Dr. Roberto Farina -
ENEA - Bologna membro commissioni UNICHIM
La fase di campionamento è di
estrema importanza al fine del risultato analitico, ed il suo peso è ben superiore a
quello che normalmente gli viene attribuito.
La bibliografia è sufficientemente ricca, soprattutto quella di questi ultimi anni, di
prove di tipo comparativo, dove la fase del campionamento è l’unica variabile del
processo analitico e nonostante questo i risultati presentano una grande variabilità,
spiegabile solo con la poca cura dell'operazione di prelievo del campione, in altre parole
la qualità di questa fase del processo analitico è normalmente estremamente bassa.
Pur ben sapendo questo, spesso i laboratori continuano a dare poca importanza a questa
fase. A loro parziale discolpa c'è da osservare che il campionamento potrebbe rilevarsi,
in certi casi, la fase più costosa dell’analisi. Questi costi sono legati al fatto
che ogni campionamento richiede uno studio specifico caso per caso, al fine di progettare
un corretto piano di campionamento, la disponibilità di un’attrezzatura particolare,
il cui acquisto non sempre trova lo spazio per un’adeguata remunerazione
nell’ambito dell’economia del laboratorio, e l’impegno di personale che per
lunghi periodi di tempo resta “improduttivo”.
Inoltre il personale che dovrà eseguire il campionamento, anche se non specializzato,
dovrà essere adeguatamente preparato, e conoscere la strumentazione messa a disposizione
in modo da far fronte alle problematiche impreviste che si possono presentare in campo.
Tutto questo fa si che i costi di questa fase possano levitare in maniera considerevole,
andando poi ad aggiungersi ai costi della fase di misura vera e propria.
Per questo motivo, spesso, i laboratori preferiscono non interessarsi a questa fase.
Anche il diffondersi delle procedure per il controllo di qualità non ha influenzato molto
questa tendenza in quanto, anche a causa della necessità di stabilire procedure standard
che bisogna mettere in atto, e della crescita di documentazione che i sistemi di
certificazione di qualità richiedono, queste sono attuate solo dalla fase di accettazione
del campione al laboratorio.
Questo tipo di comportamento lascia alla catena analitica una variabilità che oramai non
è più ammissibile.
Fortunatamente però si sta sempre più prendendo coscienza di questa situazione, e anche
il campionamento tende ad essere inserito in un servizio analitico che si potrebbe
definire totale, che parte dal momento del prelievo per arrivare fino alla consegna del
risultato finale.
Chi ha maggiori difficoltà ad accettare un’operatività di questo tipo sono quei
laboratori che per loro natura non effettuano analisi di routine, ma si trovano ad operare
continuamente in situazioni nuove, dove le procedure e i piani di campionamento debbono
essere continuamente rivisti.
Un parziale aiuto, nel settore delle acque, alla soluzione dei problemi di campionamento
è dato dal sempre maggiore diffondersi di campionatori automatici, i quali riescono a
svolgere un lavoro che altrimenti sarebbe improponibile. D’altra parte bisogna tenere
sempre presente che, anche se negli ultimi anni, grazie allo sviluppo
dell’elettronica e delle tecnologie di miniaturizzazione, i campionatori automatici
sono diventati degli strumenti analitici a tutti gli effetti, in quanto sono in grado non
solo di raccogliere i campioni in maniera “intelligente” secondo logiche
preimpostate dall’utente e legate anche ad eventi casuali, ma sono in grado,
opportunamente accessoriati di effettuare alcune semplici misure. D’altra parte non
è pensabile poterli utilizzare in tutte le situazioni e per tutti gli analiti; quindi
ognuno dovrà conoscere la propria macchina, il sito in cui andrà ad operare e le analisi
che dovrà effettuare sui campioni raccolti, al fine di minimizzare gli errori; in altre
parole dovrà sviluppare un piano di campionamento adeguato al fine che si propone.
A questa situazione si va poi a
sovrapporre un mercato dei campionatori automatici che presenta soluzioni tecnologiche che
partono da presupposti diversi non sempre finalizzati all'ottenimento di un campione
rappresentativo, ma spesso più interessato ad ottiche di economicità di gestione, e
manutenzione.
Le norme attualmente in essere, che in questa nota sono intese non solo come quell'insieme
di regole emesse dagli enti normatori in senso stretto (UNI, ISO, ecc.), ma anche leggi,
regolamenti, indicazioni, imposizioni che da qualche anno stanno proliferando nel
territorio nazionale, non danno indicazioni particolarmente utili ai fini pratici nella
scelta di un campionatore automatico.
Fino ad oggi il campionamento automatico è sempre stato trattato in letteratura come una
parte poco importante della fase di campionamento, tant'è che le due pubblicazioni
italiane più autorevoli, il "Manuale per il campionamento delle acque di
scarico" Unichim (attualmente in revisione), e il quaderno 100 "Metodi analitici
delle acque" IRSA-CNR dedicano a questa tecnica di campionamento solo poche righe
limitandosi in pratica a ricordare che esiste, ma non dando alcuna informazione utile sia
alla scelta del campionatore che alla procedura di campionamento.
La situazione non è molto diversa se andiamo a vedere la situazione in campo
internazionale.
L' ISO (International Organization
for Standadization) ha prodotto la norma ISO 5667 (attualmente anch’essa in revisione
in alcune parti) Water Sampling che tratta i vari aspetti del processo di campionamento
per le acque, ma che solo nel paragrafo 4.2.2 della parte 10, tratta di quali debbono
essere le caratteristiche essenziali di un campionatore automatico per le acque di
scarico.
Anche l'EPA (Environmental Protection Agency) più volte si è interessata del problema
del campionamento automatico delle acque effettuando prove di tipo comparativo tra vari
tipi di campionatori presenti sul mercato americano; la più recente pubblicazione è del
1996 (Environmental Investigations Standard Operating Procedures and Quality
AssuranceManual), dove nella sezione 9 vengono date indicazioni, per altro leggermente
diverse da quelle delle norme ISO, rispetto alle caratteristiche del campionatore
automatico e in appendice vengono indicate una serie di procedure per garantire la
qualità del campionamento.
Nel 2000 anche l'ASTM (American Society Testing and Materials) ha prodotto una guida per
il campionamento delle acque di scarico con campionatori automatici dove però molto
spesso sono citate le pubblicazioni EPA e alle quali si rimanda per approfondimenti.
In Italia la legge 319/76 stabiliva che i controlli sugli scarichi di acque reflue urbane
o industriali fosse effettuato mediante campionamenti medi per un tempo minimo di tre ore
per gli scarichi di tabella C e con campionamenti istantanei o medi su tempi variabili per
gli scarichi di tabella A.
Con la promulgazione del decreto legislativo n. 152/99 e sue succesive correzioni e
intergrazioni. l'interesse per i campionatori automatici è notevolmente aumentato
In questo decreto non si fa menzione all'utilizzo di campionatori automatici, però
l'allegato 5 stabilisce che, per il controllo della conformità dei limiti di scarico per
gli impianti di trattamento di acque reflue urbane in corpi d'acqua superficiali o sul
suolo debbano essere fatti dei campioni medi ponderati nell'arco delle 24 ore. Lo stesso
decreto stabilisce inoltre, per la stessa categoria di scarichi, un controllo a monte
dell'impianto al fine di poter calcolare gli abbattimenti dello stesso.
Per gli scarichi di acque reflue industriali lo stesso decreto stabilisce che il
campionamento dello scarico debba essere effettuato come campione medio nell'arco delle
tre ore, lasciando però all'autorità preposta al controllo la possibilità di campionare
anche su tempi diversi, più lunghi o più brevi, motivandone in verbale il perché.
Queste indicazioni hanno, di fatto, spinto i gestori di impianti di trattamento acque e le
autorità preposte al controllo a dotarsi di campionatori automatici adatti allo scopo.
Ma quali sono i campionatori adatti a questo scopo? E quali sono le metodiche da adottarsi
per il campionamento.
Nel caso di un campionamento di acque reflue urbane la legge richiede il controllo di
pochi parametri e cioè BOD, COD, solidi totali azoto totale, fosforo totale, e solo nel
caso in cui siano presenti anche reflui industriali dovranno essere controllati anche
tutti gli altri parametri presenti in tabella 3 dell'allegato 5, o della tabella 4 nel
caso di scarichi sul suolo.
Un parametro che anch’esso non viene menzionato, ma che deve essere rilevato per
rispettare i dettami di legge è la portata dello scarico, in quanto solo così si può
effettuare il campione medio ponderato.
Il campione medio ponderato può essere raccolto secondo due di principi. Con il primo si
raccoglie un'aliquota costante di campione dopo il passaggio di una quantità nota di
effluente. In questo caso il campione ha sempre un volume costante però potrebbe essere
difficile determinare il numero di campioni nel caso di scarichi che presentano portate
molto variabili (piccoli centri urbani, giornate piovose con fogne non separate). Nel
secondo caso il campione viene raccolto a tempi prestabiliti (ad esempio ogni ora), allo
scadere del tempo viene effettuato un campione con un volume variabile in funzione della
quantità di effluente passato durante l'unità di tempo. Questo tipo di campionamento
può essere efficace nel caso in cui si facciano dei campioni compositi direttamente in
campo, però ha l'inconveniente di rendere di difficile valutazione il volume di campione
che si andrà a raccogliere.
Una terza possibilità è quella di effettuare il campionamento solo in base al tempo,
raccogliendo volumi costanti di campione ed acquisendo separatamente l’andamento
della portata. In laboratorio, successivamente, si potrà procedere generando un campione
medio composito ponderato, mescolando le diverse aliquote raccolte in funzione del peso
che aveva la portata in quel momento: In questo modo si ha un campione medio ponderato e
analizzando un solo campione si ottiene il valore medio del periodo. Un'ultima
possibilità, che comporta il massimo onere di lavoro, consiste nell'effettuare le analisi
di tutti i campioni raccolti e successivamente, al tavolino, si calcolano le medie
ponderate.
Non si può stabilire, a priori, quale sia il metodo di lavoro migliore in quanto ognuno
di questi presenta vantaggi e svantaggio dal punto di vista analitico ed operativo.
Va in ogni caso tenuto conto che i campioni raccolti devono avere un volume minimo di
almeno 100 ml, che permette di garantire un errore accettabile (minore del 5%) nel volume
di campione raccolto, e comunque la quantità di campione raccolto deve permettere di
effettuare tutte le analisi richieste
Va osservato che in letteratura vengono proposti anche altri metodi di campionamento
proporzionale i quali pero non sono in grado di garantire una sufficiente
rappresentatività di tutti i campioni nell'arco della giornata.
Nel caso di campionamenti di acque reflue industriali invece il decreto stabilisce solo
che il campione deve essere medio. Questo significa che non è necessario il controllo
della portata anche se è da ritenersi in ogni caso auspicabile. Inoltre il periodo di
campionamento indicato dalla legge è sufficientemente breve per permettere anche un
campionamento di tipo manuale.
Bisogna tener presente però che questi scarichi debbono rispettare dei limiti di
concentrazione delle sostanze inquinanti indicati dalla tabella 3 dell'allegato 5 del
decreto e pertanto potrebbe rendersi necessario in taluni casi l'effettuazione di campioni
istantanei. In questo caso nuovamente può tornare utile al fine del controllo l'utilizzo
di un campionatore automatico in quanto, soprattutto quando lo scarico inquinante può
essere associato a variazioni di tipo fisico misurabili (temperatura, pH, ORP) il
campionatore, opportunamente attrezzato, può mettersi in funzione al verificarsi
dell'evento prestabilito facilitando così il compito di prelievo di campioni legati ad
eventi occasionali.
Da quanto su esposto ne deriva che l'utilizzo di campionatori automatici è estremamente
utile nella fase di controllo e di autocontrollo degli scarichi delle acque. Perché il
campionamento possa avvenire in maniera corretta bisogna tenere presente che debbono
essere rispettate delle caratteristiche essenziali del campionatore e della procedura di
campionamento.
In particolare bisogna tenere presente che tutta la fase di campionamento e conservazione
del campione deve avvenire in modo che gli analiti ricercati non subiscano variazioni di
concentrazione rispetto alla corrente di refluo che si sta campionando. Questo lo si
ottiene utilizzando materiali compatibili con gli analiti stessi, evitando che la fase di
prelievo determini una filtrazione o sedimentazione dei composti ricercati, e quindi i
diametri di tutta la linea di prelievo e le velocità di aspirazione dovranno essere
adeguati, a questo proposito la norma ISO 5776 indica in 9 mm il diametro e in 0.5 m s-1,
mentre l'EPA dà parametri leggermente diversi. I recipienti di raccolta dovranno essere
anche loro di materiale compatibile con l'analita ricercato, e quando necessario contenere
una soluzione conservante secondo quanto indicato dalle procedure analitiche in essere nel
laboratorio.
La conservazione a bassa temperatura è sicuramente un altro fattore che favorisce la
conservazione degli analiti bisogna tenere presente però che in certe situazioni
particolari la temperatura potrebbe scendere ben al disotto dello zero favorendo la
congelazione dei campioni raccolti. Questo non è un vantaggio in quanto il congelamento
comporta variazioni nello stato fisico di alcune sostanze presenti nel campione e quindi
ne varia il risultato analitico. Pertanto bisogna tener presente, nel caso in cui ci si
trovi in questa situazione che è bene pensare a campionatori termostatati piuttosto che
solamente refrigerati.
Questa pratica è sicuramente facilmente praticabile in installazioni di tipo fisso, dove
la disponibilità di energia elettrica non è un fattore limitante. Sicuramente invece
presenta qualche problema la conservazione, anche per tempi relativamente brevi (24-48
ore), dei campioni in campionatori portatili. Per loro natura questi campionatori debbono
essere piccoli e leggeri, quasi sempre la loro collocazione avviene in punti dove
l'accesso alla rete elettrica è impossibile o difficoltoso. In questi casi, per brevi
periodi di tempo, l'utilizzo di ghiaccio, eventualmente addizionato di sale, all'interno
del campionatore può surrogare alla mancanza di un sistema di refrigerazione attivo. In
questo caso il controllo di temperature troppo basse non è praticabile.
In ogni caso la presenza di una sonda che rilevi la temperatura della zona di
conservazione del campione e che conservi il dato è sicuramente un accessorio auspicabile
in ogni campionatore.
Al fine di semplificare la gestione dei campioni raccolti ed avere sempre campioni freschi
a disposizione del laboratorio, da più parti si utilizzano campionatori refrigerati o
meglio termostatati, autopulenti e autosvuotanti. Questi campionatori risultano avere
sempre i recipienti pieni di campione, tranne quello in uso. In questo caso il recipiente
viene svuotato dal vecchio campione, subisce un processo di risciacquo con il refluo
stesso, e quindi viene nuovamente riempito. Questo tipo di campionatori si stanno
diffondendo molto in quanto riducono l'impegno di personale, però presentano anche
l'inconveniente di favorire la cross contamination del campione. Anche la conservazione
del campione non è totalmente garantita in quanto anche se la bassa temperatura può
aiutala, parametri banali come BOD o COD, ma non solo questi, possono subire variazioni
considerevoli a causa della biomassa presente nel refluo o delle stesse condizioni
ambientali.
Bisogna far presente che, per quanto un campionatore possa aiutare l’analista nel suo
lavoro, con nessun campionatore automatico è possibile effettuare campionamenti per la
rilevazione di parametri microbiologici, in quanto non è possibile garantire la
sterilità del campione e la conservazione delle popolazioni microbiche nei rapporti
presenti nel refluo in esame. Anche parametri fisici, come la temperatura, e chimici quali
pH, ossigeno disciolto, ORP, non possono essere campionati con questa tecnica in quanto
questi subiscono variazioni considerevoli in brevissimo tempo durante al fase di
conservazione. Per i parametri chimico fisici però i campionatori possono essere dotati
di sonde multiparametriche che permettono di acquisire direttamente la misura e
conservarla in un apposito data base posto sul campionatore.
Al fine di effettuare un buon campionamento di estrema importanza è il posizionamento
della sonda di prelievo. Questa deve essere posta in una zona di massima turbolenza della
corrente che andiamo a campionare, al fine i favorire il rimescolo delle varie componenti
presenti nel refluo e rendere fin dall'inizio omogeneo il campione. Quando questo non si
verifica naturalmente in nessuno dei punti di possibile campionamento si può indurre
artificialmente ponendo un ostacolo adeguatamente sagomato nella corrente di refluo da
campionare, e badando che questo non provochi cessioni o adsorbimenti indesiderati.
Un aspetto che spesso non viene adeguatamente considerato è la pulizia dei campionatori e
delle linee di prelievo. In particolare nei campionatori fissi, vista la minore manualità
che richiedono, bisogna controllare con frequenza le linee di adduzione del campione e
sostituirle con frequenza. La frequenza con cui eseguire queste operazioni può essere
determinata solo sperimentalmente utilizzando un bianco di lavaggio. Si tratta di un
campione sintetico privo degli analiti di interesse e prelevato con l'apparecchiatura di
campionamento, nel quale si andranno a determinare i parametri che sono oggetto
dell’indagine. In particolare per i campionatori autosvuotanti è bene procedere ad
un ricambio almeno settimanale dei recipienti di conservazione del campione e ad un loro
adeguato lavaggio in laboratorio.
Nel caso invece dei campionatori portatili è di estrema importanza effettuare una serie
di campioni che permettono di controllare la qualità di tutte le operazioni effettuate.
In particolare oltre al già citato bianco di lavaggio sarebbe consigliabile effettuare
due bianchi di campo, cioè campioni privi dell'analita di interesse, preparati
direttamente sul campo e trattati, per quanto possibile, nella stessa identica maniera del
campione. Ciò significa, in particolare, sottoposti agli stessi pretrattamenti, quali
filtrazione, centrifugazione, etc., nonché maneggiati, conservati e trasportati nello
stesso identico modo. Nel caso del campionamento delle acque si utilizzano campioni di
acqua deionizzata o distillata. L’uso di una carta di controllo per seguire i bianchi
di campo può essere un buon sistema per tenere sotto controllo i problemi di
contaminazione dei campioni. Questi due campioni vanno eseguiti uno ad inizio
campionamento ed una alla fine.
Bianco viaggiante è particolarmente raccomandato da EPA per il controllo qualità del
campionamento per la determinazione degli organici volatili. Si tratta di un campione,
privo dell’analita di interesse, preparato in laboratorio, trasportato sul luogo di
campionamento e quindi riportato in laboratorio intatto ed analizzato insieme ai campioni
prelevati.
Dato che il prelievo di sostanze volatili con campionatori automatici richiede apparecchi
particolari che impediscono o riducono la perdita di questi composti ed il cui costo è
considerevole, questo è un campione di controllo che difficilmente si usa.
Soprattutto nel caso di campioni dei quali non è chiaramente nota la stabilità, è molto
utile prevedere un controllo di campo, ossia un campione del quale sia nota la
concentrazione degli analiti di interesse, trattato nella stessa identica maniera del
campione. Un buon sistema è quello di suddividere in due un unico campione reale ed
effettuare ad una delle due porzioni una aggiunta a concentrazione nota. Il recupero
dell’analita aggiunto consente di valutare se le condizioni di manipolazione,
conservazione e trasporto siano state adeguate e che le eventuali perdite di analita (ad
es. per adsorbimento od evaporazione) siano in qualche modo controllate. L’aggiunta
dovrebbe essere quantitativamente simile alla concentrazione dell’analita di
interesse. In molti casi, non potendo prevedere tale valore, vengono preparati 3 controlli
di campo a tre livelli di aggiunta diversi, all’interno del campo di applicazione del
metodo.
Un ultimo sistema di controllo della qualità del campionamento sono i duplicati di campo.
Il prelievo e l’analisi di campioni in doppio consente la valutazione della
variabilità dovuta all’intero procedimento, campionamento compreso. Si tratta di
campioni indipendenti prelevati nello stesso punto, il più vicino possibile nel tempo.
Sono conservati in contenitori differenti ed analizzati indipendentemente. Forniscono
buone indicazioni sulla ripetibilità del processo di campionamento.
In questa nota si è cercato di dare, per quanto in maniera semplice e concisa,
un'indicazione di quelli che sono i limiti entro i quali ci si deve muovere per poter
effettuare un buon campionamento rispettando sia i parametri di tutte le norme legali e di
buona pratica. Risulta evidente che il campionamento automatico, se da un lato semplifica
le procedure di tipo operativo dall'altro complica quelle di controllo in quanto solo con
dei buoni controlli si può essere in grado di affermare che il campionamento è avvenuto
con correttezza.
Come già detto in precedenza oramai molti impianti di trattamento acque si stanno
entrando nell’ordine di idee di utilizzare campionatori automatici. Al fine di
evitare diatribe successivamente molti gestori hanno chiesto all’ente preposto a dare
l’autorizzazione allo scarico quale sia il tipo di campionatore di cui doversi dotare
per rispettare i dettami di legge. Quello che sta succedendo in questo momento è che ogni
provincia dà proprie indicazioni con il risultato che impianti simili potrebbero doversi
dotare di strumentazioni diverse. Sarebbe auspicabile un coordinamento nazionale che
omogeneizzi le indicazioni operative semplificando così il lavoro di tutti.
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