552255 22..44332288 1177..998822 6677 11998855 11..11556677 22..44337733 1188..005577 5577 11998866 11..11559900 22..44339955 1188..111122 9922 11998877 11..11558866 22..44339955 1188..111100 6600 11998888 11..11557700 22..44336644 1188..007700 6622 11998899 11..11556699 22..44337711 1188..009900 5555 11999900 11..11555500 22..44333377 1188..006677 4400 11999911 11..11661177 22..44441155 1188..116655 5544

Nel grafico sono evidenziati i valori di r.i. per campioni di vino Nel grafico sono evidenziati i valori di r.i. per campioni di vino provenienti dall’Europa, dalla California e dall’Australia. I vini provenienti dall’Europa, dalla California e dall’Australia. I vini europei sono difficilmente distinguibili, ma è interessante la netta europei sono difficilmente distinguibili, ma è interessante la netta discriminazione tra vini europei ed extraeuropeidiscriminazione tra vini europei ed extraeuropei

Confronto tra vini europei e Confronto tra vini europei e nonnon

Anche in questo studio si rileva una certa differenza tra vini Anche in questo studio si rileva una certa differenza tra vini europei ed extraeuropeieuropei ed extraeuropei

Dalla tabella dei r.i. risultano differenze statisticamente significativeDalla tabella dei r.i. risultano differenze statisticamente significative

CCaammppiioonnii 220066PPbb// 220044PPbb 220066PPbb// 220077PPbb 220088PPbb// 220066PPbb

UUrruugguuaayy 1188..11 ±± 00..11 11..11666622 ±± 00..00000044 22..00992233 ±± 00..00000066 AAuussttrraalliiaa 11 1188..22 ±± 00..33 11..11667755 ±± 00..00000088 22..009933 ±± 00..000022 AAuussttrraalliiaa 22 1188..66 ±± 00..11 11..11889955 ±± 00..00000033 22..00445544 ±± 00..00000055 CCaannaarriiee 11 1188..22 ±± 00..11 11..11772277 ±± 00..00000055 22..00883399 ±± 00..00000088 CCaannaarr iiee 22 1188..33 ±± 00..11 11..11778822 ±± 00..00000055 22..008800 ±± 00..000011 CCaannaarr iiee 33 1188..11 ±± 00..00 11..11557722 ±± 00..00000011 22..11003399 ±± 00..00000022 CCaannaarr iiee 44 1177..99 ±± 00..22 11..11772222 ±± 00..00000066 22..009900 ±± 00..000022 CCaannaarr iiee 55 1188..66 ±± 00..22 11..11889999 ±± 00..00000077 22..007722 ±± 00..000011

CCaalliiff oorrnniiaa 11 1188..33 ±± 00..11 11..11771177 ±± 00..00000022 22..00994477 ±± 00..00000055 CCaalliiff oorrnniiaa 22 1188..44 ±± 00..11 11..11881122 ±± 00..00000055 22..007722 ±± 00..000011

CCiinnaa 1177..99 ±± 00..22 11..11449944 ±± 00..00000077 22..112266 ±± 00..000011 II ttaalliiaa 11 1177..99 ±± 00..00 11..11550000 ±± 00..00000011 22..11116600 ±± 00..00000022 II ttaalliiaa 22 1177..88 ±± 00..00 11..11442288 ±± 00..00000011 22..11223355 ±± 00..00000044 CCaannaaddaa 1177..99 ±± 00..22 11..116677 ±± 00..000011 22..008899 ±± 00..000022

SSuudd AAff rr iiccaa 11 1177..88 ±± 00..33 11..114433 ±± 00..000011 22..110066 ±± 00..000022 SSuudd AAff rr iiccaa 22 1188..00 ±± 00..11 11..11557722 ±± 00..00000044 22..110022 ±± 00..000011

CCiillee 11 1188..11 ±± 00..11 11..11666611 ±± 00..00000033 22..00992233 ±± 00..00000088 CCiillee 22 1177..99 ±± 00..11 11..11556622 ±± 00..00000044 22..11000011 ±± 00..00000099

FFrraanncciiaa 11 1188..33 ±± 00..00 11..11770022 ±± 00..00000022 22..00992255 ±± 00..00000055 FFrraanncciiaa 22 1188..11 ±± 00..11 11..11662299 ±± 00..00000033 22..00999911 ±± 00..00000033

Valori di letteraturaValori di letteratura

Pb in vini italianiPb in vini italianiIn un recente studio sui vini italiani è stata valutata la possibilità di In un recente studio sui vini italiani è stata valutata la possibilità di impiegare i r.i. di Pb dal punto di vista della classificazione impiegare i r.i. di Pb dal punto di vista della classificazione geografica. La determinazione della concentrazione totale di Pb non geografica. La determinazione della concentrazione totale di Pb non è particolarmente significativa, in quanto le numerose sorgenti di è particolarmente significativa, in quanto le numerose sorgenti di contaminazione causano sovrapposizioni dei valoricontaminazione causano sovrapposizioni dei valori

È però interessante notare che È però interessante notare che il valore medio più elevato si il valore medio più elevato si ha per i vini dell’Italia ha per i vini dell’Italia nordoccidentale, zona a nordoccidentale, zona a elevata industrializzazioneelevata industrializzazione

I r.i. dei vini italiani rientrano I r.i. dei vini italiani rientrano negli intervalli noti per i vini negli intervalli noti per i vini europei; non si registra però europei; non si registra però una netta discriminazione tra i una netta discriminazione tra i vini delle quattro macroregioni vini delle quattro macroregioni considerate (nordovest, considerate (nordovest, nordest, centro, sud)nordest, centro, sud)