Prove di misurazione dei metall

Prima di effettuare le misurazioni si procede ad una digestione acida a caldo di 20 ml di ciascun campione aggiungendo 5 ml di acido nitrico e portando a 145°C. A causa poi dell‟evaporazione generata dall‟alta temperatura si riporta tutto a 25 ml.

Il metodo consiste in una digestione dei campioni acquosi con acido concentrato a caldo, in tubi di idrolisi chiusi di 50 ml riscaldati da piastre all‟interno di cappe chiuse,. La digestione dei campioni che può avvenire con modalità più o meno drastiche, dà una stima del metallo totale, che è funzione oltre che delle condizioni sperimentali anche

Cap. 5 – Materiali e metodi

41

delle proprietà specifiche del metallo. I metalli totali così ottenuti sono stati analizzati con spettrometria di assorbimento atomico.

La spettrofotometria di assorbimento atomico, indicata con l'acronimo inglese AAS (da

Atomic absorption spectroscopy) è una tecnica analitica impiegata per la

determinazione sia quantitativa che qualitativa di ioni metallici in soluzione. Il principio chimico-fisico su cui si basa questa tecnica è il fatto che i livelli energetici atomici sono discreti, pertanto le transizioni elettroniche permesse per eccitazione radiativa (hv) sono

caratteristiche per ogni atomo. Quando un atomo è colpito da una radiazione, uno o più elettroni possono essere promossi a livelli energetici superiori, con assorbimento di energia dalla radiazione incidente. Se l‟energia trasportata dalla radiazione è pari al salto energetico:

allora l‟elettrone passa al livello superiore ma subito dopo ritorna allo stato fondamentale prevalentemente mediante rilassamento termico, cioè cessione dell‟energia che aveva assorbito nella transizione sotto forma di calore, a causa degli urti con gli atomi circostanti a quelli eccitati. In definitiva si avrà assorbimento parziale della radiazione incidente, proporzionale al numero di atomi eccitati. Questo fenomeno viene chiamato nel suo insieme assorbimento atomico. L‟analita che si vuole determinare (di solito una molecola presente in una soluzione), dovrà prima essere vaporizzato e quindi atomizzato ad elevata temperatura (mediante appositi sistemi di atomizzazione come fiamme, ecc.) ed infine eccitato mediante un‟opportuna radiazione caratteristica di quel tipo di atomo: misurando l‟attenuazione della radiazione incidente, che viene assorbita, si avrà un parametro proporzionale alla concentrazione della specie atomica che assorbe. L‟entità dell‟assorbimento della radiazione caratteristica che provoca l‟eccitazione dell‟atomo, è ovviamente proporzionale alla quantità di atomi che assorbono e che si trovano inizialmente allo stato fondamentale. Da qui nasce l‟idea dell‟assorbimento atomico come tecnica per l‟analisi quantitativa. L‟analita è di solito presente in soluzione ed in forma molecolare: è quindi necessaria una fase di vaporizzazione per l‟eliminazione del solvente, seguita da una fase di atomizzazione in cui si disgrega la molecola e si producono atomi allo stato fondamentale; entrambe possono essere realizzate mediante per esempio una fiamma avente opportune

Cap. 5 – Materiali e metodi

42

caratteristiche. Successivamente si farà arrivare sul vapore atomico una radiazione in grado di provocare l‟eccitazione, che sarà parzialmente assorbita; tale radiazione dovrà essere particolarmente monocromatica (figura 5.10).

Figura 5.10 Fenomeno dell‟assorbimento atomico

Come spettrometro di assorbimento atomico si è fatto uso del CONTRAA 300 (figura 5.11), p tramite il quale è stato possibile analizzare i metalli pesanti Cu e Zn. La sorgente di radiazione elettromagnetica in questo macchinario non è più una lampada a catodo cavo, bensì una lampada allo xeno ad arco corto. L‟utilizzo di questa nuova sorgente è in particolare dovuto al fatto che essa può essere utilizzata per l‟individuazione di qualsiasi elemento, superando così la specificità delle lampade a catodo cavo, e anche perché, grazie all‟utilizzo dello xeno, la lampada garantisce l‟emissione di radiazioni ad alta densità e continue all‟interno di tutto l‟intervallo spettrale. Come nei classici spettrometri anche nel CONTRAA 300 viene utilizzato come atomizzatore un bruciatore nebulizzante, con nebulizzatore pneumatico aspirante. Il campione di soluzione viene aspirato e nebulizzato dall‟apposito nebulizzatore che successivamente lo spruzza all‟interno della camera di mescolamento; qui l‟aerosol della soluzione viene mescolato con acetilene, aria e ossidi nitrosi, prima di emergere attraverso una apposita fenditura all‟interno del bruciatore. La fiamma può essere impostata su una lunghezza di 5 o 10 mm, mentre la larghezza sarà sempre di pochi millimetri. La soluzione nebulizzata viene quindi fatta passare attraverso tutta la lunghezza della fiamma. Il macchinario è dotato di un sistema automatico di controllo del gas che rende estremamente più sicuro il suo utilizzo. Lo scopo di questo sistema è quello di assicurarsi che l‟acetilene e l‟ossidante raggiungano la fiamma con un flusso

Cap. 5 – Materiali e metodi

43

C6 d

di la regi

dati.

costante, privi di fluttuazioni di pressione. Il bruciatore può utilizzare due differenti tipi di fiamma, a seconda di quali siano le componenti da atomizzare. La fiamma acetilene- aria può essere utilizzata per la maggior parte degli elementi conosciuti, mentre la fiamma acetilene-ossidi nitrosi per quegli elementi difficili da atomizzare come l‟alluminio o il boro. Le testine del bruciatore sono prodotte in titanio per garantire una notevole durata, anche se sottoposte a contatto con soluzioni aggressive. Il monocromatore, che deve garantire la selettività dell‟analisi, è realizzato attraverso un monocromatore doppio ad alta risoluzione basato su un prisma ottico e su di un reticolo monocromatore di Echelle. In questo modo si garantisce un ingombro minimo del macchinario mantenendo comunque un‟ alta risoluzione spettrale. La precisione del monocromatore viene assicurata da una calibrazione che fisicamente si basa sullo

Cap. 5 – Materiali e metodi

44

spettro di emissione del neon, grazie a questo procedimento, la sensibilità dello strumento nel selezionare le lunghezze d‟onda di nostro interesse è mantenuta al livello più alto possibile. I sensori presenti all‟interno del CONTRAA 300 sono semiconduttori sensibili ai raggi UV; questi non solo analizzano l‟intensità delle linee dello spettro ottenuto, ma controllano i valori delle intensità negli intorni di tali linee garantendo in questo modo una precisione migliore. Lo spettrometro è dotato di un programma da installare su computer che velocizza l‟elaborazione dei dati ottenuti. Tutti i dati devono infatti essere idoneamente trattati, in modo da eliminare gli errori dovuti alla presenza di una certa corrente residua che circola all‟interno dei rilevatori e alle correnti dovute alle emissioni del sistema di atomizzazione e all‟emissione della sorgente. La correzione dei dati può essere effettuata manualmente, oppure, in modo più spedito, attraverso questo software che attraverso un apposito algoritmo ci fornisce i risultati finali con un estremo grado di accuratezza.