Laboratorio di Spettrometria di Massa Dipartimento di Scienze chimiche Università di Napoli Federico II Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA) Policlorobifenili (PCB) Ftalati Fenoli Diossine e furani Aldeidi Pesticidi Composti organici volatile (VOC) Idrocarburi aromatici Idrocarburi alogenati Idrocarburi ≥12 Idrocarburi ≤ 12 Metalli Anioni Cationi pH COD BOD TOC

Composti organici

Tensioattivi

Struttura dei tensioattivi Sono costituiti da molecole composte da un gruppo lipofilo (affine quindi alle sostanze grasse) combinato con un gruppo fortemente idrofilo (affine quindi a sostanze polari come l’acqua). In genere il gruppo idrofobo è rappresentato da un radicale idrocarburico (R).

Meccanismo di azione Per questa ragione si orientano sull’interfaccia aria-acqua o grasso-acqua provocando una diminuzione della tensione superficiale: bagnano prontamente le superfici, rimuovono lo sporco, penetrano nei materiali porosi, disperdono le particelle solide, emulsionano oli, grassi e producono schiuma per agitazione. Per queste proprietà sono largamente utilizzati come detergenti.

Meccanismo di azione L’azione del tensioattivo permettere di ridurre la tensione superficiale e quindi l’angolo di contatto acqua-superficie

Tensioattivi di sintesi I primi prodotti di sintesi erano caratterizzati da bassa biodegradabilità, l’introduzione di molecole più semplici a catena lineare (LAS= alchilbenzeni solfonati linerari) ha ridotto questo problema. Si tratta di un’ampia classe di sostanze che possono essere suddivisi in cationici, anionici (denominati anche MBAS) e non ionici (denominati anche BiAS), a seconda della carica assunta in acqua dalla parte attiva della molecola. La loro presenza è causa di problemi di ordine tecnico, perché creano difficoltà alla sedimentazione ed agli scambi gassosi all’interfaccia liquido gas, ed organolettico in quanto a basse concentrazioni (0.2 ppm) producono sapori sgradevoli. Alcuni additivi dei detergenti commerciali sono implicati in problemi ambientali (p.es. polifosfati). Composti della biodegradazione di alcuni tensioattivi non ionici (alchilfenoli etossilati) possono essere fortemente tossici (p.es. nonilfenolo). Usati nell’industria dei pesticidi possono avere un effetto sinergico per la tossicità di questi ultimi che possono penetrare più facilmente.

Pesticidi: insetticidi ed erbicidi Sostanze utilizzate allo scopo di distruggere, reprimere o comunque controllare la crescita di insetti, roditori, piante, malerbe o altre forme di vita indesiderate. I comuni pesticidi possono essere classificati in tre gruppi: Pesticidi inorganici, pesticidi organici naturali e pesticidi organici sintetici. Per quanto attiene gli insetticidi attualmente vengono utilizzati principalmente quelli organici sintetici: insetticidi organoclorurati, insetticidi organofosforati e insetticidi carbammati. I pesticidi organoclorurati (p.es. DDT), soprattutto sotto forma di insetticidi, furono introdotti fra gli anni 1940-1950. Gli effetti ambientali sono risultati molto gravi (bassa biodegradabilità, bassa solubilità in acqua, elevata solubilità nelle sostanze organiche, persistenza ambientale e bioaccumulo). Gli erbicidi più frequentemente utilizzati sono quelli organici.

Idrocarburi Gli idrocarburi sono composti organici, che contengono soltanto atomi di carbonio e di idrogeno. Gli atomi di carbonio (C) sono legati tra loro a formare lo scheletro della molecola, mentre gli idrogeni (H) sporgono da questo scheletro.

Solubilità in acqua Sono sostanze apolari poco solubili in acqua, e rientrano, pertanto, fra le sostanze dette NAPL: Non Aqueous Phase Liquid DNAPL Più dense dell’acqua LNAPL Meno dense dell’acqua

Oli minerali Sono tutti i derivati del petrolio (nafta, lubrificanti,…). Possono ritrovarsi in acque superficiali (perdite). Non presentano elevata tossicità (a meno che non siano presenti additivi). Conferiscono sapore e odore sgradevole.

Benzene Il benzene è un idrocarburo aromatico strutturato, come molecola planare, ad anello esagonale ed è costituito da 6 atomi di carbonio e 6 atomi di idrogeno (formula C6H6). Rappresenta la sostanza aromatica con la struttura molecolare più semplice e per questo lo si può definire il composto-base della classe degli idrocarburi aromatici. Il benzene a temperatura ambiente si presenta come un liquido incolore che evapora all’aria molto velocemente. E' caratterizzato da un odore pungente e dolciastro che la maggior parte delle persone può già percepire alla concentrazione di 1,5-4,7 ppm (nell’acqua, dove si dissolve piuttosto lentamente, il sapore inizia a sentirsi a 0,5-4,5 ppm). E’ un composto cancerogeno.

Utilizzo del Benzene Prima di essere riconosciuto come cancerogeno, trovava largo impiego come additivo anti-detonante nella cosiddetta “benzina verde” in sostituzione del piombo tetraetile. Ora il suo impiego è fortemente ridotto per le stringenti normative sui carburanti. Viene inoltre usato nella produzione del napalm. È un importante solvente nonché un reattivo basilare nella sintesi di numerosi composti, farmaci, materie plastiche, gomme sintetiche, polimeri, coloranti. Si trova in natura nel petrolio greggio, ma in genere viene sintetizzato partendo da altri composti ottenuti dal petrolio.

Sottoprodotti e Prodotti di sintesi

Idrocarburi policiclici aromatici (IPA) Simili al benzene sono costituiti da numerosi anelli uniti fra loro attraverso una coppia di atomi di carbonio. I più importanti sono il naftalene, l’antracene ed il fenantrene. Tali composti sono presenti come contaminanti in diversi tipi di aree industriali (raffinerie, cockerie). Alcuni sono usati nella preparazione dei coloranti. Possono essere prodotti da processi incompleti di combustione, in particolare del legno e del carbone. Nelle acque sono adsorbiti dai sedimenti o assimilati dai mitili.

PCB I policlorobifenili (PCB) sono una serie di composti largamente impiegati a livello industriale come plasticizzanti, deinchiostranti e come fluidi refrigeranti nelle apparecchiature elettriche (trasformatori e condensatori). Chimicamente i bifenili si formano dal benzene ad alta temperatura. Dal punto di vista ambientale presentano un comportamento simile a quello degli insetticidi organoclorurati. Tali composti sono oggi molto diffusi in ambiente a causa del largo uso che ne è stato fatto a partire dagli anni ’50.

Diossine Le diossine sono una classe di composti organici aromatici clorurati la cui struttura consiste di due anelli benzenici legati da due atomi di ossigeno e con legati uno o più atomi di cloro. Formula di struttura delle diossine

Nella terminologia corrente il termine diossina è spesso usato come sinonimo di TCDD o 2,3,7,8-tetracloro-dibenzo-p-diossina (figura 2): in realtà si conoscono 210 tipi diversi tra diossine (73 tipi) e furani, strettamente correlati per caratteristiche e tossicità (figure 3, 4). Le fonti di diossine possono essere diverse: incenerimento di legname trattato con fungicidi a base di clorofenoli, uso di sbiancanti a base di cloro nell’industria cartaria, impianti di incenerimento di rifiuti solidi (senza camera di post-combustione). La diossina, altamente lipofila, tende a bioaccumularsi nella catena alimentare.

Furani Un forte riscaldamento dei PCB in presenza di ossigeno porta alla formazione di dibenzofurani, composti strutturalmente simili alle diossine. Come la diossina i furani si formano in numerosi processi industriali, in particolare nella produzione della carta e nell’incenerimento dei rifiuti solidi urbani.

Fenoli Sono i composti derivati dal fenolo. Utilizzati come intermedi chimici in un ampio numero di processi industriali. Possono essere formati da processi di degradazione microbica di altri composti organici. La loro presenza in acque è quasi certamente di origine antropica. composti fenolici, sono caratterizzati da elevata tossicità nei confronti delle specie animali.

Solventi

Si tratta di una classe che comprende un numero estremamente elevato di composti naturali e, spesso, di sintesi di varia natura. Si tratta solitamente di composti poco biodegradabili e molto tossici già a concentrazioni molto basse (g/l). Molti di questi sono cancerogeni. I più pericolosi sono quelli caratterizzati da notevole volatilità.

Quali sono i composti definibili come solventi gli idrocarburi aromatici (benzene, toluene, xilene, stirene, cumene) - gli idrocarburi alifatici ed aliciclici (petrolio, benzina, nafta solvente) - gli idrocarburi alogenati a) bromosostituiti (bromuro di metile) b) iodio-sostituiti (iodoformio e ioduro di metile) c) fluorosostituiti (fluoroalcani o freon e fluoroalcheni) d) clorurati (Alifatici: cloruro di metile e di etile, diclorometano, tetracloruro di carbonio, cloroformio, monocloroetano, dicloroetano, tricloroetano e tetracloroetano, monocloroetilene, dicloroetilene, tricloroetilene e tetracloroetilene. Aromatici: monoclorobenzene e diclorobenzene) - gli alcoli (metilico, etilico, isopropilico, isobutilico) - i chetoni (acetone, metiletilchetone, metilisobutilchetone, cicloesanone, metilcicloesanone) - gli esteri (acetati, lattati, formiati, ftalati, dimetilsolfati) - le aldeidi (acetaldeide, glutaraldeide) - gli eteri (etere etilico) - i glicoli e derivati (glicole etilenico, propilenglicole, metilcellosolve, diossano) - il disolfuro di carbonio.

Solventi clorurati I solventi clorurati sono composti derivati dagli idrocarburi alifatici o dagli idrocarburi ciclici, nei quali uno o più atomi di idrogeno sono sostituiti da altrettanti atomi di cloro. Si tratta di sostanze dotate, nella massima parte, di un ottimo potere solvente, propellente, refrigerante e di scarsa infiammabilità. Per le loro caratteristiche trovano largo impiego nell'industria chimica, tessile, della gomma, delle materie plastiche, degli estintori di incendio, dei liquidi refrigeranti, nelle operazioni di sgrassaggio e pulitura di metalli, pelli e tessuti.

Composti organici di recente interesse

Negli ultimi anni si è iniziato a valutare il possibile impatto inquinante causato da altri composti organici, di largo consumo, presenti solitamente in concentrazione molto basse: Antibiotici ad uso umano ed animale; Farmaci; Ormoni.