Parametri di qualità.

Presentazione sul tema: "Parametri di qualità."— Transcript della presentazione:

1 Parametri di qualità

2 150 parametri

3 Modi di esprimere la concentrazione
Concentrazione di massa: peso/volume………..es. mg/l peso/peso……………ppm volume/volume………ppmV ppm = parti per milione ppb = parti per miliardo Molarità: numero di moli/l numero di moli = peso (gr)/peso molecolare Peso Equivalente: basato sulla carica ionica Peso molecolare/carica ionica basato sulle reazioni acido-base Peso molecolare/n H+ o (n OH-) basato sulle reazioni red-ox Peso molecolare/n e- scambiati Normalità: numero di equivalenti/l La concentrazione è uno degli parametri di maggiore interesse per lo studio dell’inquinamento dei sistemi naturali e l’analisi dei processi di trattamento. Infatti la concentrazione determina il movimento dei composti all’interno del mezzo in cui sono presenti (acqua, aria o suolo) e la velocità delle reazioni chimiche cui essi sono soggetti. Inoltre, come abbiamo già avuto modo di vedere nelle scorse lezioni, la concentrazione è fortemente connessa con la severità degli effetti tossici che il composto può causare. La concentrazione dei composti chimici è solitamente espressa in un’ampia varietà di unità di misura. La scelta dell’unità di misura dipende dal tipo di composto, dal mezzo in cui è presente e, spesso, dalla consuetudine con cui la misura viene riportata. E’ importante ricordare i prefissi solitamente utilizzati: pico (p,10-12), nano (n,10-9), micro (, 10-6), milli (m, 10-3), chilo (k, 103)!

4 Scelta della tecnica analitica
Livello di accuratezza e precisione richiesto Sensibilità necessaria Numero di analiti (complessita` miscela) Influenza della matrice Disponibilità dello strumento Considerazioni economiche

5 Sensibilità necessaria
Livello di concentrazione: componenti maggiori e minori componenti in tracce componenti in ultratracce Limite di rivelabilità

6 Influenza della matrice
Stato fisico del campione solido, liquido o gassoso omogeneo o eterogeneo pH del campione Contenuto di sostanze disciolte Necessità di pretrattamento Selettività

7 Caratteristiche generali
La qualità di processo e/o di un mezzo (acqua, aria e suolo) si definisce attraverso una serie di parametri che possono essere classificati in 3 principali categorie: Chimici Fisici Microbiologici

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17 BOD-COD e TOC Il contenuto complessivo di sostanze organiche in acque anche di processo viene espresso attraverso appositi parametri: BOD COD TOC

18 Parametri chimici - Organici
BOD: acronimo di ‘Biochemical Oxygen Demand’. Esprime la quantità di ossigeno necessaria ad ossidare biologicamente le sostanze organiche contenute nell’acqua. Il BOD NON E’ UN COMPOSTO INQUINANTE! Materia organica + batteri + O2  nuovi batteri + CO2 + H2O Viene determinato secondo una metodica di analisi standardizzata. Il parametro si misura in mg O2/l. frazione carboniosa e azotata possibili errori di interpretazione (esempio tossicità); il valore del BOD dipende anche dal tipo di sostanze presenti (difficile il confronto tra acque diverse); determinazione lunga; importanza della temperatura.

19 Parametri chimici - Organici
Andamento del BOD nel tempo Di solito ci si riferisce al BOD5 : quantitativo di ossigeno consumato in 5 giorni alla temperatura costante di 20 °C.

20 Parametri chimici - Organici

21 Parametri chimici - Organici
COD: acronimo di ‘Chemical Oxygen Demand’. Esprime la quantità di ossigeno necessaria ad ossidare chimicamente le sostanze ossidabili contenute nell’acqua. Il COD NON E’ UN COMPOSTO INQUINANTE! CxHyOz + Cr2O7--  (x+3) CO3-- + (y/2) H2O + 2 Cr3+ Viene determinato secondo una metodica di analisi standardizzata (titolando l’eccesso di cromo o per via spettrofotometrica). Il parametro si misura in mg O2/l. per una certa acqua il COD è sempre maggiore del BOD; si elimina il problema della tossicità; le sostanze organiche non ossidate sono solamente quelle molto refrattarie; determinazione breve (2 ore); la reazione di ossidazione viene fatta avvenire a 150 °C.

22 Parametri chimici - Organici
Aggiunta di un volume noto di campione ad una provetta contenente i reagenti. La provetta è messa per 2 ore in una piastra che mantiene la T a 150 °C. In seguito alle reazioni di ossidazione la soluzione si colora di giallo. Al termine si misura per via spettrofotometrica l’intensità della colorazione sviluppata e si ricava il valore del COD in mgO2/l.

23 Parametri chimici - Organici
TOC: acronimo di ‘Total Organic Carbon’. Esprime la quantità totale di sostanze organiche contenute nell’acqua. Il TOC NON E’ UN COMPOSTO INQUINANTE però da una misura globale dell’inquinamento organico! Reazione di combustione: Sostanza organica + O2  CO2 Viene determinato misurando la CO2 che si forma dalla combustione delle sostanze organiche. Le sostanze inorganiche non bruciano. Il parametro si misura in mg di Carbonio Organico/l. Vengono determinate tutte e sole le sostanze organiche; per una certa acqua il TOC è sempre maggiore del BOD; si elimina il problema della tossicità; determinazione breve; determinazione molto costosa; non viene effettuata di routine come le precedenti.

24 Parametri chimici - Inorganici
Ossigeno disciolto. È un parametro di fondamentale importanza per la salute dei corpi idrici in quanto è legato alla vita degli organismi superiori presenti in acqua. Si misura solitamente per mezzo di apposite sonde (OSSIMETRI) potenziometriche (si sfruttano i potenziali di reazioni red-ox) e si esprime in mg O2/l. La concentrazione a saturazione dell’ossigeno nell’acqua varia con la T: i valori sono compresi tra 14 e 7,6 mg/l per T di 0 e 30 °C.

25 Parametri chimici - Inorganici
Fondamentali: sodio (Na+), potassio (K+), calcio (Ca2+), magnesio (Mg2+), cloruri (Cl-), solfati (SO42-) silice (SiO2). Sono detti fondamentali perché derivano dalla solubilizzazione dei sali delle rocce e del terreno. Altri: Carbonato (CO32-) Bicarbonato (HCO3-), Nitrati (NO3-), Nitriti (NO2-), Ammonio (NH4+), Fosforo (in pratica PO43-), Ferro (Fe2+/3+), Manganese (Mn2+). Elementi in traccia. Con questo termine vengono definiti gli elementi contenuti nelle acque in quantità generalmente modesta che presentano un comportamento analogo. Boro (B), cromo (Cr), cadmio (Cd), rame (Cu), nichel (Ni), piombo (Pb), zinco (Zn), alluminio (Al), molibdeno (Mo), Vanadio (V), arsenico (As), mercurio (Hg). Molti di questi sono definiti metalli pesanti a causa della loro densità (>5 gr/cm3). Alcuni di questi risultano tossici.

26 Parametri chimici derivati
Sono quei parametri che non misurano direttamente la concentrazione di una o più specie ma ne derivano in modo diretto. pH. E’ definito come il cologaritmo della concentrazione idrogenionica in soluzione: pH = - log [H+]. E’ un parametro fondamentale perché: regola tutti gli equilibri chimici in soluzione; regola le reazioni biologiche; determina le specie chimiche che si trovano in soluzione. Ha un campo di variazione tra 0 e 14 e si esprime in unità di pH: Ambiente acido Ambiente basico Neutralità

27 Parametri chimici derivati
Si misura in modo veloce utilizzando una coppia di elettrodi (elettrodo di riferimento e elettrodo a idrogeno).

28 Parametri chimici derivati
Alcalinità. E’ definita come la capacità di neutralizzare le specie acide ed è dovuta alla presenza di ioni carbonato CO3--, ioni bicarbonato HCO3- e ioni ossidrili OH-. Si determina per titolazione e si esprime in mg CaCO3 /l o in meq CaCO3 /l. Un’acqua con elevata alcalinità riuscirà a tamponare le variazioni di pH conseguenti all’aggiunta di acidi.

29 Parametri chimici derivati
DUREZZA: somma delle concentrazioni dei cationi metallici (no alcalini e idrogeno). In pratica è data dalla concentrazione degli ioni Calcio e Magnesio. Si determina per titolazione dei due cationi o anche diretta. Durezza (°F) = Ca++ (mg/l)/4 + Mg++ (mg/l)/2,43 La durezza si esprime in GRADI FRANCESI (°F) o in mg/l CaCO3 (1 °F=10 mg/l CaCO3 ). In base alla durezza le acque si definiscono: Tendenza delle acque dure a causare incrostazioni in seguito alla formazione di precipitati (carbonato di calcio CaCO3 e idrossido di magnesio Mg(OH)2). Dolci Medie Dure Molto dure

30 Parametri fisici TEMPERATURA. Influenza le reazioni chimiche;
Influenza le reazioni biologiche. Influenza la solubilità dei gas (OSSIGENO). Si misura con i termometri. Si esprime in °C.

31 Parametri fisici Conducibilità. Rappresenta la capacità di una soluzione di condurre corrente elettrica. Il passaggio di corrente attraverso una soluzione richiede la presenza di ioni per cui la conducibilità rappresenta una misura indiretta del contenuto salino. Si parla di conducibilità specifica o conduttanza nel caso della conducibilità di un volume unitario di soluzione. Si misura mediante apparecchi detti conduttimetri e si esprime solitamente in S/cm . E’ un parametro dipendente dalla Temperatura: all’aumentare della temperatura aumenta la conducibilità. Di norma si misura alla T di 25°C altrimenti è bene riportare il valore a cui è fatta la misura.

32 Parametri fisici Strumento per misure on-line Portatile

33 Parametri fisici RESIDUO FISSO. La conducibilità è legata al contenuto di solidi disciolti totali (TDS)che si esprime di fatto con il RESIDUO FISSO: tutto ciò che rimane dopo aver fatto evaporare un volume noto di acqua e riscaldato il tutto a 180°C. Approssimativamente si ha: TDS (mg/l) = 0,64 · ECw (S/cm)

34 Parametri fisici CONTENUTO DI SOLIDI SOSPESI. Sono costituiti dai solidi presenti in acqua che vengono trattenuti da un filtro che per convenzione è stato stabilito della porosità di 0.45 m (figura classificazione solidi). Si determinano mediante la differenza di peso di un filtro utilizzato per filtrare un volume noto di acqua. Si esprime di solito in mg/l. SS = (peso iniziale - peso finale)/Volume

35 Parametri fisici TORBIDITA’. E’ dovuta alla presenza di sostanze in sospensione spesso di dimensioni molto ridotte (classificazione solidi).

36 Principio di funzionamento di un Nefelometro:
si misura l’intensità della radiazione diffusa nella direzione a 90° rispetto a quella incidente. Principio di funzionemente di un Torbidimetro: si misura l’intensità della radiazione trasmessa nella stessa direzione di quella incidente.

37 Parametri fisici COLORE. E’ dovuto alla presenza di sostanze in soluzione (naturali o meno) in grado di interagire con la luce incidente. Può essere misurato: per diluizione e il risultato è espresso come fattore di diluizione (es. 1:10); per confronto con soluzioni standard Platino/Cobalto (cloroplatinato di potassio e cloruro di cobalto). In questo caso il risultato si esprime in mg/l di Pt; come assorbimento ad una specifica lunghezza d’onda dello spettro UV

38 Metodi di analisi Titolazione: si esegue mediante aggiunta di una soluzione a titolo noto (soluzione standard) di un composto in grado di reagire con il parametro cercato fino a che la reazione non è ritenuta completa: raggiungimento del punto equivalente. Il raggiungimento del punto equivalente viene rilevato mediante osservazione del cambiamento di una proprietà della soluzione: - Colore; - pH; - potenziale red-ox Il calcolo della concentrazione è fatto in base alla reazione e alla quantità di titolante aggiunto.

39 Metodi di analisi Tecniche di analisi spettroscopiche.
Si basano sull’interazione della luce con le soluzioni. b Trasmittanza (T) = I/I0 I0 I Assorbanza (A) = log I0/I b = cammino ottico (cm) Soluzione da analizzare Legge di Beer-Lambert A = log (Io/I) =  b c  = assorbanza specifica molare (l/ cm mol); c = concentrazione (mol/l)

40 Tecniche di analisi spettroscopiche.
Metodi di analisi Tecniche di analisi spettroscopiche. Spettroscopia di assorbimento molecolare Selettore lunghezza d’onda Rivelatore e registratore Campione Sorgente luminosa Con questa tecnica si possono analizzare molti parametri chimici: Azoto nitrico COD Ossigeno Azoto ammoniacale Tensioattivi non ionici Ozono Azoto nitroso Argento Piombo Fosfati Cadmio Colore Cloruri Solfato Trasmittanza Calcio Potassio Alluminio Magnesio Manganese ….. Ferro Azoto totale

41 Parametri di controllo delle acque destinate al consumo umano
Sostanze indesiderabili Nitrati Nitriti Ammoniaca Azoto Kjedhahl Ossidabilità TOC Idrogeno solforato Sostanze estraibili con cloroformio Idrocarburi Fenoli Boro Tensioattivi Composti organoalogenati Ferro Manganese Rame Zinco Cobalto Fluoro Materie in sospensione Bario Argento Cloro libero residuo

42 Parametri di controllo delle acque destinate al consumo umano
Sostanze tossiche Arsenico Berillio Cadmio Cianuri Cromo Mercurio Nichel Piombo Antimonio Selenio Vanadio Antiparassitari Idrocarburi policiclici aromatici

43 PER RISPETTARE LE LEGGI:
… COSA DICE LA LEGGE? L’acqua potabile deve presentare determinate caratteristiche dettate da specifiche leggi. D.Lgs. 152 dell’11 maggio 1999 D.Lgs. 31 del marzo 2001 Valori minimi e massimi accettabili per ogni elemento e composto chimico presente nell’acqua PER RISPETTARE LE LEGGI: Monitoraggi giornalieri da parte degli acquedotti lungo tutta la rete idrica cittadina!

44 USO PIU’ CONSAPEVOLE DELLA RISORSA ACQUA RISPETTO DELL’ AMBIENTE
È un modo semplice, veloce ed efficace per sapere se l’acqua di casa nostra rientra nei parametri chimici di legge KIT dello ZOOPLANTLAB USO PIU’ CONSAPEVOLE DELLA RISORSA ACQUA RISPETTO DELL’ AMBIENTE

45 … COSA SI MISURA CON IL KIT?
Parametri fisico-chimici più caratteristici delle acque potabili: Colore, odore, sapore e temperatura pH Durezza totale Contenuto di nitriti e nitrati Contenuto di cloruri Contenuto di solfati COME? Rilevazione colorimetrica 5 min.

46 attraverso l’uso dei nostri sensi …
… DA DOVE SI PUO’ INIZIARE? ANALISI QUALITATIVA attraverso l’uso dei nostri sensi … COLORE ODORE SAPORE

47 COLORE L’acqua potabile deve avere un colore trasparente ed essere priva di corpi sospesi o residui. Come si misura? - Aprite il rubinetto e lasciate scorrere l’acqua 3-5 minuti. - Raccogliete l’acqua in un contenitore pulito e trasparente, attendete qualche secondo ed osservatela alla luce. TRASPARENTE? colore tendente al giallo problemi di manutenzione alla rete domestica colore rossastro ferro colore blu rame o presenza di batteri analisi specifiche

48 Lascia decantare l’acqua per qualche minuto
ODORE L’acqua deve essere inodore. MA Può accadere che l’acqua abbia un leggero sapore di cloro … … presenza di IPOCLORITO DI SODIO, a volte aggiunto in minime quantità durante il processo di potabilizzazione per evitare lo sviluppo di batteri Lascia decantare l’acqua per qualche minuto per ridurre l’odore! Cattivi odori possono essere dovuti ad alta carica microbica ma nelle acque di fonte è raro. Come si misura? Basta annusarla!

49 SAPORE L’acqua potabile deve essere insapore.
A volte la presenza di elementi chimici può donare all’acqua un gusto particolare: Sapore amaro: presenza di magnesio o cloruro di magnesio Sapore astringente/metallico: presenza di sali di ferro Sapore terroso: presenza di sali di calcio Sapore salino: presenza di sali alcalini

50 DUREZZA E’ un indice quantitativo legato all’abbondanza di ioni calcio (Ca2+) e magnesio (Mg2+) presenti naturalmente nell’acqua dopo il suo passaggio nel sottosuolo. durezza tot.= [Ca2+] + [Mg2+] Si misura in gradi francesi (ºf) e per le acque potabili i valori variano tra 0 e 50 ºf: Secondo il D. Lgs. n.31 del 2001 definisce ottimale un’acqua con durezza compresa tra 15 e 50ºf.

51 Come si misura? … provetta verde …
1 min. Confronta i colori della cartina con la scala colorimetrica: Durezza tra 15 e 50ºf: ottimale!!

52 NITRATI E NITRITI Sono composti inorganici che contengono azoto e ossigeno: nitrati: NO nitriti: NO2- Secondo il D. Lgs. n. 31 del 2001 le quantità massime di nitrati e nitriti per le acque potabili sono: NITRATI 50 mg/L NITRITI 0,50 mg/L

53 Come si misura? … provetta rossa …
1 min. Confronta i colori della cartina con la scala colorimetrica: Nitrati < 50mg/L: ottimale!! Nitriti < 0,50mg/L:

54 CLORURI Sono composti inorganici contenenti cloro. (es. il sale da cucina, NaCl, detto anche cloruro di sodio) Questi sali si trovano sulla crosta terrestre, nell’acqua di mare e in minor quantità anche nelle acque dolci soprattutto sotto forma di ione Cl-. Secondo il D. Lgs. n. 31 del 2001 la quantità massima di cloruri per le acque potabili è: 250mg/L

55 Come si misura? … provetta bianca …
1 min. Confronta i colori della cartina con la scala colorimetrica: Cloruri < 250mg/L: ottimale!!

56 SOLFATI Sono composti contenenti zolfo (SO4-) e sono normalmente presenti nell’acqua dopo il suo naturale passaggio nel sottosuolo. Talvolta possono derivare da prodotti di scarto delle industrie e, essendo molto solubili, possono percolare in dosi massicce nelle falde contaminando così l’acqua potabile. Secondo il D. Lgs. n. 31 del 2001 la quantità massima di solfati per le acque potabili è: 250mg/L

57 Come si misura? … provetta azzurra …
1 min. Confronta i colori della cartina con la scala colorimetrica: Solfati < 250mg/L: ottimale!!