Misurazioni di routine in automatico dei principali HFC, HCFC e di altri alocarburi chiave, inclusi i composti perfluorocarburi più volatili, presso l’Osservatorio Climatico Italiano “Ottavio Vittori” al Monte Cimone.
L’Osservatorio Climatico Italiano “Ottavio Vittori” al Monte Cimone (ICO-OV) si trova sulla vetta più alta dell’Appennino Settentrionale. Grazie all’orizzonte completamente libero, l’alta quota e la grande distanza dalle principali fonti di inquinamento, ICO-OV rappresenta un sito strategico per studiare le caratteristiche chimico-fisiche e la climatologia della troposfera libera nel bacino dell’Europa meridionale e del Mediterraneo settentrionale. Inoltre, l’attività di monitoraggio a lungo termine aiuta a quantificare l’andamento esistente delle sostanze clima-alteranti e degli inquinanti atmosferici.
Per le sue caratteristiche l’ICO-OV è classificato come stazione globale dal programma Global Atmosphere Watch (GAW) dell’Organizzazione meteorologica mondiale (WMO).
Dal 1996 l’ISAC-CNR (Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima del Consiglio Nazionale delle Ricerche) effettua il monitoraggio in continuo dei composti clima-alteranti, della radiazione solare e dei parametri meteorologici. Le misurazioni della concentrazione atmosferica di un’ampia gamma di COV alogenati sono iniziate nel 2003 dall’Università di Urbino, con l’installazione di un sistema TD-GC/MS Markes – Agilent, completamente automatizzato per il funzionamento in continuo.
Il sistema TD- GC/MS era specificamente destinato alle misurazioni di routine dei principali HFC e HCFC e di altri alocarburi chiave. Per i gas che sono quantitativamente intrappolati, la tecnica di adsorbimento su fase e desorbimento in GC/MS fornisce un’elevata qualità dei dati. Alcune limitazioni pratiche del sistema per i composti perfluorocarburi più volatili e radiativamente attivi risultano la temperatura di intrappolamento e la capacità adsorbente della microtrappola, che rendono difficile la misura di questi composti.
Per superare queste limitazioni, sono state impiegate criotecnologie avanzate, ed è stato installato il nuovo sistema Medusa-GC/MS, che estende il range applicativo ai composti più volatili e reattivi.
Il cuore di Medusa è l’estremità fredda Polycold “Cryotiger” in grado di mantenere una temperatura di -175˚C, utilizzando un semplice compressore monostadio con un refrigerante a gas misto proprietario e di raffreddare conduttivamente due trappole a circa -165˚C. Ciascuna trappola può essere riscaldata resistivamente in modo indipendente a qualsiasi temperatura da -165˚C a +200˚C o più, mentre l’estremità fredda rimane fredda.
L’uso di due trappole con ampi intervalli di temperatura programmabili, insieme allo sviluppo di appropriati materiali adsorbenti, consente di separare efficacemente gli analiti desiderati dai gas più abbondanti che interferirebbero con la separazione cromatografica o il rilevamento in massa, come: N2, O2, Ar, H2O, CO2, CH4, Kr e Xe.
È importante sottolineare che le doppie trappole consentono, inoltre, di purificare gli analiti dai composti interferenti mediante distillazione frazionata e rifocalizzazione dalla trappola più grande del primo stadio (T1) su una trappola più piccola (T2) a temperature molto basse, le iniezioni risultanti nel sistema GC/MS generano dati accurati e riproducibili.
Intrappolando e desorbendo gli analiti a temperature molto basse, la gamma di composti che possono essere quantificati viene notevolmente estesa, evitando potenziali reazioni tra analiti e trappole che si potrebbero verificare a temperature più elevate.
Il sistema Medusa-GC/MS analizza campioni d’aria del volume di 2 litri, con una frequenza di 60 minuti per misurazione.
Le due trappole, T1 e T2 sono riempite di HayeSep-D, un polimero ad alta superficie relativamente inerte, tuttavia gli analiti meno volatili non entrano mai in contatto con il materiale adsorbente perché sono intrappolati prima di arrivare sulla fase e vengono successivamente trasferiti mediante lavaggio in controcorrente.
Lo schema di flusso del sistema Medusa consente di essiccare, intrappolare e distillare frazionatamente i campioni provenienti dai 6 ingressi differenti, utilizzando le due trappole e quindi di iniettare il campione per l’analisi GC/MS. Il sistema utilizza un controllore di flusso di massa integratore (MFC) ad alta precisione per una migliore misurazione dei volumi dei campioni.
Tutti parametri, quali pressioni, temperature e flusso del campione, vengono controllati durante l’intrappolamento e l’analisi.
Infine, sono stati compiuti progressi significativi nel software per il controllo e l’acquisizione dei dati dal sistema Medusa e GC/MS, in modo che l’intero sistema abbia programmabilità, versatilità e facilità d’uso paragonabili a quelle degli strumenti TD-GC/MS tradizionali.