Un metodo innovativo, alternativo a quelli ufficiali, per monitorare alcuni inquinanti atmosferici

Un metodo innovativo, alternativo a quelli ufficiali, per monitorare alcuni inquinanti atmosferici

Una ricerca condotta da studenti del corso Biotecnologie nei laboratori dell’IIS “Galilei” di Jesi è stata selezionata per il Concorso dell’Unione europea “I giovani e le scienze 2014”.

giovani scienze 2014

Ogni anno la Federazione delle Associazioni Scientifiche e Tecniche (FAST) di Milano promuove e organizza “I giovani e le scienze”, selezione per il Concorso dell’Unione europea dei giovani scienziati e per i più prestigiosi eventi internazionali degli studenti più meritevoli.
Sono pochi gli eventi rivolti alle ragazze e ai ragazzi delle scuole superiori di 2° grado che possono vantare il traguardo delle 26 edizioni e, ancora meno, sono quelli che coinvolgono tutti i campi della scienza e concetti importanti come innovazione, tecnologia, applicazioni, ambiente, cultura, ma anche gioventù, Europa, internazionalizzazione, democrazia, condivisione, amicizia, ecc.
Anche gli obiettivi sono di ampio respiro: avvicinare i giovani alla scienza e alla ricerca; individuare e incoraggiare gli studenti migliori e più promettenti; promuovere lo spirito di innovazione e di collaborazione in Italia e nel contesto comunitario; stimolare la partecipazione ai più prestigiosi appuntamenti nel mondo.
Per l’edizione 2014, è stata selezionata, tra le altre, una Ricerca condotta da 3 studenti dell’I.I.S. “Galilei” di Jesi (AN) dal titolo “Metodo innovativo per monitorare gli ossidi di azoto (NOx), il solfuro di idrogeno (H2S) e i tioli gassosi mediante DPPH (2,2-difenil-1-picrilidrazile)”; del quale è stata fatta menzione nell’articolo dedicato all’iniziativa, pubblicato sul quotidiano “La Repubblica”.

In più occasioni ci siamo interessati degli inquinanti atmosferici, quali precursori di molteplici patologie a carico dell’apparato respiratorio e dell’insorgenza di alcuni tipi di tumore, ma non abbiamo mai ospitato i risultati di una sperimentazione condotta in laboratorio.
Stante la giovane età dei ricercatori e la passione con la quale la ricerca stessa è stata condotta, abbiamo ritenuto di dedicare uno spazio della sottocategoria “Innovazione e Ricerca” del nostro portale al lavoro che Francesca Damadei, Goran Giudetti e Leonardo Nunzi, della classe V Biotecnologie Ambientali, hanno compiuto con la guida degli insegnanti di Analisi Chimica Strumentale, Prof.ri Edgardo Catalani e Milva Antonelli, per una più ampia diffusione e con l’auspicio che tali risultati possano interessare le imprese del settore che ci seguono.

Lo scopo della ricerca è stata la costruzione di un metodo, alternativo a quelli ufficiali, per monitorare separatamente, il contenuto dei gas inquinanti: ossidi di azoto (NOx), solfuro di idrogeno (H2S) e tioli gassosi (RSH) in ambienti aperti e/o circoscritti.
Il principio del metodo si basa sull’uso della molecola-radicale dpph (2,2–difenil–1–picrilidrazile)
I radicali, in generale, reagiscono con altre molecole–radicale, quindi il dpph reagisce con gli ossidi di azoto (NO, NO2) perché questi sono molecole con un elettrone spaiato; sono cioè dei radicali. I radicali reagiscono anche con i tioli R–SH e con H2S da cui estraggono facilmente l’atomo di idrogeno, per cui il dpph reagirà anche con queste molecole.
Il dpph è intensamente colorato di viola e, quando reagisce, forma una molecola di colore giallo più o meno intenso.
In altre parole il radicale stabile dpph, agisce come trappola sia per i radicali liberi che per H2S ed RSH. Una soluzione in etanolo anidro del dpph (colore blu–viola) possiede una intensa banda di assorbimento con un massimo alla lunghezza d’onda di 516 nm e, quindi, è possibile impiegare un metodo di indagine spettrofotometrico UV-Visibile. Un volume noto di una soluzione in etanolo di dpph, di opportuna concentrazione, è distribuita in un apparato costituito da tre tubi di “gorgogliamento”, attraverso il quale si fa passare il gas contenente gli inquinanti citati. Il flusso gassoso si interrompe quando la soluzione di dpph, in uno dei tre tubi, diventa rosso-viola. La soluzione complessiva dopo gorgogliamento, è diluita con etanolo e sottoposta alla registrazione dello spettro tra 800 e 400 nm. Si registra, nella stessa regione, anche lo spettro di una soluzione di riferimento di dpph; i due poi sono messi a confronto. Aria atmosferica prelevata dall’ambiente esterno è stata usata per costruire il metodo per monitorare gli ossidi di azoto. Aria atmosferica modificata con l’aggiunta di solfuro di idrogeno, preparato al momento, è stata usata per costruire il metodo per monitorare il solfuro di idrogeno ed i tioli gassosi.
La concentrazione di dpph iniziale e residua dopo le reazioni con gli inquinanti, è misurata per mezzo della legge di Beer-Lambert e la corrispondente retta di calibrazione. Per ottenere il valore vero della Assorbanza delle soluzioni la linea di base degli spettri che non è orizzontale ma piuttosto obliqua, è stata corretta con il metodo della derivata seconda.

reazione ossidi azoto

Poiché nell’ambiente atmosferico la quantità di H2S è trascurabile, questi non interferisce nella misura del livello degli NOx. Al contrario, gli ossidi di azoto presenti in quantità significativa nell’aria, interferiscono con la determinazione del solfuro di idrogeno e, pertanto, è stata necessaria una correzione per eliminare questa interferenza.
I risultati ottenuti indicano quantità variabili, ma tutte molto basse (da un minimo di 52 ppb ad un massimo di 162 ppb) della concentrazione degli NOx nell’atmosfera, a livello del suolo, misurate in differenti giorni e in condizioni ambientali diverse. Ciò è coerente poiché il contenuto degli NOx nell’aria dipende molto dalle condizioni atmosferiche.
Anche le concentrazioni del solfuro di idrogeno sono risultate consistenti (da un minimo di 676 ppb ad un massimo di 999 ppb) perché il metodo di indagine è costruito preparando H2S al momento e, quindi, la quantità di questa sostanza è molto variabile.
Una interessante applicazione di questo metodo è la misura della quantità di tiolo aggiunto al gas naturale metano per renderlo avvertibile alle persone in quanto i tioli hanno un cattivo odore. Il livello misurato è di 5 ppm.
In conclusione, il metodo può essere applicato per monitorare gli ossidi di azoto sia in ambienti urbani ad alto livello di inquinamento che in ambienti meno inquinati, visto che il metodo è potenzialmente in grado di rivelare bassi tenori di NOx. Inoltre può essere applicato per monitorare il livello di H2S presente in alcuni ambienti (acque sulfuree, grotte, cisterne, …).
Essendo un metodo innovativo, andrebbe validato con ulteriori approfondimenti sperimentali e con prove applicative ad ambienti variamente inquinati, confrontandone i risultati con quelli ottenuti, parallelamente, con i metodi ufficiali.

“Tale lavoro, dopo attenta selezione, è stato presentato in un prestigioso concorso nazionale/internazionale che ci ha portato a Milano dal 2 al 5 maggio 2014 - hanno dichiarato gli studenti - In questa occasione ci siamo potuti confrontare con studenti provenienti da tutta Italia, mass media nazionali ed internazionali, ma soprattutto con esponenti di varie associazioni scientifiche , quali CERN , CNR , IFOM , AICA , CCR, EHA, ecc. e anche di prestigiose Università come il Politecnico di Milano e Milano Bicocca, Università di Chicago (USA), Umeå (Svezia), Aquisgrana (Germania), ecc. Questa è stata un’occasione che ha permesso di costruire e potenziare la nostra “mentalità scientifica” che si è potuta liberare dal nozionismo tradizionale, trovando applicazioni originali e creative. Per la prima volta, ci siamo sentiti veramente parte integrante della scienza in quanto abbiamo potuto offrire il nostro piccolo contributo per il miglioramento dell’intera collettività, vista la notevole importanza della problematica dell’inquinamento ambientale. Inoltre, aver avuto la possibilità di frequentare assiduamente un laboratorio di analisi strumentale, così ben fornito come il nostro, unitamente all’applicazione di un rigoroso metodo scientifico, hanno arricchito le nostre capacità trasversali: autonomia e senso di responsabilità, nel voler portare a termine un impegno a lungo termine; comunicazione e relazione, sia nella propria lingua che in inglese; pianificazione ed organizzazione; criticità di giudizio nel prendere decisioni. In conclusione possiamo affermare che questa esperienza è stata solo l’inizio di un percorso nell’ambito scientifico che sentiamo di voler continuare, al di là degli ostacoli che la società odierna pone ai giovani, con grinta e passione”.

giovani e le scienze istituto galilei

Gli alunni dell’IIS “Galilei” di Jesi che hanno condotto la sperimentazione assieme agli insegnanti che li hanno guidati nell’esperienza.

Anche il Dirigente Scolastico dell’IIS “Galilei” di Jesi, Ing. Floriano Tittarelli ha espresso la sua soddisfazione per l’importante risultato raggiunto, che conferma la professionalità e l’impegno verso le attività di ricerca scientifica che, in questi ultimi anni, hanno permesso all’Istituto di avere riconoscimenti a carattere nazionale ed internazionale.

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