Metodi analitici per la Metodi analitici per la determinazione di parametri determinazione di parametri

chimico - fisici su matrici chimico - fisici su matrici liquide e solideliquide e solide

Principali metodologie analitiche di Principali metodologie analitiche di pratica comune in laboratori di controllo pratica comune in laboratori di controllo

nei cicli depurativi di acque e rifiuti.nei cicli depurativi di acque e rifiuti.

Materiali in sospensione totali Materiali in sospensione totali (TSS, MLSS)(TSS, MLSS)

Con il termine di materiali in sospensione totali si Con il termine di materiali in sospensione totali si intendono tutte quelle sostanze indisciolte, intendono tutte quelle sostanze indisciolte, presenti in un campione di acqua da esaminare, presenti in un campione di acqua da esaminare, che vengono trattenute da un filtro a membrana che vengono trattenute da un filtro a membrana di determinata porosità. La procedura è di determinata porosità. La procedura è leggermente differente a seconda che si tratti di leggermente differente a seconda che si tratti di campioni facilmente filtrabili (ingresso ed uscita campioni facilmente filtrabili (ingresso ed uscita impianto) o difficilmente filtrabili (fanghi da impianto) o difficilmente filtrabili (fanghi da comparti biologici).comparti biologici).

Procedura per campioni di acqua Procedura per campioni di acqua facilmente filtrabili:facilmente filtrabili:

Porre un filtro a membrana per 1 ora in stufa alla Porre un filtro a membrana per 1 ora in stufa alla temperatura di 105°C, lasciarlo raffreddare in temperatura di 105°C, lasciarlo raffreddare in essiccatore per 30 minuti e pesarlo;essiccatore per 30 minuti e pesarlo;

Collocare il filtro a peso noto nell’apparecchio di Collocare il filtro a peso noto nell’apparecchio di filtrazione;filtrazione;

Prelevare 25 mL di campione ed effettuare la Prelevare 25 mL di campione ed effettuare la filtrazione sottovuoto;filtrazione sottovuoto;

Trasferire il filtro con il suo contenuto in stufa (T Trasferire il filtro con il suo contenuto in stufa (T = 105°C) per 1 ora, lasciarlo raffreddare in = 105°C) per 1 ora, lasciarlo raffreddare in essiccatore per 30 minuti e pesarlo.essiccatore per 30 minuti e pesarlo.

Procedura per campioni di acqua Procedura per campioni di acqua difficilmente filtrabili:difficilmente filtrabili:

Porre un filtro fascia nera per 1 ora in stufa alla Porre un filtro fascia nera per 1 ora in stufa alla temperatura di 105°C, lasciarlo raffreddare in temperatura di 105°C, lasciarlo raffreddare in essiccatore per 30 minuti e pesarlo;essiccatore per 30 minuti e pesarlo;

Porre il filtro su un imbuto e procedere alla Porre il filtro su un imbuto e procedere alla filtrazione di 50 mL di campione;filtrazione di 50 mL di campione;

Trasferire il filtro con il suo contenuto in stufa (T Trasferire il filtro con il suo contenuto in stufa (T = 105°C) per 1 ora, lasciarlo raffreddare in = 105°C) per 1 ora, lasciarlo raffreddare in essiccatore per 30 minuti e pesarlo.essiccatore per 30 minuti e pesarlo.

CalcoliCalcoli Il contenuto di materiali in sospensione totali è dato da: Il contenuto di materiali in sospensione totali è dato da:

dove:dove: M1 = peso del filtro e del residuo dopo essiccamento M1 = peso del filtro e del residuo dopo essiccamento

[mg];[mg]; M0 = peso del filtro dopo essiccamento [mg];M0 = peso del filtro dopo essiccamento [mg]; V = volume di campione sottoposto a filtrazione [mL].V = volume di campione sottoposto a filtrazione [mL].

VMM 100001

Materiali in sospensione volatili Materiali in sospensione volatili (TVSS, MLVSS)(TVSS, MLVSS)

Procedura:Procedura: Tarare un crogiolo;Tarare un crogiolo; Porre il crogiolo con all’interno il filtro in Porre il crogiolo con all’interno il filtro in

muffola (550°C) per 24 ore;muffola (550°C) per 24 ore; Trasferire il crogiolo in essiccatore per 30 Trasferire il crogiolo in essiccatore per 30

minuti;minuti; Pesare.Pesare.

CalcoliCalcoli Il contenuto di ceneri è dato da: Il contenuto di ceneri è dato da:

dove:dove: M1 = peso del crogiolo e del residuo dopo essiccamento M1 = peso del crogiolo e del residuo dopo essiccamento

[mg];[mg]; M0 = peso del crogiolo tarato [mg];M0 = peso del crogiolo tarato [mg]; V = volume di campione sottoposto a filtrazione [mL].V = volume di campione sottoposto a filtrazione [mL]. Il contenuto di solidi volatili (mg/l) sarà dato da: (Solidi Il contenuto di solidi volatili (mg/l) sarà dato da: (Solidi

sospesi totali) – (ceneri) sospesi totali) – (ceneri)

VMM 100001

Azoto ammoniacale (N - NH4+) Azoto ammoniacale (N - NH4+) (metodo per distillazione)(metodo per distillazione)

L’ammoniaca, essendo una base debole facilmente L’ammoniaca, essendo una base debole facilmente volatile, può essere separata quantitativamente da una volatile, può essere separata quantitativamente da una soluzione acquosa mediante distillazione ad un pH soluzione acquosa mediante distillazione ad un pH intorno a 7.4 e, per mantenere un tale pH, si aggiunge al intorno a 7.4 e, per mantenere un tale pH, si aggiunge al campione una soluzione tampone di fosfato. campione una soluzione tampone di fosfato.

L’ammoniaca raccolta nel distillato viene determinata per L’ammoniaca raccolta nel distillato viene determinata per via spettrofotometrica utilizzando il reattivo di Nessler. via spettrofotometrica utilizzando il reattivo di Nessler.

L’analisi eseguita per l’azoto ammoniacale è simile alla L’analisi eseguita per l’azoto ammoniacale è simile alla metodica descritta negli Standard Methods 1992, metodica descritta negli Standard Methods 1992, (distillazione con palloni a ricadere), l’unica modifica (distillazione con palloni a ricadere), l’unica modifica consiste nell’accelerare la distillazione in corrente di consiste nell’accelerare la distillazione in corrente di vapore in apposito distillatore.vapore in apposito distillatore.

Materiale necessarioMateriale necessario

Distillatore in corrente di vapore;Distillatore in corrente di vapore; Spettrofotometro per misure nel campo del Spettrofotometro per misure nel campo del

visibile;visibile; Soluzione tampone di fosfato (14.3 g Soluzione tampone di fosfato (14.3 g

KH2PO4 + 68.8 g K2HPO4 in 1L acqua KH2PO4 + 68.8 g K2HPO4 in 1L acqua distillata);distillata);

Soluzione di acido borico (20 g H3BO3 in Soluzione di acido borico (20 g H3BO3 in 1L acqua distillata);1L acqua distillata);

Reattivo di Nessler.Reattivo di Nessler.

ProceduraProcedura Introdurre nel provettone apposito 50 mL di campione e 25 mL di Introdurre nel provettone apposito 50 mL di campione e 25 mL di

tampone di fosfato;tampone di fosfato;

Distillare raccogliendo il campione in una beuta con 50 mL di acido Distillare raccogliendo il campione in una beuta con 50 mL di acido borico raggiungendo il volume totale di circa 200 mL;borico raggiungendo il volume totale di circa 200 mL;

Trasferire il distillato in un matraccio da 250 mL e portare a volume;Trasferire il distillato in un matraccio da 250 mL e portare a volume;

Trasferire il distillato o un’aliquota di esso in un matraccio da 50 mL Trasferire il distillato o un’aliquota di esso in un matraccio da 50 mL e aggiungere 2 mL di reagente di Nesslere aggiungere 2 mL di reagente di Nessler

Dopo 10 minuti di attesa, misurare l’assorbanza alla lunghezza Dopo 10 minuti di attesa, misurare l’assorbanza alla lunghezza d’onda di 410 nm.d’onda di 410 nm.

Azoto organico (TKN)Azoto organico (TKN) Il metodo Kjeldahl consente di misurare il Il metodo Kjeldahl consente di misurare il

contenuto d’azoto organico (contenuto in contenuto d’azoto organico (contenuto in proteine, acidi nucleici, urea composti di sintesi) proteine, acidi nucleici, urea composti di sintesi) e azoto ammoniacale. e azoto ammoniacale.

L’analisi avviene in due fasi: trasformazione L’analisi avviene in due fasi: trasformazione dell’azoto organico in solfato di ammonio dell’azoto organico in solfato di ammonio mediante mineralizzazione del campione mediante mineralizzazione del campione realizzata per digestione con acido solforico realizzata per digestione con acido solforico concentrato e distillazione dell’ammoniaca concentrato e distillazione dell’ammoniaca formatasi e sua determinazione.formatasi e sua determinazione.

Materiale necessarioMateriale necessario Solfato di potassio (K2SO4);Solfato di potassio (K2SO4); Ossido di mercurio rosso (HgO);Ossido di mercurio rosso (HgO); Acido solforico concentrato (H2SO4);Acido solforico concentrato (H2SO4); Soluzione di soda 30% (30 g NaOH in 100 mL Soluzione di soda 30% (30 g NaOH in 100 mL

H2O distillata);H2O distillata); Distillatore in corrente di vapore;Distillatore in corrente di vapore; Spettrofotometro per misure nel campo del Spettrofotometro per misure nel campo del

visibile;visibile; Soluzione di acido borico (20 g H3BO3 in 1L Soluzione di acido borico (20 g H3BO3 in 1L

acqua distillata);acqua distillata); Reattivo di NesslerReattivo di Nessler

ProceduraProcedura Introdurre 50 mL di campione nell’apposito provettone Introdurre 50 mL di campione nell’apposito provettone

aggiungendo 7 g di K2SO4, 0.35 g di HgO e 10 mL di H2SO4 aggiungendo 7 g di K2SO4, 0.35 g di HgO e 10 mL di H2SO4 concentrato;concentrato;

Porre il campione su piastra riscaldante e portare gradualmente Porre il campione su piastra riscaldante e portare gradualmente alla temperatura di 370°C attraverso stadi successivi;alla temperatura di 370°C attraverso stadi successivi;

Mantenere il campione in digestione per due ore e lasciar Mantenere il campione in digestione per due ore e lasciar raffreddare;raffreddare;

Aggiungere 50 mL di NaOH;Aggiungere 50 mL di NaOH; Distillare raccogliendo il campione in una beuta con 50 mL di Distillare raccogliendo il campione in una beuta con 50 mL di

acido borico raggiungendo il volume totale di circa 200 mL;acido borico raggiungendo il volume totale di circa 200 mL; Trasferire il distillato in un matraccio da 250 mL e portare a Trasferire il distillato in un matraccio da 250 mL e portare a

volume;volume; Trasferire il distillato o un’aliquota di esso in un matraccio da 50 Trasferire il distillato o un’aliquota di esso in un matraccio da 50

mL e aggiungere 2 mL di reagente di NesslermL e aggiungere 2 mL di reagente di Nessler Dopo 10 minuti di attesa, misurare l’assorbanza alla lunghezza Dopo 10 minuti di attesa, misurare l’assorbanza alla lunghezza

d’onda di 410 nm.d’onda di 410 nm.

Fosforo totaleFosforo totale Il fosforo nelle acque naturali e di scarico è Il fosforo nelle acque naturali e di scarico è

presente come ortofosfati, fosfato condensato e presente come ortofosfati, fosfato condensato e fosfato legato a composti organici che possono fosfato legato a composti organici che possono trovarsi in forma solubile ed in forma particellata. trovarsi in forma solubile ed in forma particellata. Il metodo si basa sulla trasformazione di tutti i Il metodo si basa sulla trasformazione di tutti i composti del fosforo, organici ed inorganici, ad composti del fosforo, organici ed inorganici, ad ortofosfati mediante mineralizzazione acida. Gli ortofosfati mediante mineralizzazione acida. Gli ioni ortofosfato vengono poi fatti reagire con il ioni ortofosfato vengono poi fatti reagire con il molibdato d’ammonio ed il tartrato di antimonio e molibdato d’ammonio ed il tartrato di antimonio e potassio in ambiente acido in modo da formare potassio in ambiente acido in modo da formare un eteropoliacido che viene ridotto con acido un eteropoliacido che viene ridotto con acido ascorbico a blu di molibdeno ascorbico a blu di molibdeno

Materiale necessarioMateriale necessario Beute pirex da 250 mL con tappo a vite e guarnizione di Beute pirex da 250 mL con tappo a vite e guarnizione di

politetrafluoroetilene (teflon);politetrafluoroetilene (teflon); SpettrofotometroSpettrofotometro Persolfato di potassio (K2S2O8)Persolfato di potassio (K2S2O8) H2SO4 10 MH2SO4 10 M FenolftaleinaFenolftaleina Idrossido di sodio (NaOH) 12 NIdrossido di sodio (NaOH) 12 N Soluzione di molibdato d’ammonio (15 g (NH4)6Mo7O24·H2O in 500 mL Soluzione di molibdato d’ammonio (15 g (NH4)6Mo7O24·H2O in 500 mL

acqua distillata)acqua distillata) Soluzione di acido solforico (140mL H2SO4 concentrato in 900mL acqua Soluzione di acido solforico (140mL H2SO4 concentrato in 900mL acqua

distillata)distillata) Soluzione di acido ascorbico (27g C6H8O6 in 500 mL acqua distillata)Soluzione di acido ascorbico (27g C6H8O6 in 500 mL acqua distillata) Soluzione di tartrato di antimonio e potassio (0.34g K(SbO)C4H4O6·1/2H2O Soluzione di tartrato di antimonio e potassio (0.34g K(SbO)C4H4O6·1/2H2O

in 250 mL acqua distillata)in 250 mL acqua distillata) Reagente misto:Reagente misto: -- 100mL soluzione di molibdato di ammonio;100mL soluzione di molibdato di ammonio;

250mL soluzione di acido solforico;250mL soluzione di acido solforico; 100mL soluzione di acido ascorbico;100mL soluzione di acido ascorbico;

50mL soluzione di tartrato di antimonio e potassio 50mL soluzione di tartrato di antimonio e potassio

ProceduraProcedura Mettere 50 mL di campione in una beuta con tappo a Mettere 50 mL di campione in una beuta con tappo a

vite con 0.4 di K2S2O8 e 1 mL H2SO4 10 M;vite con 0.4 di K2S2O8 e 1 mL H2SO4 10 M; Chiudere la beuta e lasciare per 2 ore in stufa a Chiudere la beuta e lasciare per 2 ore in stufa a

105°C;105°C; Lasciar raffreddare e portate il campione o un’aliquota Lasciar raffreddare e portate il campione o un’aliquota

di esso in un matraccio da 100 mL;di esso in un matraccio da 100 mL; Aggiungere 2 gocce di fenolftaleina e NaOH 12 N fino Aggiungere 2 gocce di fenolftaleina e NaOH 12 N fino

a viraggio (colorazione rosa);a viraggio (colorazione rosa); Portare a volume, aggiungere 10 mL di reagente misto Portare a volume, aggiungere 10 mL di reagente misto

e, dopo un’attesa di 10 minuti, leggere allo e, dopo un’attesa di 10 minuti, leggere allo spettrofotometro alla lunghezza d’onda di 710 nm.spettrofotometro alla lunghezza d’onda di 710 nm.

COD totaleCOD totale Richiesta chimica d’ossigeno COD fornisce una misura Richiesta chimica d’ossigeno COD fornisce una misura

quantitativa della presenza di elementi allo stato ridotto nelle quantitativa della presenza di elementi allo stato ridotto nelle acque, suscettibili di essere ossidati. acque, suscettibili di essere ossidati.

Il metodo prevede l’ossidazione di queste sostanze mediante Il metodo prevede l’ossidazione di queste sostanze mediante soluzione di bicromato di potassio in presenza di acido solforico soluzione di bicromato di potassio in presenza di acido solforico concentrato, di solfato d’argento come catalizzatore e di solfato concentrato, di solfato d’argento come catalizzatore e di solfato di mercurio per evitare l’interferenza dei cloruri i quali vengono di mercurio per evitare l’interferenza dei cloruri i quali vengono ossidati dal bicromato. ossidati dal bicromato.

L’eccesso di bicromato viene titolato con soluzione di solfato L’eccesso di bicromato viene titolato con soluzione di solfato d’ammonio e ferro (II) utilizzando ferroina come indicatore. Il d’ammonio e ferro (II) utilizzando ferroina come indicatore. Il COD è correlato al carbonio organico presente nelle acque, che COD è correlato al carbonio organico presente nelle acque, che si ossida quantitativamente, mentre non fornisce alcuna si ossida quantitativamente, mentre non fornisce alcuna indicazione sulla domanda di ossigeno dovuta all’ammoniaca o indicazione sulla domanda di ossigeno dovuta all’ammoniaca o all’azoto organico, non essendo il bicromato in grado di all’azoto organico, non essendo il bicromato in grado di ossidare tali sostanze.ossidare tali sostanze.

Materiale necessarioMateriale necessario HgSO4;HgSO4; Ag2SO4;Ag2SO4; Soluzione di bicromato di potassio 0.25 N Soluzione di bicromato di potassio 0.25 N

(12.2579 g K2Cr2O7 in 1L H2O);(12.2579 g K2Cr2O7 in 1L H2O); Acido solforico concentrato (H2SO4);Acido solforico concentrato (H2SO4); Soluzione di ferro ammonio solfato (FAS) 0.25 N Soluzione di ferro ammonio solfato (FAS) 0.25 N

(98 g + 20 mL H2SO4 concentrato in 1L H2O);(98 g + 20 mL H2SO4 concentrato in 1L H2O); Indicatore ferroinaIndicatore ferroina

ProceduraProcedura Porre 10 mL di campione in un apposito Porre 10 mL di campione in un apposito

provettone da COD ed aggiungere una punta di provettone da COD ed aggiungere una punta di spatola di HgSO4 e Ag2SO4, 5 mL di K2Cr2O7 spatola di HgSO4 e Ag2SO4, 5 mL di K2Cr2O7 e 15 mL H2SO4 concentrato;e 15 mL H2SO4 concentrato;

Preparare anche il bianco con 10 mL di acqua Preparare anche il bianco con 10 mL di acqua distillata;distillata;

Inserire i refrigeranti e portare alla temperatura Inserire i refrigeranti e portare alla temperatura di 150°C mantenendola per 2 ore;di 150°C mantenendola per 2 ore;

Titolare con la soluzione di FAS dopo aver Titolare con la soluzione di FAS dopo aver aggiunto la ferroina come indicatore.aggiunto la ferroina come indicatore.

CalcoliCalcoli La richiesta chimica di ossigeno (COD) viene calcolata applicando la La richiesta chimica di ossigeno (COD) viene calcolata applicando la

seguente espressione (valida nel caso di assenza di diluizione del seguente espressione (valida nel caso di assenza di diluizione del campione):campione):

dove:dove: m1 = mL di soluzione di FAS consumati nella prova in bianco [mL];m1 = mL di soluzione di FAS consumati nella prova in bianco [mL]; m2 = mL di soluzione di FAS consumati per il campione [mL];m2 = mL di soluzione di FAS consumati per il campione [mL]; N = normalità della soluzione di FAS;N = normalità della soluzione di FAS; V = volume di campione sottoposto ad analisi [mL];V = volume di campione sottoposto ad analisi [mL]; 8000 = peso equivalente dell’ossigeno moltiplicato per 1000, per riferire il 8000 = peso equivalente dell’ossigeno moltiplicato per 1000, per riferire il

dato al volume di 1 L.dato al volume di 1 L.

VNmm

lmgCOD8000

/ 21

SCODSCOD Il carbonio organico presente nelle acque Il carbonio organico presente nelle acque

è reperibile in forma solubilizzata, grazie è reperibile in forma solubilizzata, grazie all’azione idrolitica dei batteri presenti all’azione idrolitica dei batteri presenti nella rete fognaria. La quantificazione del nella rete fognaria. La quantificazione del carbonio solubile si determina mediante carbonio solubile si determina mediante filtrazione dopo flocculazione con ZnCl e filtrazione dopo flocculazione con ZnCl e soda. Il filtrato viene trattato con le stesse soda. Il filtrato viene trattato con le stesse modalità usate per la determinazione del modalità usate per la determinazione del COD.COD.

Materiale necessarioMateriale necessario

Soluzione di zinco solfato (100 g ZnSO4 in Soluzione di zinco solfato (100 g ZnSO4 in 1L H2O);1L H2O);

Soluzione di NaOH 10 M;Soluzione di NaOH 10 M; Filtri con pori 0.45 micron;Filtri con pori 0.45 micron;

ProceduraProcedura Aggiungere a 100 mL di campione 1 mL di Aggiungere a 100 mL di campione 1 mL di

soluzione di ZnSO4 e soda fino a raggiungere il soluzione di ZnSO4 e soda fino a raggiungere il pH di 10.5;pH di 10.5;

Mantenere in agitazione per circa 1 minuto e poi Mantenere in agitazione per circa 1 minuto e poi lasciar sedimentare il flocculato;lasciar sedimentare il flocculato;

Prelevare e filtrare il surnatante con filtro 0.45 Prelevare e filtrare il surnatante con filtro 0.45 micron;micron;

Porre 10 mL di surnatante e procedere come Porre 10 mL di surnatante e procedere come descritto precedentemente per il COD totale.descritto precedentemente per il COD totale.

Anioni (N-NO2, N- NO3, P-PO4, Anioni (N-NO2, N- NO3, P-PO4, S-SO4)S-SO4)

L’analisi degli anioni viene effettuata mediante L’analisi degli anioni viene effettuata mediante cromatografia liquida ionica ad alta prestazione. Lo cromatografia liquida ionica ad alta prestazione. Lo strumento usato è un HPLC, DIONEX DX 300, con strumento usato è un HPLC, DIONEX DX 300, con colonna AS4A-SC (etilvinilbenzene + 55% di colonna AS4A-SC (etilvinilbenzene + 55% di vinilbenzene), la fase mobile è costituita da un tampone vinilbenzene), la fase mobile è costituita da un tampone carbonato, bicarbonato di sodio mentre la fase fissa da carbonato, bicarbonato di sodio mentre la fase fissa da superficie ionicamente carica. superficie ionicamente carica. Gli ioni vengono separati in base al loro coefficiente di Gli ioni vengono separati in base al loro coefficiente di distribuzione, nella colonna separatrice e poi mandati nel distribuzione, nella colonna separatrice e poi mandati nel soppressore dove sono convertiti nella loro forma acida soppressore dove sono convertiti nella loro forma acida a maggiore conduttività. I vari ioni sono separati e a maggiore conduttività. I vari ioni sono separati e identificati in base al loro tempo di ritenzione e comparati identificati in base al loro tempo di ritenzione e comparati con gli standard.con gli standard.

AlcalinitàAlcalinità Il valore dell’alcalinità indica la capacità di un’acqua a neutralizzare Il valore dell’alcalinità indica la capacità di un’acqua a neutralizzare

un acido forte; all’alcalinità dell’acqua contribuiscono gli ioni ossidrili un acido forte; all’alcalinità dell’acqua contribuiscono gli ioni ossidrili e quei composti che per dissociazione o idrolisi danno luogo alla e quei composti che per dissociazione o idrolisi danno luogo alla formazione di tale ione. formazione di tale ione.

La misura dell’alcalinità si conduce per titolazione con soluzione La misura dell’alcalinità si conduce per titolazione con soluzione standard di acido forte fino a valori prefissati di pH. standard di acido forte fino a valori prefissati di pH.

Nel caso dell’alcalinità a pH 7 l’acido consumato è dovuto alla Nel caso dell’alcalinità a pH 7 l’acido consumato è dovuto alla presenza di ioni ossidrile liberi e di ioni carbonato. presenza di ioni ossidrile liberi e di ioni carbonato.

L’alcalinità a pH 4 fornisce la misura della quantità di ioni ossidrile, L’alcalinità a pH 4 fornisce la misura della quantità di ioni ossidrile, carbonato e bicarbonato presenti in un’acqua; nel caso di scarichi carbonato e bicarbonato presenti in un’acqua; nel caso di scarichi industriali l’alcalinità può essere data anche da altri composti quali industriali l’alcalinità può essere data anche da altri composti quali silicati o fosfati di metalli alcalini e alcalino-terrosi, caratterizzati da silicati o fosfati di metalli alcalini e alcalino-terrosi, caratterizzati da reazione di idrolisi basica. reazione di idrolisi basica.

Il valore viene calcolato con la seguente relazione:Il valore viene calcolato con la seguente relazione:

dove:dove: A = ml acido usatiA = ml acido usati N = normalità dell’acidoN = normalità dell’acido

campione ml50000NA /lCaCO mg ,Alcalinità 3