Analisi idrocarburi nelle acque C>10

1. Analisi idrocarburi nelle acque
Frazione estraibile C>10 – prima parte
Davide Facciabene
Trainer & Product Specialist GC & GC-MS

2. Definizione chimica
Insieme di composti organici costituiti da atomi di carbonio e idrogeno
Oltre 130 mila suddivisi in due classi
Aromatici Alifatici
Saturi (alcani)
Insaturi (alcheni e alchini)
- lineari (n)
- ramificati (iso)
- ciclici
Monoaromatici (BTEX…)
Nafteno-aromatici
IPA

3. Idrocarburi nelle acque secondo D.Lgs 152/06
DLgs 152/06 – Parte IV – Titolo V – Allegato V - Tab. 1
Espresso come:
Idrocarburi Totali
Limite:
≤ 5 mg/l in acque superficiali
≤ 10 mg/l in acque reflue
…il parametro idrocarburi viene considerato un indicatore
di contaminazione di origine petrolifera…

4. Parametro rappresentativo, la cui determinazione analitica è
strettamente legata al metodo di prova.
La normativa non definisce in modo univoco il parametro
idrocarburi, le metodiche di campionamento e l’analisi
Per questo ed altri motivi nel 2008 l’ISPRA ha istituito un gruppo
di lavoro nazionale formato da APAT-ARPA/APPA, ISS, CNR-IRSA,
ICRAM, CRA per:
1) Definire il parametro idrocarburi
2) Definire i metodi di analisi per le diverse matrici ambientali
Idrocarburi nelle acque secondo D.Lgs 152/06

5. ISPRA - Manuali e linee guida
Manuali e linee guida – 123 / 2015
Procedura di misurazione per la determinazione
degli idrocarburi totali nelle acque
Manuali e linee guida – 75 / 2011
Procedura per l’analisi degli idrocarburi >C12 in
suoli contaminati

6. Idrocarburi totali - frazione estraibile (C>10) e volatile (C<10)
L'analisi degli idrocarburi nelle acque è suddivisa in due parti.
L'analisi della frazione non volatile, che ISPRA definisce come
"frazione estraibile" e che comprende gli idrocarburi con C > 10,
oggetto di questa presentazione...
…ed un secondo metodo di analisi, focalizzato sulla frazione
volatile degli idrocarburi con C < 10, che tratterò nella seconda
parte di questa presentazione

7. Frazione estraibile (C > 10)
Metodo di riferimento: UNI EN ISO 9377-2 / 2002
1) Estrazione Liquido-Liquido con solvente
Solvente con p.e. compreso tra 36-69°C (pentano, esano,
etere di petrolio, diclorometano)
2) Purificazione in SPE
Colonna con Florisil
3) Analisi strumentale
GC-FID con iniettore per liquidi

8. Idrocarburi Totali - Estrazione
Introdurre 900 ml di campione in un contenitore di vetro
Aggiungere 50 ml di soluzione estraente RTW
Agitare con agitatore magnetico per 30 minuti
Separare la fase organica (surnatante) dalla fase acquosa,
ed introdurla nella colonna di purificazione
RTW - Retention Time Window
Soluzione di riferimento in esano contenente 20 ppb n-decano e
20 ppm di n-tetracontano

9. Purificazione
“Rimozione di sostanze polari, IPA e grasso di origine animale
e vegetale”
Florisil su colonna
- 2 g di Florisil
- 2 g di Solfato di Sodio anidro
- non va attivata/lavata con solvente
Se si utilizza il Florisil sfuso, in confezione bulck, questo deve
essere condizionato in stufa per 12h a 150°C per riportarlo allo
stato anidro

10. QC Florisil
Controllo idoneità del Florisilwadswads
1) Recupero % di una soluzione di Steril Stearato
QC PASSED ≤ 5 %
Lo Steril Stearato è un surrogato dei composti da eliminare,
di conseguenza il Florisil deve bloccarlo , invece deve lasciar passare
gli idrocarburi
2) Recupero % soluzione standard madre
QC PASSED ≥ 80 %
In caso contrario, il Florisil va ricondizionato o sostituito

11. Ricostituzione
La soluzione estratta e purificata va portata a piccolo volume
e ricostituita a 1 ml con la soluzione RTW
Rotavapor SpeedVap
Reacti Therm

12. GC-FID
Si utilizza un GC-FID con autocampionatore per iniezione
di liquidi
[ Di seguito verranno illustrate due configurazioni ]
Una standard con colonna da 30 m x 0.25 mm x 0.25 um
come da metodo ufficiale
ed una configurazione fast, con corsa da 6 minuti con
colonna da 15 m x 0.32 mm x 0.15 um
per entrambe le soluzioni la colonna è di tipo 5

13. GC-FID – configurazione standard
Volume di iniezione: 1-2 uL
Iniettore SSL / PTV 300°C – mode splitless con splitless time di 1 min
oppure Cold On Column
Colonna tipo 5 – 30 m x 0,25 mm con film da 0,25 um
Flusso in colonna 1.4 ml/min in He oppure 1.8 ml/min in Idrogeno
Forno
40°C per 5 min
10°C/min >>> 300°C per 20 min
run time di 51 min
FID 300°C – Aria/H2 300/30 ml/min – N2 30 ml/min

14. Cromatogramma con configurazione standard
Soluzione di riferimento

15. Configurazione standard... miglioramenti
Con piccolo modifiche apportate alla programmata
termica del forno, è possible avere dei miglioramenti
in termini di durata dell’analisi
Forno
50°C per 2.5 min
20°C/min >>> 300°C per 15 min
run time di 30 min
Durata della corsa cromatografica ridotto di 20 minuti,
da 50 a 30 min di run time

16. GC-FID – configurazione FAST
Volume di iniezione: 1-2 uL
Iniettore SSL / PTV 300°C – mode Splitless con splitlesstime di 1 min
Colonna tipo 5 – 15 m x 0,32 mm con film da 0,15 um
Flusso in colonna 2.6 ml/min in He oppure 3.2 ml/min in Idrogeno
Forno
40°C per 0.5 min
75°C/min >>> 340°C per 1.5 min
run time di 6 min
FID 300°C – Aria/H2 300/30 ml/min – N2 30 ml/min

17. Cromatogramma con configurazione FAST
Soluzione di riferimento senza C10 e C40

18. Taratura
Regressione lineare su almeno 5 livelli in soluzione di RTW
es. 0.10 - 0.20 – 0.50 – 0.8 - 1.00 – 2.00 mg/l
Standard di riferimento BAM-K010 (DRO + LRO)
- GRO: Gasoline Range Organic (C6-C10)
- DRO: Diesel Range Organic (C10-C28) [comunemente chiamato mix Tipo A]
- LRO: Lubrificant Range Organic (C18-C32) [comunemente chiamato mix Tipo B]
In commercio si trovano sia lo standard unico contenente il mix
Tipo A e il mix Tipo B, che i singoli mix standard separati
Il GRO è la frazione volatile degli idrocarburi, che verrà trattata in un’altra
sessione. LRO viene anche chiamato MRO, Mineral Range Organic

19. Taratura
Esempio di retta di taratura

20. Integrazione secondo metodo ufficiale
L’integrazione dei picchi, viene fatta tirando una linea
parallela all’asse delle X, tra il C10 e il picco C40,
escludendo le loro aree
integrazione parallela all’asse X
1. Decano
2. Tetracontano
S. inizio integrazione
E. fine integrazione

21. Importanza della sottrazione del bianco solvente
Nell’analisi della frazione estraibile degli idrocarburi,
è molto importante eseguire la sottrazione di un
bianco solvente, senza gli standard di C10 e C40
La sottrazione del bianco permette di eliminare da
tutti i cromatogrammi (standard, QC e campioni), la
deriva cromatografica, che renderebbe impossibile o
particolarmente difficile l’integrazione del picchi
compresi tra il C10 ed il C40

22. Importanza della sottrazione del bianco solvente
Normalmente un cromatogramma presenta una deriva della linea di base
dovuto alla rampa termica, senza la sottrazione di un bianco solvente, non è
possibile fare una corretta integrazione come richiesto dal metodo ufficiale,
l’integrazione includerebbe il noise sottostante la deriva della linea di base,
che invece deve essere eliminato

23. QC – CONTROLLO QUALITA’
Ci sono due peculiari controlli qualità
- uno riguarda la risoluzione cromatografica, che
viene verificata con l’analisi di uno standard «FLORIDA»,
una miscela di alcani lineari da C8 a C40
- mentre l’altro QC verifica la costante linearità della
risposta, misurando il rapporo C40/C20 che deve essere
maggiore di 0.80

24. QC – risoluzione cromatografica e rapporto C40/C20
Cromatogramma con picchi perfettamente separati
rapport C40/C20 > di 0.80

25. Problema mancato rapporto C40/C20
Può accadere di non riuscire a rispettare il rapporto
C40/C20 > 0.80, specie con l’utilizzo di inietori SSL e PTV
Si nota una progressive decrescita dell’altezza dei picchi,
causata dall’iniettore, cosa che non accade con l’iniettore OC

26. Problema mancato rapporto C40/C20, soluzioni
1) Iniezione ad ago caldo
impostare almeno 4 secondi di pre-injection time, in questa
maniera l’ago verra scaldato e permetterà un migliore
trasferimento dei principi attivi, in particolare di quelli piu pesanti
2) Iniezione fast
se l’autocampionatore in dotazione lo permette, iniettare il
campione alla massima velocita del pistoncino della siringa,
comunque non inferiore a 5000 mm/s
3) Utilizzo di un iniettore On Column o PTV Simil On Column

27. Calcoli

28. Consigli finali
1) Utilizzare liner splitless senza lana di vetro
2) Dopo l’estrazione liquido-liquido del campione, assicurarsi di
eliminare l’acqua residua dell’estratto organico mediante
filtrazione con Solfato di Sodio anidro, la presenza di acqua può
compromettere l’efficenza del Florisil nella successive fase di
purificazione
3) Evitare l’uso di solventi piu pesanti dell’esano per l’estrazione
liquido-liquido, inquanto il C10 potrebbe uscire sulla coda del
solvente

29. Bibliografia
ISPRA – Manuali e Linee Guida 123/2015 - Procedura di
misurazione per la determinazione degli idrocarburi
totali nelle acque
AN 74086 - Thermo Fisher Scientific – Robust and cost-
effective analysis of TPH in water and soil using GC-FID

30. Grazie per l’attenzione