Variabili chimiche

Variabili chimiche

Le variabili considerate sono quelle legate alle caratteristiche chimiche di base, i principali anioni e cationi (SO4 =, NO3-, Cl-, Ca++, Mg++, Na+, K+, NH4+) e azoto totale, pH, conducibilità, alcalinità e metalli. Per quanto riguarda le deposizioni atmosferiche sono stati misurati anche i volumi di precipitazione al fine di quantificare flussi di inquinanti dall'atmosfera. Per le acque superficiali sono stati determinati anche i valori di silice reattiva, di fosforo reattivo e totale.

Il pH di una soluzione è definito dalla relazione:

pH = - log₁₀ a _H+

dove a _H+ è l'attività degli ioni idrogeno.

L'attività (a) dello ione idrogeno viene determinata misurando la differenza di potenziale (d.d.p.) tra l'elettrodo di misura (elettrodo a vetro) e l'elettrodo di riferimento (elettrodo a calomelano saturo) immersi nella cella di misura contenente il campione. La forza elettromotrice che si genera tra gli elettrodi è descritta dall'equazione di Nernst e corrisponde a 58 mV/unità pH a 20°C.

La conducibilità elettrica (o conduttanza) è definita come il reciproco della resistenza e rappresenta la capacità di una soluzione acquosa di trasferire la corrente elettrica tra due lamine metalliche tra le quali esiste una d.d.p. Per conducibilità elettrica specifica (o conduttività) si intende la corrente misurata, ad una determinata temperatura, tra due elettrodi a facce piane parallele aventi la superficie di 1 cm².

Le soluzioni elettrolitiche conducono la corrente elettrica per effetto del movimento degli ioni sotto l'azione del campo elettrico. La mobilità degli ioni è notevolmente influenzata dalla temperatura (Rodier, 1984).

Il metodo elettrochimico si basa sulla determinazione della resistenza elettrica specifica di un campione acquoso mediante un ponte di Kohlrausch.

Le metodiche analitiche utilizzate sono quelle attualmente in uso nel laboratorio del CNR Istituto per lo Studio degli Ecosistemi di Verbania Pallanza (Mosello et al., 1997; Mosello et al., 2001).

La misura del pH è stata effettuata con metodo elettrochimico utilizzando un pHmetro Radiometer ION450-2 (Fig.17) con elettrodo combinato ad alto flusso di KCl e sensore di temperatura T201. Il vantaggio che si ottiene dall'impiego di questo elettrodo ad alto flusso è una risposta più veloce dovuta al miglior contatto elettrochimico tra soluzione da analizzare e quella di riferimento.

Il pHmetro Radiometer, come analoghi strumenti di ultima generazione, è gestito da un processore che controlla tutti i principali parametri che influenzano la misura (temperatura, stabilità e tempo di risposta, data e giorni trascorsi dall'ultima calibrazione, ecc.)

La determinazione viene effettuata sul campione tal quale (non filtrato) in quiete e alla temperatura di (20 +/-3) °C.

Una volta a settimana è stata effettuata la taratura dello strumento utilizzando due soluzioni tampone a pH 4 e 7. Prima di ogni sessione analitica si è provveduto ad effettuare un controllo della taratura mediante soluzioni a titolo noto, quali le carte di controllo (Ripetibilità interna al laboratorio).

Per la misura della conducibilità è stato utilizzato un conduttimetro Radiometer ION450-1 (Fig. 17) con cella conduttimetrica quadropolare ad immersione di platino non platinato con costante di cella K=1,0 cm CDC566T, con sensore di temperatura integrato nel corpo della cella di misura. Lo strumento è impostato sulla temperatura di riferimento di 20°C ed il fattore di correzione è 2,3% per °C.

Dopo aver misurato pH e conducibilità  i campioni sono stati filtrati con membrane in acetato di cellulosa (porosità nominale 0,45 mm) e sono state quindi preparate le aliquote per le altre determinazioni analitiche.

L'alcalinità totale di un'acqua rappresenta la sua capacità di neutralizzare gli acidi ed è la somma di tutte le basi titolabili da un acido.

In un'acqua naturale avente pH inferiore a 8,5 il suo contributo è dato essenzialmente dal contenuto di bicarbonato, mentre a pH superiori è rappresentata anche da carbonati e idrossidi. Borati, fosfati, silicati, ammoniaca e basi deboli organiche possono contribuire all'alcalinità totale, se presenti nel campione.

Per la determinazione è stato utilizzato il metodo di Gran, più preciso e particolarmente indicato per le basse concentrazioni, inferiori a 0,15 meq l^-1 (Gran, 1952; Migdley & Torrance, 1978). Il metodo consiste nell'effettuare una titolazione con acido (HCl 0,05 N), mediante aggiunte costanti oltre il punto di flesso a pH 4,5, al fine di eseguire una regressione lineare tra il volume aggiunto e la funzione F₁ di Gran, direttamente correlata alla concentrazione idrogenionica.

Per la determinazione si è utilizzato un titolatore automatico ABU91 Radiometer con software di gestione WALK che effettua automaticamente la regressione lineare tra le aggiunte di titolante ed i valori di F₁ di Gran. Si ottiene così una retta che interseca l'asse del volume V₀ al punto di equivalenza (Fig. 18).

L'alcalinità totale viene quindi calcolata dalla seguente relazione:

V₀ * N_Ac * 1000

Alcalinità totale (meq L^-1) =  ^{__________ ______ ____ __}

volume di campione titolato (mL)

dove:

V₀ = volume di HCl al punto di equivalenza

N_AC = Normalità del titolante

In figura 19 si può vedere il sistema di titolazione composto dall'interfaccia TIM900 connessa al personal computer, alle burette ABU901 da 2 mL e ABU91 da 1 mL, l'autocampionatore SAC80 e la bilancia tecnica per la misura gravimetrica del volume di campione titolato attualmente in uso con il programma wAlk05 nel laboratorio del CNR ISE di Verbania Pallanza.