Caratterizzazione morfologica e chimica di polveri …

1 1 Caratterizzazione morfologica e chimica di polveri sottili (PM10, ) in alcune realt umbre Progetto Maggio 2006 2 Pag / indice 03 / INTRODUZIONE 03 / OBIETTIVI DEL PROGETTO 04 / PROGRAMMA ATTIVIT Gruppo di Lavoro Redazione e Coordinamento Coordinamento Versione Visto Dr. Beatrice Moroni Dr. David Cappelletti Dr. Marco Vecchiocattivi Sezione di Tecnologie Chimiche e Materiali per l Ingegneria (Dip. Ing. Civile ed Ambientale), Universit di Perugia, resp. Dr. David Cappelletti Dipartimento di Scienze della Terra, Universit di Perugia, resp. Dr. Beatrice Moroni ARPA Umbria Aria e Agenti Fisici, resp. Dr. Monica Angelucci Servizio Reti, resp. Dr. Marco Pompei Sez. Tem. Atmosfera, Dip. Terni, resp. Dr. Manola Castellani Laboratorio di Perugia, resp.

2 Sezione chimica 2 Dr. Eugenia Peirone Rev. 0 dott. Giancarlo Marchetti dott. Alberto Micheli ing. Adriano Rossi 30 maggio 2006 31. INTRODUZIONE Negli ultimi anni lo studio delle caratteristiche chimico-fisiche del particolato atmosferico ha ricevuto crescente interesse da parte della comunit scientifica a motivo delle numerose tematiche di protezione ambientale ad esso connesse. noto infatti l impatto ambientale del particolato fine attraverso la formazione di nubi, la riduzione della visibilit , la contaminazione dell acqua e del suolo, e inoltre il ruolo catalitico nelle reazioni atmosferiche e la partecipazione a processi di erosione dei materiali esposti. Studi epidemiologici hanno inoltre dimostrato gli effetti dannosi dell esposizione al particolato atmosferico nei riguardi della salute umana.

3 Resta tuttavia da chiarire se la tossicit delle particelle atmosferiche dipenda in primo luogo dai parametri morfologici, tali da condizionarne le modalit di ingresso e di interazione con l apparato respiratorio umano, o se piuttosto sia da imputare in primo luogo alla loro composizione chimica . Pi verosimilmente, la tossicit potrebbe dipendere dalla specifica composizione delle particelle appartenenti alle diverse classi dimensionali. Per contribuire alla comprensione degli effetti del particolato sulla salute umana e contribuire, nel contempo, al raggiungimento degli obiettivi di qualit dell aria fissati dalle direttive europee quindi necessario procedere ad una completa Caratterizzazione del particolato a livello sia morfologico che composizionale allo scopo di associare alle diverse classi dimensionali la relativa composizione chimica .

4 Risulta utile, inoltre, sfruttare la Caratterizzazione effettuata in zone sulle quali insiste una sorgente di emissione prevalente (traffico, emissioni industriali per alcuni tipi di industrie, cave, ) al fine di ottenere dei profili caratteristici di composizione e morfologia del particolato atmosferico emesso da tali sorgenti. 2. OBIETTIVI DEL PROGETTO L obiettivo primario del progetto quello di mettere a punto e di applicare un percorso analitico integrato volto alla completa Caratterizzazione del particolato atmosferico mediante tecniche di analisi chimica e di immagine. Il procedimento di analisi verr applicato a campioni di PM10 e di diversa provenienza e i dati ottenuti verranno elaborati nell ottica di una analisi della distribuzione spaziale, temporale, di emissione prevalente, di correlazione con i parametri meteo e con altri inquinanti.

5 Tale Caratterizzazione avverr in parallelo alle analisi chimico fisiche previste dalle vigenti norme di qualit dell aria ( 60/2002), eseguite giornalmente dal Laboratorio di Arpa, in modo da poter inter-confrontare, per ciascun campione, le tecniche d indagine usate nello studio con quelle stabilite per legge e realizzate quotidianamente dall ARPA. La completa Caratterizzazione del materiale particolato fornir informazioni utili a chiarire le modalit di formazione e di trasporto del particolato. Queste informazioni costituiscono dati di input necessari per lo sviluppo di modelli matematici (receptor models) che consentano di individuare le fonti e prevedere la diffusione degli aerosol nel territorio. Inoltre, individuate le principali sorgenti, tali dati sono utili anche per validare i modelli di trasporto degli inquinanti in atmosfera (diffusion models) a partire dalle emissioni delle sorgenti individuate.

6 Infine, dalla conoscenza della composizione del particolato atmosferico su scala temporale potr derivare la possibilit di utilizzare queste misurazioni per valutare l efficacia di eventuali strategie di abbattimento delle emissioni. Il progetto annuale e, secondo le necessit che si delineeranno, potr essere ulteriormente esteso. 4 Tecniche sperimentali: Analisi elementale ICP-AOS ed ICP-MS, spettrofotometria UV-VIS, GC-MS, XRF, SEM, TEM, trattamento digitale delle immagini Ruolo delle Unit operative: DICA Analisi chimica elementare e frazione ionica DST Analisi morfologica , analisi chimica SEM-EDX di singole particelle ARPA Servizio Reti ARPA Sez. Tem. Atmosfera ( ) Campionamento dei filtri ( e PM10) ARPA Laboratorio di Perugia Analisi di metalli e IPA nel particolato atmosferico secondo le normative vigenti ARPA Aria e Agenti Fisici Coordinamento Attivit 2.

7 PROGRAMMA DI ATTIVIT Campionamento Per esigenze analitiche verranno analizzati solo i filtri in teflon. La campagna di campionamento prevede che siano prelevati dalle centraline di ARPA Umbria un numero di filtri in teflon secondo il seguente schema per l anno 2006: Campioni Citt Postazione Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov DicPerugia Fontivegge PM10 3 11 3 3 3 11 3 3 11 Perugia Fontivegge 10 10 10 10 10 10 10 10 Spoleto Vittoria 8 8 8 Ponte Via della Scuola 8 8 8 Pietrafitta Centro 4* 4* Citt di Castello Centro 4* 4* Gubbio Pressi di Colacem 8 8 Terni Via F.

8 Cesi PM10 4 4 5 4 4 5 4 Terni Via F. Cesi 5 4 4 5 4 4 5 4 Totale campioni: 11 34 37 29 23 45 29 23 45(*) i campioni saranno distribuiti tra il mese di maggio e di giugno Sia la stazione di Fontivegge a Perugia che quella di Via F. Cesi a Terni possono fornire filtri con classi dimensionali distinte ( e PM10) campionate in parallelo tramite una doppia linea. 5 Per avere la massima rappresentativit temporale dei campioni, ed evitare false correlazioni dovute a periodi e condizioni di campionamento analoghe, dalla stessa centralina saranno di volta in volta selezionati filtri di giorni della settimana diversi e, possibilmente, anche di giorni con diverse condizioni meteoclimatiche. In una fase successiva del progetto, ARPA Umbria metter a disposizione del progetto una centralina automatica di campionamento di PM10 rilocabile con la quale si prevede di eseguire campionamenti mirati presso le principali fonti emissive antropiche come acciaierie, cementifici, cave, centrali termiche per la produzione di energia elettrica, inceneritori e le altre principali industrie presenti sul territorio umbro.

9 Questa seconda fase avverr a seguito di una prima verifica dei risultati gi ottenuti nella prima e, di conseguenza, di una valutazione della durata e dell efficacia dei campionamenti che si andranno a pianificare, ponendo attenzione anche alla facilit di posizionamento del campionatore e del numero di campionamenti richiesti per avere una sufficiente rappresentativit della zona indagata. Con questa strumentazione si avr anche la possibilit di campionamenti in una zona lontana dalle principali sorgenti antropogeniche, per valutare il particolato di fondo e l effetto del trasporto da aree geografiche limitrofe, anch essa soggetta ad una valutazione sulla fattibilit del campionamento. Analisi morfologica Tale determinazione analitica verr eseguita sul particolato estratto da frammenti rappresentativi dei filtri in teflon e depositato su filtro in policarbonato.

10 Per essere rappresentativo il frammento deve avere area sufficiente a garantire una buona raccolta del campione stesso evitando nel contempo un eccessivo addensamento delle particelle sul nuovo supporto da utilizzare. La scelta del filtro in policarbonato quale supporto per l osservazione e l analisi in microscopia elettronica legata al fatto che, a differenza della fibra di vetro e anche del teflon, il policarbonato mostra una superficie liscia e uniforme sulla quale le particelle risaltano in maniera eccellente. Il procedimento di estrazione viene eseguito sul frammento immerso in etanolo sottoponendolo prima ad agitazione per 1 ora e poi ad estrazione mediante ultrasuoni per due ore. L efficacia del trattamento di estrazione viene verificata sottoponendo il filtro in teflon ad analisi diffrattometrica e poi all osservazione al SEM per evidenziare l eventuale presenza di particolato residuo.