Il controllo continuo in linea con conseguente rilevazione in situ di inquinanti, dovrebbe essere uno dei metodi più utilizzati per il monitoraggio dell’ambiente terrestre. Questo tipo di tecnica risulta particolarmente importante ed efficace per l’individuazione delle sostanze inquinanti emergenti, a seguito del progresso industriale e dell’evoluzione dei prodotti chimici utilizzati nell’industria manifatturiera.

Al riguardo Microla ha sviluppato, in compartecipazione con il Politecnico di Torino, un sistema di analisi che integra uno o più sensori in grado di monitorare, in remoto ed in tempo reale, la qualità dell’acqua di scarico e l’eventuale presenza di concentrazioni anomale di contaminanti che potrebbero rivelarsi inibenti per i trattamenti depurativi di tipo biologico o che potrebbero attraversare inalterati l’impianto e riversarsi nel corpo recettore.

Nel tempo differenti tecniche come la fluorescenza a raggi X, la spettrofotometria a fluorescenza atomica, la cromatografia, la spettrofotometria a assorbimento atomico etc.. sono state sviluppate per l’individuazione e la determinazione in contemporanea di differenti ioni all’interno di campioni in analisi. Tra tutte queste tecniche la spettrofotometria basata sull’utilizzo di sorgenti ottiche nell’UV-Visibile risulta essere tra le più utilizzate per la sua rapidità sperimentale, semplicità e possibilità di spaziare su diverse applicazioni.

Inoltre la spettrofotometria quantitativa è stata migliorata notevolmente grazie all’introduzione di metodi statistici multivariati come per esempio la “Principal component regression (PCR)” o la “Partial least squares regression (PLS)”. Quest’ultima risulta particolarmente utile per l’individuazione di valori statistici rilevanti in caso di presenza di multi variabili da tenere in considerazione.

Avendo la necessità di dover evidenziare la presenza contemporanea di agenti inquinanti di natura differente, è maturata l’idea di miniaturizzare gli ingombranti sistemi spettrofotometrici da laboratorio, all’interno di un sistema compatto e trasportabile per analisi da effettuare direttamente sul campo. In particolare il sistema sviluppato da Microla prevede allo stato attuale la rilevazione e l’analisi quantitativa di quattro metalli pesanti: Cromo, Zinco, Nichel, Rame.

La spettrofotometria si basa sull’utilizzo di differenti sorgenti laser a differenti lunghezze d’onda. Esse irradiano il campione da analizzare e l’ampiezza del segnale ottico trasmesso viene raccolta da una fibra ottica e, conseguentemente, misurata da un monocromatore. Nel grafico sottostante è possibile analizzare lo spettro di trasmissione nel range UV-Visibile, tipico del cromo, valutato su campioni a differenti concentrazioni. Il cromo è l’unico componente, dei quattro da rilevare, che non richiede un trattamento chimico particolare per la sua rilevazione.

Figura 1 - Spettro di trasmissione del Cromo

Figura 1 – Spettro di trasmissione del Cromo

 

Per la rilevazione degli altri tre metalli ( Zinco, Rame, Nichel ) è necessario utilizzare un complessante chimico particolare, chiamato ZINCON, che reagisce selettivamente con gli ioni metallici presenti nel campione. La struttura del composto risultante costituisce un particolare complesso molto stabile che vede l’atomo centrale metallico essere circondato a tenaglia dal chelante ZINCON. Il processo di “chelazione” modifica l’assorbimento degli ioni a determinate lunghezze d’onda e, grazie a questa variazione, il processo di analisi spettrofotometrico può ora essere messo in atto.

Figura 2 - Schema a blocchi del sistema di misura

Figura 2 – Schema a blocchi del sistema di misura

Nella figura sovrastante è presente uno schema a blocchi del sistema di analisi realizzato.

Si distinguono le riserve del componente chimico ZINCON, la riserva di acqua per il lavaggio delle camere di test, il sistema idraulico, le elettrovalvole e i vari componenti ottici atti alla misura dell’analita. Tra questi il Lab-On-Chip per l’analisi fluidica, opportunamente progettato in collaborazione con il Chilab – Laboratorio del Politecnico di Torino. E’ anche presente una siringa meccanizzata per il dosaggio e la miscelazione del campione con il reagente chimico al fine di ottenere un composto chimico analizzabile tramite spettrofotometria.

Per valutare l’affidabilità e ripetibilità del sistema di misura (elementi indispensabili ai fini della validazione del processo) sono stati effettuati test di misura ripetuti su vari campioni con concentrazioni di zinco, nichel e rame differenti. E’ possibile valutare nelle immagini sottostanti la buona riproducibilità del sistema di misura testata prima su campioni contenenti una sola tipologia di metallo da rilevare e successivamente su campioni contenenti più metalli contemporaneamente con concentrazioni variabili.

Figura 3 - Test di ripetibilità per Zinco, Nichel, Rame

Figura 3 – Test di ripetibilità per Zinco, Nichel, Rame

Essendo la misura basata su un metodo statistico è corretto considerarla una predizione. Nella tabella sottostante è possibile apprezzare come le predizioni delle concentrazioni dei vari metalli pesanti nei campioni sintetici sia effettivamente corretta e molto simile alle concentrazioni reali e note.

tabella

 

Sono stati già realizzati due prototipi correttamente funzionanti di cui:

  • Il primo, in collaborazione con Eni, per l’analisi dell’acqua marina in prossimità delle piattaforme offshore. Un AUV ( Autonomous Underwater Veichle ) è stato equipaggiato con il sistema prodotto da Microla per la rilevazione di metalli pesanti.

  • Il secondo, in collaborazione con SMAT, per l’analisi da effettuare nei punti acqua dislocati nella provincia di Torino e di cui si riporta illustrazione nel seguito.

figura4

Inoltre il vantaggio del sistema prodotto da Microla risiede nella completa autonomia, limitata esclusivamente dall’uso della batteria interna in quanto per ogni misura viene utilizzata unicamente un’esigua quantità di agente complessante. Attraverso un modulo GSM installato a bordo è previsto inoltre un sistema di comunicazione basato sull’invio di SMS per l’inoltro di informazioni quali stato della batteria, malfunzionamenti e messaggi di allarme nel caso in cui le concentrazioni di metalli misurate superino un determinato valore di soglia definito dalla legge. In futuro sarà reso possibile un sistema di prelievo e conservazione di campioni con valori di inquinanti sopra-soglia, al fine di poter effettuare un ulteriore controllo e misura nei laboratori specializzati.

Contatti

Microla Optoelectronics Srl

Loc. Baraggino – 10034 Chivasso (TO)

Giorgio Damosso (CEO)

Giorgio.damosso@micro-la.com

Tel. 011 9103740