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Tracce di isotopi stabili di metalli nel particolato atmosferico

I metalli rilasciati nell’atmosfera dalle attività umane rappresentano un rischio significativo per gli ecosistemi e la salute umana. Piccole particelle sospese del diametro inferiore a 10 micron possono essere inalate e poi assorbite nel tessuto alveolare dei polmoni, con conseguenti danni.
Tracce di isotopi stabili di metalli nel particolato atmosferico
Le fonti di inquinamento da polveri possono essere identificate utilizzando gli isotopi stabili di metalli. La spettrometria di massa multicollettore al plasma (MC-ICP-MS) utilizza isotopi stabili per rilevare le concentrazioni di metalli, permettendo agli scienziati di studiare la chimica ambientale di metalli inquinanti come rame (Cu) e zinco (Zn). La tecnica può essere utilizzata per identificare e comprendere i processi di trasporto nell’atmosfera.

Il progetto ISOTRACE (Stable isotopes of metals as pollutant tracers in the atmospheric environment) ha utilizzato i rapporti degli isotopi stabili per tracciare le fonti di metalli inquinanti che compromettono la qualità dell’aria urbana. Lo scopo era quello di comprendere meglio i meccanismi alla base del frazionamento isotropico nei materiali di base e della variazione degli isotopi nel particolato atmosferico delle principali città europee.

I ricercatori hanno studiato le composizioni degli isotopi di Zn delle materie prime per mangimi e la combustione dei sottoprodotti in tre diverse centrali elettriche a carbone, sviluppando un modello che rappresenta i frazionamenti degli isotopi osservati. I risultati hanno dimostrato che la speciazione elementare del carbone, l’evaporazione e la condensazione sono stati i processi che hanno governato la deviazione isotopica all’interno delle centrali elettriche a carbone.

Il modello sviluppato dai partner ISOTRACE può essere utilizzato per determinare le firme isotopiche di Zn nel particolato atmosferico proveniente dalle centrali in base alla sola analisi del carbone utilizzato. Ciò consente di utilizzare gli isotopi come strumento quantitativo per l’individuazione della fonte di Zn prodotto dalla combustione del carbone nell’atmosfera.

I ricercatori hanno anche raccolto il particolato di Londra e Barcellona in periodi diversi e da differenti altezze. I risultati hanno dimostrato per la prima volta che le fonti di zinco dominanti variavano tra le diverse città e a seconda del periodo dell’anno. Pertanto, ogni città richiede una strategia personalizzata di valutazione delle fonti e di abbattimento che tenga conto del periodo di tempo specifico.

Il confronto della firma isotopica di diverse fonti e le tecniche di traccia delle fonti hanno dimostrato che le emissioni del traffico diverse da quelle prodotte dai gas di scarico (ad es. i pneumatici) sono importanti. Tuttavia, le emissioni derivanti da processi ad alta temperatura, come la combustione di olio, rifiuti o carbone, sono ugualmente importanti in vari periodi dell’anno.

Il progetto ISOTRACE ha anche dimostrato che diversi approcci analitici possono produrre dati isotopici accurati e precisi, evidenziando la necessità di uno standard isotopico certificato a livello internazionale per le sospensioni di particelle.

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Keywords

Metalli, polveri sottili, isotopi stabili di metalli, spettrometria di massa multicollettore, zinco, ISOTRACE