Uno studio Infn-Arpat sulla caratterizzazione del particolato di Montelupo

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Gli obiettivi dello studio sono: determinare la concentrazione e la composizione del Pm10, raccogliendo campioni per un periodo sufficientemente lungo; determinare per un certo periodo la concentrazione in massa e la composizione elementale anche delle frazioni Pm1 e Pm2.5 dell’aerosol; identificare le principali sorgenti del particolato e il loro impatto

Il Dipartimento di Fisica della Università di Firenze (Sezione di Firenze dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), in collaborazione con Daniele Grechi , Antongiulio Barbaro, e Franco Giovannini del Dipartimento ArpaT di Firenze, ha effettuato uno studio sulla caratterizzazione del Pm10 campionato nella stazione di monitoraggio della qualità dell’aria situata a Montelupo Fiorentino in località Pratelle.

Obiettivi dello studio sono:

– determinare la concentrazione e la composizione del Pm10, raccogliendo campioni per un periodo sufficientemente lungo;
– determinare per un certo periodo la concentrazione in massa e la composizione elementale anche delle frazioni Pm1 e Pm2.5 dell’aerosol;
– identificare le principali sorgenti del particolato e il loro impatto.

I dati storici della centralina di monitoraggio, facente parte della Rete provinciale di qualità dell’aria, mostrano che frequentemente si ha il superamento della soglia di 50 µ g/m3 di Pm10. La zona è caratterizzata dalla presenza di attività industriali e il sito di ubicazione del punto di campionamento è poco influenzato dalle emissioni dirette del traffico. La campagna di raccolta del particolato è iniziata nel settembre del 2002 e si è conclusa a fine giugno 2003. Globalmente è stato raccolto il Pm10 per circa 200 giorni, il Pm2.5 e Pm1 per circa 30 giorni. La composizione elementare completa del particolato atmosferico raccolto è stata determinata utilizzando l’acceleratore Kn3000 dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Firenze, tramite tecniche di analisi con fasci ionici (Ion Beam Analysis). Si tratta di metodi utilizzati per l’analisi composizionale dei materiali e fondati su un approccio diverso rispetto alle tradizionali tecniche chimiche o chimico-fisiche. Come indicato dal nome, queste tecniche consentono di determinare la composizione di un qualunque materiale sfruttando l’emissione di radiazioni X e gamma e/o di particelle cariche prodotte dal materiale stesso quando viene usato come «bersaglio» per un fascio di ioni accelerati. La rivelazione e l’analisi in energia delle radiazioni emesse sotto fascio (effettuate con le tecniche e le strumentazioni tipiche degli esperimenti di Fisica Nucleare) consentono di conoscere quali atomi o isotopi sono presenti nel bersaglio e di determinarne la quantità. L’analisi è pressoché completa, quantitativa, sensibile fino agli elementi presenti in traccia, rapida e non arreca alcun «danno» al bersaglio. Infine, la possibilità di rendere estremamente piccole le dimensioni del fascio di ioni consente di effettuare una vera e propria microanalisi selettiva di una zona del materiale.
L’osservazione degli andamenti e le regressioni fra coppie di essi possono quindi dare un’indicazione sulle sorgenti del particolato, anche se risultano insufficienti per un’interpretazione complessiva e sintetica dei dati. Per questo si è ricorso all’utilizzo di tecniche statistiche di analisi multivariata, il cui obiettivo principale è quello di rappresentare il contenuto informativo di p variabili (nel nostro caso le concentrazioni elementali) mediante k nuove variabili, con k minore di p. Le nuove k variabili «sintetiche» si chiamano fattori e sono combinazioni lineari delle variabili originali, costruite in modo da essere fra loro scorrelate e quindi adatte per rappresentare sorgenti indipendenti del particolato. Ciascuno dei fattori individuati contiene gli elementi con un certo «peso» che ne rappresenta il grado di correlazione a quel fattore e gli elementi con un peso elevato in uno stesso fattore risultano fortemente correlati tra loro. Dal tipo di elementi con peso elevato in un fattore è quindi possibile associare quest’ultimo ad una specifica sorgente di particolato, in base a quanto noto in letteratura sulla composizione dell’aerosol derivante dalle varie sorgenti e in base alla conoscenza della realtà locale. Ad esempio la sorgente associata alla polvere trasportata o sollevata dal vento, proveniente principalmente dall’erosione del suolo, ha come principali elementi traccianti Al, Si, Ca, Ti, Fe e Sr; la sorgente traffico veicolare, se si utilizza benzina Super, aveva come elementi traccianti caratteristici Pb e Br; la sorgente legata alla combustione di oli combustibili (principalmente per uso industriale) ha come principali elementi traccianti Ni, V, e soprattutto S; la sorgente aerosol marino trasportato dal vento ha come elementi traccianti Na e Cl; infine ciascuna attività industriale può essere caratterizzata dalla presenza di elementi specifici.

(Fonte Arpa Toscana)