UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CATANIA   UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CATANIA FACOLTA’ DI SCIENZE MM. FF. NN. DIPARTIMENTO DI SCIENZE CHIMICHE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE BIOLOGICHE Loretta Intili Monitoraggio di inquinamento da idrocarburi policiclici aromatici (IPA) nell’hinterland catanese: un confronto nell’utilizzazione di varie tecniche sperimentali Tesi di laurea Relatore: Chiar.mo Prof. Guido De Guidi Correlatori: Dott. Giuseppe Pistone Dott. Alfio Catalfo ANNO ACCADEMICO 2009-2010

INQUINAMENTO AMBIENTALE Inquinamento atmosferico Inquinamento del suolo Inquinamento delle acque

Inquinamento del suolo Contaminazione globale (immissione nel suolo di sostanze tossiche e persistenti) b. Trasferimento dell’inquinamento dal suolo alle falde acquifere c. Alterazione dell’ecosistema suolo: Perdita di biodiversità; Riduzione della fertilità; Riduzione del potere autodepurante.

CASI DI INFLUENZA ANTROPICA SULL’AMBIENTE IN ITALIA Porto Marghera Cloruro di vinile monomero (CVM): Cloruro di polivinile (PVC):

CASI DI INFLUENZA ANTROPICA SULL’AMBIENTE IN ITALIA Area di Gela Campione di 262 persone: tracce di arsenico, rame, piombo, cadmio e mercurio nel sangue del 20% del campione Biomonitoraggio del Cnr – Corriere di Gela, 18/07/2009

CASI DI INFLUENZA ANTROPICA SULL’AMBIENTE IN ITALIA Polo industriale di Priolo Gargallo Inquinamento da mercurio nel suolo e nelle acque; elevata presenza di discariche, all’interno e all’esterno dell’area industriale ; elevate emissioni di SO2, NOx e microinquinanti nell’aria.

CASI DI INFLUENZA ANTROPICA SULL’AMBIENTE IN ITALIA Ex Cartiera Siace (Fiumefreddo) 2004: prima delibera della Giunta provinciale 2007: rimozione di circa 6 tonnellate di prodotti idrocarburici liquidi 2007: eliminazione residui densi catramosi di prodotti idrocarburici per circa 2 tonnellate 2008: inizio campagna di campionamento di rifiuti (amianto)

IDROCARBURI POLICICLICI AROMATICI (IPA) POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS (PAH) IDROCARBURI POLICICLICI AROMATICI (IPA) struttura planare costituita da due o più anelli benzenici volatilità e solubilità in acqua 1/∝ P.M. punto di ebollizione e punto di fusione ∝ P.M. NAFTALENE ANTRACENE

SOLUBILITÀ IN ACQUA MMOL/L PRESSIONE DI VAPORE (PA, 25°C) STRUTTURA NOME COMUNE FORMULA P.M. PUNTO FUSIONE, °C PUNTO EBOLLIZIONE, °C SOLUBILITÀ IN ACQUA MMOL/L PRESSIONE DI VAPORE (PA, 25°C) STRUTTURA Acenaftene (ACE) C12H10 154.2 95 279 2.9x10-2 5.96x10-1 Acenaftilene (ACEF) C12H8 152.19 80 280 - Antracene (AN) C14H10 178.23 218 340 3.7x10-4 7.5x10-4 Benzo(a) antracene (BaA) C₁₈H₁₂ 228.3 161 400 1.3x10-5 7.3X10⁻⁶ Dibenzo (a,h)antracene (DBahA) C22H14 278.35 524 267 1.8x10-6 3.7x10-10 Crisene (CHR) C18H12 228.29 254 448 5.7x10-7 Pirene (P) C16H10 202.3 156 393.5 7.2x10-4 8.86x10-4 NOME COMUNE FORMULA P.M. PUNTO FUSIONE, °C PUNTO EBOLLIZIONE, °C SOLUBILITÀ IN ACQUA MMOL/L PRESSIONE DI VAPORE (PA, 25°C) STRUTTURA Benzo(a)pirene (BaP) C20H12 252.3 178 496 1.5x10-5 8.4x10-7 Indeno(1,2,3- c,d)pirene (IP) C22H12 276.3 164 536 - Fenantrene (PHEN) C14H10 178.23 99 340 7.2x10-3 1.8x10-2 Fluorantene (FA) C16H10 202.3 110.8 375 1.3x10-3 2.54x10-1 Benzo(b)fluoro antene (BbFA) 168 481 Benzo(k)fluoro antene (BkFA) 216 480 Benzo(g,h,i) perilene (BghiP) 278 545 2x10-5 6x10-8

DEGRADAZIONE DEGLI IPA catecolo 1,2 diossigenasi catecolo cis-cis acido muconico Reazione interfaccia acqua-sedimento SCISSIONE intermedi ciclo di Krebs acido dicarbossilico

IPA E CANCEROGENICITÁ CATEGORIA NOME IPA Categoria 1 Categoria 2A (cancerogeno) benzo(a)pirene Categoria 2A (cancerogeno probabile) ciclopenta(cd)pirene dibenzo(a,h)antracene dibenzo(a,l)pirene Categoria 2B (cancerogeno possibile) benzo(j)aceantrilene benzo(b)fluorantene benzo(k)fluorantene crisene dibenzo(a,i)pirene 5-metilcrisene benz(a)antracene benzo(j)fluorantene benzo(c)fenantene dibenzo(a,h)pirene indeno(1,2,3-c,d)pirene Categoria 3 (non classificabile come cancerogeno) Categoria 4 (probabilmente non cancerogeno) Classificazione IARC: International Programme on Chemical Safety, January 1999. Straif K. and Coll., WHO International Agency for Research of Cancer, Carcinogenicity of polycyclic aromatic hydrocarbons, 2005.

IPA E CANCEROGENICITÁ La dimensione delle particelle determina in quale misura possano viaggiare nel sistema umano bronchiale.

NITRODERIVATI DEGLI IDROCARBURI POLICICLICI AROMATICI Uno o più gruppi nitro sostituiscono gli idrogeni presenti negli IPA: NITROFLUORANTENE

PRELIEVO

ESTRAZIONE CON SOXHLET pallone con collo smerigliato (a) estrattore (b) condensatore (c) b a

PURIFICAZIONE

IDENTIFICAZIONE E QUANTIFICAZIONE DEGLI IPA: Gascromatografia (GC) Cromatografia liquida ad alta pressione (HPLC) Spettrofotometria IR a trasformata di Fourier (FT-IR)

IDENTIFICAZIONE E QUANTIFICAZIONE DEGLI IPA: GASCROMATOGRAFIA (GC) Sono stati utilizzati due tipi di gascromatografi: 2) GC/MS: 1) GC/FID: Flame Ionization Detector Come rivelatore viene utilizzato uno spettrometro di massa Rivelatore a ionizzazione di fiamma

CROMATOGRAFIA LIQUIDA AD ALTA PRESSIONE (HPLC) IDENTIFICAZIONE E QUANTIFICAZIONE DEGLI IPA: CROMATOGRAFIA LIQUIDA AD ALTA PRESSIONE (HPLC) Rivelatori: DAD a fluorescenza elettrochimico

IDENTIFICAZIONE E QUANTIFICAZIONE DEGLI IPA: SPETTROFOTOMETRO A INTERFERENZA E A TRASFORMATA DI FOURIER (FT-IR) Si basa sull’utilizzo di un'operazione matematica (trasformata di Fourier) che trasforma un interferogramma in uno spettro comune.

RECOVERY TEST Aliquota di materiale (21,407 gr) arricchita con 10 µl di : NITRO-IPA CONCENTRAZIONE (μM) FORMULA PERCENTUALE DI RECOVERY 3-NPAN 258 85% 7-NB(a)AN 365 82% 3-NBPH 617 88% 1-NP 404 90%

Concentrazione (mg/kg) Concentrazione limite accettabile (mg/kg)* ANALISI IN GC/MS IPA FORMULA SIM+ (m/z) Tr Area x 104 Concentrazione (mg/kg) Concentrazione limite accettabile (mg/kg)* BaAN 228,3 20,90 9,237 4,5x10-2 0,5 CHR 228,29 20,04 2,249 9,58x10-3 5 P 202,3 18,25 0,415 5,64x10-4 AN 178,23 14,51 6,189 8,03x10-3 FA 17,32 156 0,554 Crisene Pirene * D.M. n. 471 del 25/10/99.

ANALISI IN FT-IR bending di tutto l’anello bending di tutto l’anello standard Benzo(a)pirene 758 campione stretching gruppi CH2 839 stretching gruppi CH2 690

dibenzo(a,h)antracene ANALISI IN GC/FID campione indeno(1,2,3,cd)pirene dibenzo(a,h)antracene benzo(g.h.i)pirene miscela IPA naftalene 2-metilnaftalene 1-metilnaftalene acenaftilene acenaftene fluorene fenantrene antracene fluorantene pirene benzoba)antracene crisene benzo(a)pirene benzo(b)fluorantene benzo(k)fluorantene

CONCLUSIONI Monitoraggio inquinamento del suolo tramite: prelievo campione estrazione con Soxhlet analisi in GC/MS, GC/FID, FT-IR e HPLC Lo scopo della presente tesi è stato quello di mettere a confronto diverse tecniche analitiche per il monitoraggio dell’inquinamento ambientale.

Grazie a tutti i presenti, in particolare il Prof Grazie a tutti i presenti, in particolare il Prof. Guido De Guidi, il dott. Giuseppe Pistone e il dott. Alfio Catalfo, che mi hanno seguita nei vari mesi di stage e nella stesura dell’elaborato finale. Inoltre ringrazio i Prof. Vito Librando e Giancarlo Perrini del Dip. di Scienze Chimiche, la mia famiglia e i miei colleghi di lavoro della Meta Service che mi hanno sempre supportato (e sopportato) nel mio percorso fino al raggiungimento della laurea. Università di Catania - Dipartimento di Scienze Chimiche Laboratorio di Fotochimica e Fotobiologia Estrazione con Soxhlet HPLC GC/MS Studio Chimico Ambientale del dott. Giuseppe Pistone Tutor aziendale Estrazione con Soxhlet GC/FID FT-IR Meta Service S.r.l. - Prelievo campione

Prof. Giancarlo Perrini la mia famiglia i miei amici Grazie a: Prof. Guido De Guidi dott. Giuseppe Pistone dott. Alfio Catalfo Prof. Vito Librando Prof. Giancarlo Perrini la mia famiglia i miei amici i miei colleghi della Meta Service Università di Catania - Dipartimento di Scienze Chimiche Laboratorio di Fotochimica e Fotobiologia Estrazione con Soxhlet HPLC GC/MS Studio Chimico Ambientale del dott. Giuseppe Pistone Tutor aziendale Estrazione con Soxhlet GC/FID FT-IR Meta Service S.r.l. - Prelievo campione