Analisi qualitativa dell’aerosol atmosferico in area urbana mediante spettrometria di massa ad alta risoluzione

L'analisi qualitativa dell’aerosol atmosferico è cruciale per comprendere il suo impatto sulla salute umana, sul clima terrestre e sui cicli biogeochimici. La complessità della matrice ambientale rende difficile lo studio delle sorgenti e delle trasformazioni dei composti organici presenti nell’aerosol. La frazione organica dell’aerosol è composta da migliaia di composti, ognuno dei quali può subire diverse trasformazioni chimico-fisiche. Questo lavoro di tesi si concentra sulla frazione organica solubile in acqua (WSOCs), con l'obiettivo di identificare le principali specie chimiche e caratterizzarle in base alla loro composizione chimica globale. Recentemente, approcci analitici basati sulla spettrometria di massa ad alta risoluzione hanno permesso di semplificare e analizzare i dati ottenuti, individuando le formule brute degli analiti. L'uso di strumenti chemiometrici e matematici ha facilitato l'analisi, fornendo informazioni sulle specie chimiche presenti e sulle loro reazioni. L'approccio integrato proposto in questa tesi prevede l'uso dell'HPLC-orbitrapMS per migliorare la separazione delle specie analizzate e ridurre l'effetto matrice, consentendo anche l'identificazione delle molecole attraverso database e letteratura.

Il particolato atmosferico comprende tutto il materiale solido e liquido disperso nell'atmosfera, con diametri che variano da pochi nanometri a decine di micrometri. La classificazione delle particelle si basa sul diametro medio equivalente (d ae), che rappresenta il diametro di una particella sferica con densità unitaria e comportamento aerodinamico simile. Le particelle possono essere classificate in diverse categorie, come Total Suspended Particles (TPS), PM10 e PM2.5. Le TPS sono particelle che rimangono in aria per un tempo sufficiente per essere campionate, mentre le PM10 e PM2.5 sono particelle di dimensioni più piccole che possono penetrare più profondamente nell'organismo, causando danni maggiori. La suddivisione del particolato in frazioni, come frazione ultrafine, fine e coarse, permette di comprendere meglio le origini e le caratteristiche delle particelle. Le frazioni ultrafine derivano da processi di nucleazione omogenea, mentre le frazioni fini e coarse si formano attraverso processi di nucleazione eterogenea e erosione. La composizione chimica delle particelle è influenzata dalle attività industriali e dai processi naturali.

La metodologia analitica adottata in questo studio si basa sull'uso della spettrometria di massa e dell'HPLC per l'analisi qualitativa dell'aerosol atmosferico. La spettrometria di massa ad alta risoluzione, in particolare, consente di ottenere informazioni dettagliate sulla composizione chimica delle specie presenti. L'analisi qualitativa è stata effettuata utilizzando metodi cromatografici, come la reverse phase e HILIC, per separare le diverse specie chimiche. La calibrazione degli strumenti e la preparazione dei campioni sono stati passaggi fondamentali per garantire l'affidabilità dei risultati. L'analisi dei dati è stata eseguita utilizzando software specifici, come Xcalibur, per identificare gli analiti e applicare strumenti matematici, come il Kendrick mass defect e i diagrammi di Van Krevelen. Questi strumenti hanno permesso di visualizzare e interpretare i dati in modo efficace, contribuendo a una comprensione più profonda delle interazioni chimiche nell'aerosol atmosferico.

I risultati ottenuti dall'analisi qualitativa dell'aerosol atmosferico hanno rivelato informazioni significative sulle specie chimiche presenti e sulle loro interazioni. L'analisi ha mostrato variazioni nella composizione chimica in base a fattori stagionali e ambientali. I diagrammi di Van Krevelen hanno fornito un quadro chiaro delle relazioni tra le diverse specie chimiche, evidenziando le differenze tra i campioni raccolti in diverse condizioni. L'analisi fattoriale ha permesso di identificare correlazioni tra le specie chimiche e i loro effetti sulla salute e sull'ambiente. Questi risultati hanno implicazioni pratiche per la gestione della qualità dell'aria e la salute pubblica, suggerendo la necessità di monitorare costantemente l'aerosol atmosferico nelle aree urbane. La comprensione delle dinamiche chimiche dell'aerosol è fondamentale per sviluppare strategie di mitigazione e per informare le politiche ambientali.