Numerose sostanze pericolose filtrano dalle discariche nel suolo e nelle acque sotterranee, minacciando la salute umana e l'ambiente. Però, gli attuali metodi per monitorare queste sostanze sono ingombranti e possono creare ulteriori sostanze chimiche pericolose.

Un metodo noto come spettroscopia di rottura indotta da laser (LIBS) offre un metodo più pulito, approccio più rapido e semplice rispetto alle tecnologie esistenti per il rilevamento dei contaminanti nei fluidi provenienti dalle discariche, conosciuti come percolati. Nella rivista The Optical Society Ottica applicata , un team di ricercatori che lavorano nell'azienda brasiliana Embrapa Instrumentation riporta perfezionamenti alla tecnologia LIBS e conferma che LIBS può essere utilizzato per rilevare il mercurio nei percolati.

"LIBS è una tecnica ecologicamente pulita, priva di residui chimici, rispetto alle tecniche di riferimento standard attualmente utilizzate per lo stesso tipo di analisi, " ha detto Carlos Menegatti, Università di San Paolo, Brasile, e il primo autore dell'articolo. "Inoltre, LIBS è una tecnica molto più veloce e non richiede la preparazione preliminare dei campioni."

Analisi dei percolati di discarica

Mentre l'acqua piovana scorre attraverso una discarica, raccoglie vari tipi di contaminanti disciolti e sospesi. I gestori delle discariche devono raccogliere e trattare questo fluido prima che possa trasportare l'inquinamento nel terreno circostante. Per sapere quali metodi di trattamento impiegare, i gestori si affidano a test che rilevano gli specifici contaminanti presenti, che deve essere ridotto al di sotto delle soglie di concentrazione legali.

Il mercurio è uno dei contaminanti più pericolosi presenti nel percolato di discarica. Danneggia la fauna selvatica ed è stato associato a problemi neurologici e di sviluppo negli esseri umani. La maggior parte degli standard ambientali richiede che il mercurio venga ridotto al di sotto di 0,5 parti per milione (ppm); si trova spesso nei percolati di pretrattamento a concentrazioni da 0,05 a 160 ppm.

Le tecniche attuali per rilevare il mercurio e altri contaminanti metallici nei percolati includono la spettroscopia di assorbimento atomico, fluorescenza a raggi X, spettroscopia di emissione atomica al plasma accoppiato induttivamente e spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente. Sebbene queste tecniche siano molto precise, richiedono una laboriosa preparazione dei campioni, rendendo impossibile acquisire i risultati dei test in tempo reale. Alcune di queste tecniche generano anche rifiuti chimici.

Il nuovo studio è il primo ad applicare il LIBS alla rilevazione del mercurio nel percolato di discarica. In LIBS, un campione viene mirato con un intenso impulso laser, che genera un plasma molto caldo. La luce emessa da questo plasma viene quindi catturata e misurata da uno spettrometro, che può essere calibrato per rilevare le firme chimiche di contaminanti specifici.

Perfezionamento della configurazione LIBS

Il LIBS convenzionale non è abbastanza sensibile da rilevare il mercurio ai livelli di concentrazione rilevanti per il percolato di discarica. Per superare questo limite, i ricercatori hanno utilizzato una configurazione a doppio impulso in cui una serie di due impulsi laser mira al campione, generando un plasma ancora più intenso. Ciò aumenta la quantità di luce emessa dal plasma, che migliora la sensibilità di rilevamento.

"Questa è stata la prima volta che il doppio impulso LIBS è stato applicato per misurare il mercurio in un campione solido, " ha detto Menegatti. "È ben stabilito in letteratura che il doppio impulso LIBS ha una maggiore sensibilità rispetto al singolo impulso LIBS, quindi abbiamo raggiunto limiti di rilevamento migliori nei campioni solidi rispetto al lavoro precedente".

L'approccio a doppio impulso ha anche permesso di utilizzare una diversa linea di emissione (la regione dello spettro di emissione utilizzata dagli scienziati per identificare una specifica sostanza chimica di interesse) per rilevare il mercurio. La linea di emissione vicino a 253 nanometri (nm) viene spesso utilizzata per rilevare il mercurio, ma quando è presente anche il ferro, la linea di emissione del ferro può causare interferenze a 253 nm, richiedendo un'analisi dei dati più complessa per separare l'impronta digitale del mercurio da quella del ferro. Utilizzando il laser a doppio impulso è possibile osservare una diversa linea di emissione di mercurio vicino a 194 nm, evitando così interferenze con la linea di emissione del ferro.

Il team ha testato sperimentalmente il loro sistema utilizzando percolato che era stato corretto con mercurio. La più bassa concentrazione di mercurio rilevabile nei loro test era di 76 ppm. I ricercatori hanno affermato che ulteriori perfezionamenti dovrebbero consentire il rilevamento di livelli più bassi di mercurio, alla fine a 5 ppm o meno, affinché il sistema sia utile a garantire il rispetto delle norme di legge. Negli esperimenti di convalida, il sistema ha mostrato un errore medio di circa il 20 percento, che secondo i ricercatori dovrebbe essere soddisfacente per quantificare il mercurio nel percolato di discarica.

Prossimi passi

I ricercatori intendono perfezionare ulteriormente la strumentazione LIBS per migliorare la capacità di rilevare il mercurio a concentrazioni più basse e quantificare in modo più accurato la quantità di mercurio presente. Inoltre, sebbene il mercurio fosse al centro di questa dimostrazione di prova del concetto, il sistema potrebbe essere calibrato per misurare le firme chimiche di contaminanti diversi dal mercurio.

"Questo concetto può essere applicato ad altri elementi chimici, " ha detto Menegatti. "A seconda del tipo di campione, puoi scegliere righe più appropriate per evitare interferenze nello spettro causate dalle righe di emissione di altri elementi."