Laboratorio di Chimica Analitica per l'Ambiente e gli Alimenti

 

Laboratorio di Chimica Analitica per l'Ambiente e gli Alimenti 
Scienze - Palazzina 2 - Secondo Piano
Il Laboratorio di Chimica Analitica Ambientale (già Laboratorio di Chimica del Mare) nasce nel 1998 sotto la guida del Prof. Giuseppe Scarponi, prima all’interno dell’allora Centro di spesa e poi dell’Istituto di Scienze del Mare. Nel 2003 confluisce nel Dipartimento di Scienze del Mare e dal 2011 afferisce al nuovo Dipartimento di Scienze della Vita e dell’Ambiente. Svolge importanti ricerche nell’ambito dell’inquinamento marino e, più in generale, in campo ambientale (aerosol, atmosfera, neve e ghiacci. acque di sorgente, alimenti, bevande) con riferimento alla presenza di metalli pesanti e microinquinanti organici. Partecipa fin dall’inizio al Programma Nazionale di Ricerche in Antartide per il quale ha effettuato con proprio personale dieci spedizioni scientifiche nel “Continente Bianco”.
Attività di ricerca
Metalli pesanti in ambiente marino:
Gli studi riguardano la distribuzione e la speciazione di Cd, Pb e Cu nel Mare Adriatico e nel Mare di Ross in Antartide. Si ricercano gli effetti antropici sui diversi ecosistemi e la loro relazione con l’attività biologica in mare. Particolare attenzione è rivolta agli ambienti estuarini e costieri.
Nell’ambito del Progetto Europeo IMTEC (In-Situ Monitoring of Trace metal specification in Estuaries and Coastal zones in relation with the biogeochemical processes, http://www.idronaut.it/cms/view/research_projects/imtec/s200) e del Progetto Regione Marche (DGR 618, 7/5/2003, delibera CIPE 36/2002) sul tema “Speciazione di metalli pesanti in tracce nel Mare Adriatico centrosettentrionale e relazione con processi di trasporto, biodisponibilità e impatto antropico” sono state effettuate 3 campagne oceanografiche in mare Adriatico con partecipazione internazionale. Lo studio è stato svolto lungo un transetto che va dalla foce del Po verso il mare aperto fino al Centro Adriatico al largo di Ancona. L'obiettivo è quello di sviluppare un sistema di monitoraggio in continuo e a lungo termine, in grado di fornire in tempi piuttosto brevi informazioni sulla qualità delle acque e sulla valutazione dello stato tossicologico dei sistemi marini. Per la determinazione di tali metalli pesanti si dispone anche di strumenti che permettono analisi voltammetriche direttamente in situ. (Profilatore Voltammetrico In situ VIP)
prelievo di campioni di neve in una trincea scavata nel plateau antartico (Base italo-francese Concordia) prelievo di campioni di acqua di mare in Adriatico
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Metalli pesanti in organismi marini
Si studia la distribuzione di metalli pesanti in organismi marini (sia adriatici che antartici) e si ricerca la relazione tra bioaccumulo e tossicità. Inoltre uno degli obiettivi è quello di individuare specie sentinella per varie tipologie di inquinanti che possano fungere da indicatori biologici.
prelievo di campioni in acqua di mare in Antartide (Mare di Ross)
Metalli pesanti in neve, ghiaccio e aerosol dell’Antartide
Si studiano le variazioni nel contenuto di metalli pesanti conseguenti alle variazioni ambientali globali recenti in carote di neve e ghiaccio dell’Antartide. Inoltre il gruppo si occupa della distribuzione di elementi in tracce nell’aerosol antartico in relazione alle fonti di provenienza delle impurezze in esso contenute. Particolare attenzione è inoltre posta al frazionamento di ciascun inquinante presente in neve, ghiaccio e aerosol antartici finalizzato allo studio delle relazioni aria-neve-ghiaccio.
Microinquinanti organici in ambiente marino
Si studia l’inquinamento marino da vari microinquinanti organici, quali idrocarburi, idrocarburi policiclici aromatici e policlorobifenili e si ricerca la loro distribuzione in ambienti estuarini e costieri in relazione ad effetti antropici.
trattamento di campioni di acqua di mare in nave sotto cappa a flusso laminare (Mare Adriatico)
Microinquinanti organici e inorganici in matrici alimentari
Vengono studiate sostanze utili o dannose in matrici alimentari, quali melammina nel cibo cinese, prolina e 5-idrossimetil-2-furaldeide (HMF) nel miele, metalli pesanti nel vino, attraverso lo sviluppo di nuove metodiche e il miglioramento di metodi ufficiali allo scopo di aumentarela sensibilità, l’accuratezza e la precisione dei metodi utilizzati.
melamina negli alimenti analisi del miele per la determinazione di prolina e di HMF metalli pesanti nel vino
Staff
Professore Ordinario
 071 220 4514
Ricercatore confermato
 071 220 4981
Ricercatore
 071 220 4981
Dr. Silvia Illuminati
Assegnista di Ricerca
 071 220 4981
Dr. Carolina Finale
Dottoranda
 071 220 4303
Strumentazione
Il gruppo dispone di un laboratorio chimico a contaminazione controllata, “tipo camera bianca (clean room)”, ISO 14644-1 Classe 6, con aree ISO Classe 5 sotto flusso laminare. La temperatura del laboratorio è impostata a 20 ± 1 °C durante l’inverno e a 23 ± 1 °C durante l’estate. In questo laboratorio vengono effettuate tutte le principali procedure di decontaminazione dei vari materiali e le determinazioni di metalli in tracce in matrici ambientali e alimentari.
Camici, maschere e guanti da clean room vengono indossati dal personale addetto che segue scrupolosamente tutte le procedure previste per questo tipo di laboratori durante tutte le fasi più critiche del trattamento e dell’analisi dei campioni
laboratorio chimico decontaminato (clean room)
analizzatore polarografico. consolle voltammetrica
Voltammetria di Ridissoluzione Anodica
La voltammetria comprende un gruppo di metodi analitici dove le informazioni sull’analita sono ottenute attraverso misure di corrente in funzione del potenziale applicato a un elettrodo di lavoro (mercurio, platino, grafite, film di mercurio su grafite). Nella voltammetria vengono quindi registrate le curve corrente-potenziale (voltammogrammi) quando viene effettuata una scansione di potenziale (segnale di eccitazione) su un elettrodo immerso nella soluzione di interesse. Per la determinazione di metalli in tracce viene utilizzato un elettrodo a film di mercurio sottile (Thin Mercury Film Electrode, TMFE), depositato su un elettrodo rotante a disco di grafite.
La voltammetria di ridissoluzione anodica, utilizzata con elettrodo rotante a film sottile di mercurio, è una delle tecniche più sensibili attualmente disponibili per la determinazione di metalli in ultratracce in campioni reali. Il limite di rilevabilità è circa 0.5 ng/L.
  Strumentazione voltammetrica
cella elettrochimica
Polarografo
La strumentazione voltammetrica usata consiste di un polarografo Metrohm 746 VA Trace Analyzer sviluppato specificatamente per la determinazione dei metalli in ultratracce e di una consolle voltammetrica (Metrohm, 747 Va Stand) che offre la possibilità di effettuare determinazioni in Voltammetria di Ridissoluzione Anodica (ASV) con scansione del potenziale sia in modalità differenziale ad impulsi (Differential Pulse Anodic Stripping Voltammetry, DPASV) sia in modalità onda quadra (Square Wave Anodic Stripping Voltammetry, SWASV). La strumentazione è provvista di una cella in teflon PFA (copolimero perfluoroalcossilico) e di un sistema a tre elettrodi che comprende: un elettrodo di “lavoro” a disco rotante di grafite impregnata di una resina epossidica; un elettrodo di riferimento ad Ag/AgCl in KCl 3 M (al quale tutti i potenziali vengono riferiti) e un elettrodo ausiliario a carbone vetroso che provvede al controllo potenziostatico. Le valutazioni quantitative vengono effettuate utilizzando il metodo delle aggiunte standard multiple, che consiste nell’effettuare addizioni successive di soluzioni standard a concentrazione nota, con ripetizione della misura dopo ogni aggiunta. La quantificazione si basa sull’incremento di corrente rilevato a fronte dell’incremento di concentrazione.
sistema per analisi voltammetrica direttamente in acqua di mare (in situ)
Profilatore Voltammetrico In situ (VIP)
Il VIP è una sonda che consente di effettuare misure voltammetriche di metalli in tracce direttamente lungo la colonna d’acqua. Il cuore della sonda VIP è rappresentato da un microelettrodo integrato ricoperto con gel di agarosio (Gel Integrated Micro Electrode, GIME). Si tratta di un elettrodo composito integrato a film di mercurio depositato su iridio e ricoperto da una membrana di agarosio (Agarose Membrane-covered Mercury plated Iridium-based microelectrode Array, µ-AMMIA). Il microelettrodo array viene costruito accoppiando la più avanzata microtecnologia a film-sottile applicata ai microchips con tecniche fotolitografiche. Questo consiste di una schiera di 5 x 20 microelettrodi a disco di iridio ognuno dei quali presenta un diametro di 5 µm e una distanza centro centro di 150 µm, circondati da un anello di resina Epon SU8-8. Questi sensori vengono ricoperti da una membrana protettiva in gel d’agarosio LGL 1,5%, che previene problemi di fouling, in quanto consente la diffusione degli ioni liberi e dei complessi labili e mobili a basso peso molecolare, mentre trattiene le sostanze colloidali e le macromolecole organiche che potrebbero adsorbirsi sulla superficie dell’elettrodo.
Spettrofotometria ad Assorbimento Atomico
La spettrofotometria di assorbimento atomico (AAS) è una delle tecniche più usate per la determinazione sia qualitativa che quantitativa degli elementi in tracce (soprattutto metalli) in diverse matrici da quelle di interesse ambientale (acque, terreni, particellato atmosferico) fino agli alimenti e alle leghe metalliche. In questa tecnica, l’elemento in esame viene atomizzato e colpito con radiazioni di lunghezza d’onda opportuna. Per effetto dell’assorbimento atomico, l’intensità del raggio luminoso diminuisce e l’attenuazione può essere correlata alla concentrazione dell’elemento nel campione. Il laboratorio di Chimica Analitica Ambientale di questo dipartimento è dotato di uno spettrofotometro Agilent AA Duo 240FS/240Z/UltrAA Package Duo che prevede l’utilizzo contemporaneo di due sistemi di atomizzazione, uno per la fiamma (FAAS) e uno per fornetto di grafite (GFAAS) con sistema Zeeman di correzione dell’assorbimento di fondo.
spettrometro per assorbimento atomico
Gas-Cromatografia Spettrometria di Massa
La gas-cromatografia spettrometria di massa (GC-MS) è un metodo che combina le caratteristiche della cromatografia gas-liquido e della spettrometria di massa per individuare sostanze diverse all’interno di un campione. La strumentazione è costituita da due elementi principali: il gascromatografo e lo spettrometro di massa che, interfacciate, consentono un grado più elevato di identificazione delle sostanze.
gascromatografo spettrometro di massa
La gas cromatografia si basa sulla ripartizione di diverse sostanze tra una fase stazionaria ed una fase mobile, in funzione dell’affinità di ogni sostanza con la fase stazionaria. La fase stazionaria è generalmente costituita da un liquido non volatile supportato su una polvere che riempie uniformemente una colonna (colonna impaccata), oppure distribuito come film sottile spesso qualche micrometro sulla parete interna di una colonna di lunghezza superiore ai 10 metri e di diametro inferiore al millimetro (colonna capillare). La fase mobile è un gas, detto anche “gas di trasporto” o “gas vettore” o “gas-carrier” (generalmente un gas inerte, come azoto, elio o argon). Il campione, introdotto nella colonna è sottoposto al flusso costante del gas di trasporto, viene separato nelle sue componenti in funzione della loro affinità per la fase stazionaria. Il campione eluito viene raccolto da un rivelatore, che permette di avere il cromatogramma del campione, cioè il grafico costruito sulla base del segnale generato dal rivelatore in funzione del tempo, che si presenta come una sequenza di picchi di varia ampiezza ed altezza distribuiti lungo l’asse del tempo. Dal tempo di ritenzione di ogni picco è possibile dedurre l’identità del composto eluito; dall’area o dall’altezza dei picchi è possibile dedurre invece la concentrazione o la quantità assoluta dei vari composti presenti nel campione, a seconda del rivelatore impiegato. Il rilevatore nel caso della GC-MS è rappresentato da uno spettrometro di massa.
La spettrometria di massa è una tecnica analitica distruttiva in quando la molecola non rimane intatta dopo l’analisi. Viene applicata sia per l’identificazione di sostanze sconosciute sia per l’analisi di sostanze in tracce ed è generalmente usata in combinazione con tecniche separative come la cromatografia. Il gas-cromatografo usato in questo laboratorio è il 6890N Network GC System (Agilent Technologies, USA), dotato di una colonna capillare DB-VRX (lunghezza 30 m, diametro interno 0.25 mm, spessore fase stazionaria 1.40 μm (cat. 122-S003). Il gas carrier è elio (flusso 1.0 ml/min ) ed il rapporto di split è regolato a 1/20 del flusso totale. Il rivelatore è lo spettrometro di massa 5973 Network MASS Selective Detector (Agilent Technologies, USA), interfacciato direttamente alla colonna cromatografica per mezzo di un setto a tenuta stagna in Vespel. La ionizzazione delle molecole avviene per frammentazione ad impatto elettronico (70 eV ) e il selettore di massa è un quadrupolo.
Strumenti per il trattamento di campioni
Strumenti per il campionamento
forno a microonde digestore di campioni mediante raggi ultravioletti bottiglia di campionamento di acqua di mare in profondità campionatore di aerosol atmosferico (PM10) in Antartide
Forno a microonde
Per la digestione di campioni di organismi o per l’estrazione di vari composti organici viene utilizzato un sistema a microonde (MARS 5) della CEM Corp. (Mattehws, NC, USA) provvisto di un carrello dove possono essere inseriti 14 contenitori in teflon PFA (HP-500 Plus, 100 mL) resistenti ad altre pressioni. 
Digestore UV
Per la degradazione fotossidativa dei campioni viene utilizzato un digestore UV della Metrohm (Herisau, Svizzera), mod. 705 provvisto di dodici provette di quarzo da 12 mL e di una lampada a mercurio da 500 W.
Bottiglia GO-FLO
Per il prelievo di campioni di acqua di mare lungo la colonna d’acqua viene utilizzata una bottiglia GO-FLO (General Oceanics, Florida). Questo tipo di bottiglie presenta un meccanismo chiuso-aperto-chiuso, per cui si apre automaticamente per effetto della pressione idrostatica a una profondità di circa 10 m; una volta portata mediante verricello alla profondità di campionamento, viene chiusa mediante messaggero (mod. 1000-MG).
Impattatori ad alto volume per aerosol
Per il prelievo di material particellato atmosferico il gruppo dispone di 2 impattori ad alto volume a controllo volumetrico del flusso e rivestiti internamente ed esternamente in teflon (Tish Modello TE-6070-BL, Tish Enviromental Inc., Village of Cleves, Ohio)
Misura dei principali parametri chimici, fisici e biologici
  bilancia microanalitica sistema di produzione di acqua di laboratorio ulltrapura
sonda multiparametrica per misurare in situ in acqua di mare torbidometro per misura di torbidità
Sonda multiparametrica (CTD)
Per le misure oceanografiche di base viene inpiegata una sonda multiparamentrica CTD Ocean Seven mod. 316 (Idronaut, Brugherio, MI) che consente la determinazione in situ di salinità, temperatura, conduttività, pH, ossigendo disciolto, potenziale redox e clorofilla
Torbidimetro
Il gruppo dispone di un torbidimetro da campo Orbeco-Helige Mod. 966 per la misura della torbidità dei campioni di acqua.
Bilancia microanalitica
Il gruppo dispone di una bilancia microanalitica elettronica computerizzata Mettler AT216 (risoluzione 0.01 mg, ripetibilità DS = 0.015 mg) per pesate di precisione.
Sistema di produzione di acqua ultrapura
L’acqua di laboratorio utilizzata per la preparazione di soluzioni standard, per il lavaggio dei materiali e per gli usi generali del laboratorio, è stata prodotta attraverso un sistema Millipore Midi con trattamento a due stadi, che produce rispettivamente acqua elettrodeionizzata nel primo stadio (Elix) e ultrapura nel secondo (Milli-Q). 

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