5° Presentazione del Workshop Finale del Progetto IPA/BC-Monitor Il progetto IPA/BC-Monitor ha sviluppato un sistema innovativo, compatto e standalone, per la misura online di due componenti chiave del particolato atmosferico, IPA e BC. Sito web del progetto: www.ipabcmonitor.it

1. Misure di particolato atmosferico
con IPA-BC Monitor
Enrico Cozzani 27/06/2018

2. IPABC 2
OBIETTIVO: Realizzare uno strumento trasportabile per
la misura automatica e «quasi-real time» di Idrocarburi
Policiclici Aromatici (IPA) aereodispersi.
CATENA DI MISURA PER RIVELAZIONE COMPOSTI IPA:
2) DESORBITORE TERMICO PER ESTRAZIONE COMPOSTI IPA DA PARTICOLATO
3) SISTEMA DI INIEZIONE PER LA GESTIONE DELLA FLUIDICA DELLO STRUMENTO
4) CARTUCCIA DI PRE-CONCENTRAZIONE PER TRATTENERE E RILASCIARE IL DESORBITO (MEMS).
5) COLONNA CROMATOGRAFICA PER SEPARARE I VARI COMPOSTI DELLA MISCELA (MEMS).
6) RIVELATORE PID (FOTO-IONIZZAZIONE) PER LA MISURA DEI SINGOLI COMPOSTI
1) CAMPIONATORE DI PARTICOLATO ATMOSFERICO SU FILTRO

3. IPABC 3
SCHEMA DI PRINCIPIO:
VENT
N2
THERMAL DESORBER
PRESSURE
REGULATOR
V2
FROM
PM
SAMPLER
He V1
HOT CHAMBER
PC
GC COL
(Carrier)
10 port
VALVE
PM SAMPLER
T.L.
T.L.

4. IPABC 4
STATI DEL SISTEMA:
Step 1: Campionamento (circa 4 ore)
Raccogliamo campione atmosferico su filtro di quarzo
- V1 e V2 CLOSED  no N2 attraverso il thermal desorber e attraverso PC
- Colonna GC e PID sono sotto flusso di carrier (He)
- Valvola a 10 vie in posizione A  PC e GC COL non sono in comunicazione
VENT
N2
THERMAL DESORBER
PRESSURE
REGULATOR
V2 (closed)
FROM
PM
SAMPLER
He V1 (closed)
HOT CHAMBER
PC
GC COL
(Carrier)
10 port
VALVE
PM SAMPLER

5. IPABC 5
Step 2: Desorbimento termico
(circa 15 minuti)
Il filtro di quarzo si muove dal campionatore al thermal desorber e avviene il desorbimento verso il
PC
- V2 OPEN  flusso di N2 attraverso il thermal desorber («caldo») e attraverso PC («freddo»)
- Colonna GC e PID sono sotto flusso di carrier He
- Valvola a 10 vie in posizione A  PC e GC non sono in comunicazione
VENT
N2
THERMAL DESORBER
PRESSURE
REGULATOR
V2 (open)
FROM
PM
SAMPLER
He V1 (closed)
HOT CHAMBER
PC
GC COL
(Carrier)
10 port
VALVE
PM SAMPLER

6. IPABC 6
Step 3: Iniezione (circa 35 secondi)
Scaldiamo il PC (325°C)  rilasciamo il campione e lo iniettiamo in colonna
- V2 CLOSED  no flusso di N2 attraverso il thermal desorber
- Carrier (He) attraversa PC  flusso di «purge» contrario al flusso di «trap»
- Valvola a 10 vie in posizione B  PC e GC sono in linea (INIEZIONE IN COLONNA)
VENT
N2
THERMAL DESORBER
PRESSURE
REGULATOR
V2 (closed)
FROM
PM
SAMPLER
He V1 (open)
HOT CHAMBER
PC
GC COL
PM SAMPLER

7. IPABC 7
Step 4: Rampa di T in colonna
(circa 12 minuti)
Il campione percorre la colonna e va verso il PID  ACQUISIZIONE CROMATOGRAMMA
- V1 OPEN (per i primi 8 minuti)  flusso di N2 attraverso PC a 280°C (pulizia)
- Carrier He attraversa GC e PID
- Valvola a 10 vie in posizione A  PC e GC non sono in comunicazione
VENT
N2
THERMAL DESORBER
PRESSURE
REGULATOR
V2 (closed)
FROM
PM
SAMPLER
He V1 (open)
HOT CHAMBER
PC
GC COL
(Carrier)
10 port
VALVE
PM SAMPLER

8. IPABC 8
Step 5: Ritorno allo Step 1
(campionamento di 4 ore)
PM SAMPLER
VENT
N2
THERMAL DESORBER
PRESSURE
REGULATOR
V2 (closed)
FROM
PM
SAMPLER
He V1 (closed)
HOT CHAMBER
PC
GC COL
(Carrier)
10 port
VALVE
PM SAMPLER

9. IPABC 9
TEST SUL SISTEMA DI MISURA
1. Test su colonna di separazione + PID
- Campione (PAH standard, Supelco©) iniettato da siringa nell’injection port del GC da banco
COMPOSTO # CONC. (ng/µl) COMPOSTO # CONC. (ng/µl)
1) Naphthalene 1000 10) Pyrene 100
2) 1-Methyl-Naphthalene 1000 11) Benzo[a]anthracene 100
3) 2-Methyl-Naphthalene 1000 12) Chrysene 100
4) Acenaphthylene 2000 13) Benzo[b]fluoranthene 100
5) Acenaphthene 1000 14) Benzo[k]fluoranthene 100
6) Fluorene 200 15) Benzo[a]pyrene 100
7) Phenanthrene 100 16) Indeno[1,2,3-cd]pyrene 100
8) Anthracene 100 17) Dibenzo[a,h]anthracene 200
9) Fluoranthene 100 18) Benzo[g,h,i]perylene 200
PID
sistema
GC/PID da
banco
He

10. IPABC 10
RISULTATI
a) Colonna lunga 3.5m, I.D. 75µm b) Colonna lunga 5m, I.D. 100µm
In entrambi i casi, tutti i 18 IPA dello standard vengono rilevati correttamente

11. IPABC 11
2. Test su pre-concentratore + colonna di separazione + PID
Abbiamo iniettato una quantità nota di standard di IPA attraverso l’injection port del GC
da banco, e tramite il carrier He lo abbiamo mandato al pre-concentratore MEMS e
successivamente alla colonna e al PID  NO THERMAL DESORBER.
PID
sistema
GC/PID da
banco
valvola in
camera
termostatata
(300°C)
cartuccia di
preconcentrazione
MEMS
He

12. IPABC 12
RISULTATI
a) PC riempito con fase MISTA (70% mesh di carboni grafitati, 30% glass beads)
NUOVO STANDARD DI IPA:
16 composti in DCM, tutti alla
medesima concentrazione (50ng/µl).
RILEVATI SOLO I PRIMI 11

13. IPABC 13
b) PC riempito con fase UNICA (100% glass beads)
PICCHI MOLTO PIU’ ALTI
E TUTTI RILEVATI
- OTTIMI RISULTATI CON I
COMPOSTI «INTERMEDI»
- QUALCHE PROBLEMA CON I
COMPOSTI BASSO-BOLLENTI
(FORSE UNA % DI CARBONI
GRAFITATI)
- QUALCHE PROBLEMA CON I
COMPOSTI PIU’ ALTO-
BOLLENTI (COLONNA?)

14. IPABC 14
b) PC riempito con fase UNICA (100% glass beads)
Il confronto con i
risultati delle analisi
GC/MS (laboratori
Terra&AcquaTech)
conferma una perdita di
recupero e di risoluzione
per i composti
altobollenti.
1) Naphtalene
2) Acenaphthylene
3) 2-Bromonaphtalene
4) Acenaphthene
5) Fluorene
6) Phenanthrene
7) Anthracene
8) Fluoranthene
9) Pyrene
10) Benzo[a]anthracene
11) Chrysene
12) Benzo[b]fluoranthene
13) Benzo[a]pyrene
14) Indeno[1,2,3-cd]pyrene
15) Dibenzo[a,h]anthracene
16) Benzo[g,h,i]perylene
1)
2)
3+4)
5)
6+7)
8)
9)
10 + 11)
12)
13)

15. IPABC 15
3. Test su termo-desorbitore + pre-concentratore + colonna
di separazione + PID
N2
PID
unità di
termodesorbimento
sistema
GC/PID da
banco
valvola termostatata
(300°C)
cartuccia di
preconcentrazione
He

16. IPABC 16
RISULTATI
STANDARD DI IPA: 16 composti in DCM, tutti alla medesima concentrazione (50ng/µl).
RILEVATI I COMPOSTI DA 2 A 11
1) Naphtalene
2) Acenaphthylene
3) 2-Bromonaphtalene
4) Acenaphthene
5) Fluorene
6) Phenanthrene
7) Anthracene
8) Fluoranthene
9) Pyrene
10) Benzo[a]anthracene
11) Chrysene
12) Benzo[b]fluoranthene
13) Benzo[a]pyrene
14) Indeno[1,2,3-cd]pyrene
15) Dibenzo[a,h]anthracene
16) Benzo[g,h,i]perylene

17. IPABC 17
CAMPIONAMENTO E ANALISI
DI FILTRI AMBIENTALI
PID
unità di
termodesorbimento
sistema
GC/PID da
banco
valvola termostatata
(300°C)
cartuccia di
preconcentrazione
filtri di
particolato
N2
PID

18. IPABC 18
CAMPIONAMENTO E ANALISI
IN TEMPO REALE
P
N2
PID
unità di
campionamento
unità di
termodesorbimento sistema GC/PID
da banco
valvola termostatata
(300°C)
cartuccia di
preconcentrazion
e

19. IPABC 19
CAMPIONAMENTO E ANALISI
IN TEMPO REALE
 filtro su nastro continuo
 flusso 50 l/min
 campionamento automatizzato

20. IPABC 20
CAMPIONAMENTO E ANALISI
IN TEMPO REALE
 filtro campionatore IPA/BC 3 cm ᴓ
 Velocità superficiale: 120 cm/s
 filtro campionatore alto volume 15 cm ᴓ
 Velocità superficiale: 50 cm/s

21. IPABC 21
… ricapitolando…

22. IPABC 22
P
N2
PID
MODULO BC MODULO IPA
unità di
campionamento
unità di
termodesorbimento
sistema GC/PID
da banco
valvola termostatata
(300°C)
cartuccia di
preconcentrazione

23. IPABC 23
P
N2
PID
MODULO BC MODULO IPA
unità di
campionamento
unità di
termodesorbimento
sistema GC/PID
da banco
valvola termostatata
(300°C)
cartuccia di
preconcentrazione
IPA/BC MONITOR
(stato attuale)

24. IPABC 24
P
N2
PID
MODULO BC MODULO IPA
unità di
campionamento
unità di
termodesorbimento
cartuccia di
preconcentrazione
colonna GC
microlavorata

25. IPABC 25
P
N2
PID
unità di
campionamento
unità di
termodesorbimento
cartuccia di
preconcentrazione
colonna GC
microlavorata
camera ottica
IPA/BC MONITOR

26. GRAZIE A TUTTI PER L’ATTENZIONE
e.cozzani@consorzioproambiente.it
c.carbone@consorzioproambiente.it