Campionamento
Il presente lavoro di tesi consta sostanzialmente di due linee di ricerca: la determinazione dei composti organici IPA e POPs e la determinazione degli elementi in tracce.
Gli IPA sono stati determinati nella frazione grossolana, dispersa, e nella frazione ultrafine del particolato atmosferico. La raccolta dei campioni ha previsto l’utilizzo di campionatori differenti che verranno di seguito descritti.
- Alto volume TE 5000 High Volume Air Sample PUF (HV-PUF) (Fig. 26) in grado di prelevare il particolato atmosferico distinto operativamente in due frazioni: la frazione grossolana o particolata e la frazione dispersa o gassosa. Tali frazioni vengono raccolte rispettivamente in un filtro in fibra di quarzo con maglia nominale pari a 1 µm e in una schiuma di poliuretano PUF. I due supporti (PUF e filtro) sono sistemati nel ‘Sampling Head’, in corrispondenza del tubo di aspirazione al quale è collegata una pompa un sistema di misurazione del
flusso e ‘Magnehelic Gauge’.
Fig. 26: Schema del campionatore HV PUF.
I campionatori sono stati periodicamente calibrati per poter determinare quantitativamente il flusso d’aria di esercizio. La taratura (Operation manual, Tisch® Environment, Inc.) è stata effettuata
mediante manometro differenziale, misurando la differenza di pressione tra la pressione atmosferica e quella esercitata dalla pompa di aspirazione a valle del filtro.
In questo modo al valore segnato dal ‘Magnehlic Gauge’ è stata attribuita, alle condizioni di temperatura e pressione atmosferica del momento, una variazione di pressione, che viene convertita
143 b T P O H m Q a a std − ⋅ ⋅ ⋅ = 298 760 1 2 eq. 7 dove:
Qstd = flusso attuale come indicato dal calibratore (m3 min-1); H2O = lettura del manometro durante la calibrazione (mm Hg); Ta = temperatura dell’ambiente durante la calibrazione (K);
Pa = pressione barometrica dell’ambiente durante la calibrazione (mm Hg); m = pendenza Qstd dell’apertura (dato fornito dal costruttore);
b = intercetta Qstd dell’apertura (dato fornito dal costruttore).
Il valore segnato dal ‘Magnehlic Gauge’, che è un flusso in condizioni standard, viene convertito in un flusso alle condizioni reali secondo l’equazione 8:
a a T P magn FLOW 298 760⋅ ⋅ = eq. 8 dove:
FLOW = valore del Magnehlic Gauge corretto con T e P correnti; magn = valore del Magneheilc Gauge durante la calibrazione;
Pa = pressione barometrica dell’ambiente durante la calibrazione (mm Hg);
Ta = temperatura dell’ambiente durante la calibrazione (K);
Simulando l’intasamento del filtro con la chiusura progressiva della ‘Flow Control Valve’ si costruisce una curva di taratura, usando Qstd e Flow rispettivamente come variabile indipendente e dipendente. I parametri di pendenza e l’intercetta della regressione lineare, che deve avere coefficiente di correlazione maggiore a 0.990, vengono utilizzati per il calcolo del flusso del campionatore durante il periodo di campionamento (eq. 9).
⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − ⋅ ⋅ ⋅ = b T P magn m Q av av 298 760 1 eq. 9 dove:
Q= flusso in m3 durante il periodo di campionamento; m = pendenza della retta di calibrazione;
b = intercetta della retta di calibrazione;
magn = valore del Magneheilc Gauge durante il campionamento,
Pav = pressione barometrica dell’ambiente durante il campionamento (mm Hg), Tav = temperatura dell’ambiente durante il campionamento (K).
L’impiego di questo campionatore prevede, quindi, la registrazione nel contempo dei dati meteo del periodo di campionamento affinché si possa procedere alla taratura.
- Campionatore LOW PRESSURE IMPACTOR (LPI-Dekati). E’ in grado di distinguere il materiale
particolato in 13 classi dimensionali dai 0.03 ai 10 µm.
Operativamente le diverse frazioni vengono raccolte in supporti (nel presente lavoro si sono utilizzati supporti in alluminio e in policarbonato). Il principio operativo si basa sull’impatto delle particelle sui supporti a seguito di una differenziazione fisica ottenuta attraverso la creazione di percorsi che l’aria compie e con essa le particelle (Fig. 27).
Fig. 27 Schema dell’impattore.
Quest’ultime, però, subiscono delle deviazioni in funzione della loro inerzia che considera sia la dimensione che la densità; quindi nell'impattore particelle grandi ma leggere si comportano come particelle piccole ma pesanti perché hanno uguale inerzia. Lo strumento è
composto da una pompa di aspirazione e dall’impattore (Fig. 28). Durante la fase di campionamento è importante il mantenimento delle condizioni di pressione, ciò viene effettuato con un “Pressure Gauge” in grado di misurare la differenza di pressione tra la testa e la coda dell’impattore. Questo parametro è utile, in particolare, per garantire il cut-off dei singoli stadi. Il valore della differenza di pressione da mantenere è pari a 100 mbar.
Fig. 28: CampionatoreDEKATI-LPI.
Il calcolo del volume d’aria campionato viene effettuato con un foglio excel nel quale si riportano le condizioni di campionamento (temperatura, pressione e tempo di campionamento) e che permette la conversione del flusso d’aria in un volume d’aria aspirata.
Per quanto concerne il campionamento di particolato atmosferico destinato all’analisi elementale, sono utilizzati due campionatori:
- Low Pressure Impactor (LPI-Dekati) sul quale sono stati montati dei supporti in policarbonato le cui modalità di utilizzo sono state descritte precedentemente;
- Tisch® Environmental Inc., Village of Cleves, OH -ANDERSEN HV- in grado di campionare
aerosol distinguendo sei classi dimensionali (Fig. 29). Tale selezione viene ottenuta attraverso dei percorsi obbligati che vengono preferiti dalle particelle a seconda del loro diametro aerodinamico equivalente. L’impattore (High Volume Cascade Impactors Model TE-236 ) (Fig. 30) è costituito da
145
dell’impattore, tranne l’ultimo, il back, il quale raccoglie la frazione più grossolana. Il flusso di campionamento è pari a 1.13 m3 min-1.
Fig. 29: Schema del campionatore Andersen.
Fig. 30: Impattore.
Questi campionatori sono stati impiegati in modo differente in funzione degli analiti da determinare. Le tabelle seguenti (tab. 62 e tab. 63) riportano la strategia di campionamento in ogni sito indagato.
Tab. 62: Strategia di impiego dei campionatori nei tre siti di indagine.
Sarajevo Belgrado Venezia
LPI - Dekati 9
HV-PUF organici 9 9 99*
Tisch®ANDERSEN HV 9 9
Tab. 63: Analiti determinati per ciascuna area di indagine.
Sarajevo Belgrado Venezia
IPA 9 9 9*
PCN 9
PBDE 9
elementi 9 9
acrilammide 9
N Sono stati installati nel contempo due campionatori ad alto volume, di cui uno equipaggiato con
N