Allegato 1
DETERMINAZIONE QUANTITATIVA DELL'AMIANTO IN CAMPIONI IN MASSA
ASPETTI GENERALI DEL PROBLEMA ANALITICO.
La determinazione delle varie forme di amianto contenute in
campioni in massa costituisce un problema analitico complesso, a cui
a tutt'oggi non e' stata data una soluzione soddisfacente.
Come e' noto, esistono varie tecniche analitiche per la
determinazione quantitativa delle varie forme di amianto; tutte,
pero', presentano vantaggi e svantaggi.
Le tecniche microscopiche - ottiche o elettroniche - permettono di
distinguere tra le varieta' asbestiformi e quelle non asbestiformi di
uno stesso minerale ma forniscono dati solo in termini di numero di
fibre presenti in un campione. La conversione da numero di fibre a
valore ponderale - che costituisce l'espressione piu' adeguata dei
risultati per un'analisi di campioni in massa - e' soggetta a
numerosi errori soprattutto se viene impiegata la microscopia ottica.
Questi errori possono essere contenuti se si utilizza la microscopia
elettronica a scansione (SEM) integrata da microanalisi a Raggi X del
campione.
In ogni caso, l'uso delle tecniche microscopiche di conta delle
fibre e' limitato, nel caso di campioni in massa, da un problema
addizionale: il campione in massa, a meno che non sia molto friabile
o non sia costituito da una polvere molto fine, deve prima essere
macinato per poter poi essere analizzato. Il tipo e la durata della
macinazione, oltre che la durezza e altre caratteristiche
mineralogiche del campione, determinano le dimensioni, e quindi il
numero delle fibre che verranno contate. In altre parole, la conta e
la misura delle dimensioni geometriche delle fibre verra' effettuata
su un artefatto. La conversione da numero di fibre a valore di massa
risultera' ancora piu' aleatoria e soggetta ad errori che nel caso di
campioni aereodispersi o polveri fini dove le fibre vengono contate
cosi' come sono state campionate.
Per quanto riguarda la determinazione ponderale delle varie forme
di amianto, si e' fatto ricorso, negli ultimi anni, fondamentalmente
a due tecniche: la diffrattometria a Raggi X (DRX) e la spettroscopia
infrarossa in trasformata di Fourier (FT.IR).
Negli ultimi anni sono stati sviluppati vari metodi
diffrattometrici che hanno permesso di superare alcuni inconvenienti
legati sia alla tecnica in se' sia alla sua applicazione all'amianto.
Il metodo che sembra aver dato i migliori risultati e' quello del
"filtro d'argento", che permette di quantificare e correggere in
maniera semplice l'effetto di assorbimento dei raggi X da parte del
campione. In questo modo la risposta diffrattometrica dell'analita
viene resa indipendente dalla matrice nella quale si trova disperso,
per cui l'analisi quantitativa risulta adeguatamente riproducibile.
Anche quando l'analisi e' condotta per via diffrattometrica, il
campione in massa deve essere previamente macinato. La macinazione
costituisce un passaggio analitico piuttosto delicato a causa dei due
fenomeni seguenti:
a) Per qualunque sostanza cristallina, la risposta
diffrattometricadipende dalla granulometria.
E' quindi necessario che il campione in massa sia portato - con il
processo di comminuzione - ad uno spettro granulometrico vicino a
quello dell'amianto puro con cui sono stati preparati gli standards
della curva di taratura massa/risposta diffrattometrica;
b) La risposta diffrattometrica delle varie forme di amianto
dipende fortemente dall'integrita' della struttura cristallina.
Il processo di comminuzione porta in genere ad una diminuzione
della cristallinita' dell'amianto contenuto nel campione e quindi ad
un abbassamento della risposta diffrattometrica che puo' falsare
gravemente l'analisi. Questo e' vero soprattutto se il processo di
comminuzione e' condotto con metodi drastici (ad es. "a secco").
L'abbassamento della risposta diffrattometrica puo' essere
contenuto se la macinazione viene effettuata "ad umido", cioe' in
presenza di un liquido che disperde gli accumuli locali di calore a
cui in genere si attribuisce la responsabilita' delle distorsioni del
reticolo cristallino.
In ogni caso, una volta scelti gli standards di amianto puro ed un
determinato metodo di comminuzione, e' necessario studiare
sperimentalmente le condizioni per portare il campione alla
granulometria desiderata e l'effetto che il processo di macinazione
ha sulla risposta diffrattometrica della forma di amianto in
questione.
SCELTA DELLE TECNICHE ANALITICHE.
Tenendo conto di tutti gli aspetti del problema appena
sottolineati e avendo chiaro che forse, ad oggi, la soluzione ideale
al problema analitico della determinazione dell'amianto in campioni
in massa non esiste, sono proposte nel seguito come tecniche di
riferimento per tale misura la diffrattometria a raggi X (DRX) con il
metodo del filtro d'argento per la determinazione dell'amianto in
campioni in cui e' presente in concentrazioni superiori o uguali a "
1% (vedi paragrafo A) e la microscopia elettronica in scansione (SEM)
per la determinazione dell'amianto in campioni in cui e' presente in
concentrazioni inferiori a " 1% (vedi paragrafo B). Recenti
applicazioni della spettrometria IR in trasformata di Fourier, anche
accoppiata con la microscopia ottica, hanno permesso di rivelare
concentrazioni di amianti in campioni di massa dell'ordine dell'1%.
La DRX con il metodo del filtro d'argento e' stata proposta in
quanto attualmente e', fra le metodiche analitiche per determinazioni
ponderali, quella che presenta la migliore sensibilita' per i diversi
tipi di amianto.
Per valutare la concentrazione di amianto in campioni in cui
questa e' inferiore a " 1% la DRX non e' piu' utilizzabile ed e'
necessario ricorrere a tecniche di microscopia.
Se l'obiettivo dell'analisi e' una valutazione della
concentrazione dell'amianto in termini di peso (m/m) e' necessario
trasformare i dati relativi alle fibre osservate - numero fibre e
granulometria - in dati ponderali. Cio' in linea di principio e'
possibile o facendo ricorso a fattori di conversione (numero
fibre)/(peso) o valutando in base alle loro dimensioni il volume
delle fibre e calcolandone quindi il peso.
L'uso di fattori di conversione non sembra attuabile con campioni
che sono degli artefatti, essendo ottenuti mediante una macinazione,
e in cui numero e dimensioni delle fibre dipendono da tutta una serie
di condizioni difficilmente controllabili e riproducibili.
L'unica strada percorribile sembra dunque quella della valutazione
della granulometria delle fibre e del calcolo del loro volume.
La microscopia ottica in contrasto di fase appare a questo scopo
meno adatta della microscopia elettronica in scansione per essere
proposta come tecnica di riferimento, le ragioni di cio' sono
essenzialmente:
- un minor potere risolutivo;
- una limitata profondita' di campo;
- la difficolta' di riconoscere univocamente il tipo delle fibre
osservate.
Il limitato potere risolutivo - " 0.25 (Micron(m del MOCF contro "
0.01 (Micron(m del SEM - oltre a non permettere la rivelazione delle
fibre piu' piccole rende difficoltosa la valutazione delle dimensioni
vere di oggetti che non superino di almeno 2 o 3 volte tale potere
risolutivo; la limitata profondita' di campo non permette di
focalizzare oggetti che non si trovino esattamente sul piano immagine
del microscopio; puo' risultare percio' difficile valutare l'esatta
granulometria di fibre sottili e in posizione inclinata rispetto a
tale piano; infine la mancanza di un sistema che permetta il
riconoscimento sicuro del tipo di fibra puo' determinare, in campioni
in cui sono presenti materiali eterogenei, errori sistematici.
Il SEM analitico appare percio' per le sue caratteristiche -
elevato potere risolutivo, elevata profondita' di campo, possibilita'
di utilizzare la spettrometria X per il riconoscimento delle fibre -
la metodica piu' indicata.
L'utilizzazione comunque della microscopia ottica in contrasto di
fase in mancanza del SEM dovrebbe portare a risultati, in assenza di
fibre diverse dall'amianto, che si avvicinano a quelli ottenibili con
il SEM tanto piu' quanto maggiori sono le dimensioni medie delle
fibre presenti nel campione.
PROCEDURA DI ANALISI DEI CAMPIONI.
Di seguito e' riportato uno schema di procedura per l'analisi di
un campione utilizzante le metodiche analitiche dettagliatamente def-
inite nei successivi paragrafi A) e B).
CAMPIONAMENTO
CONTROLLO DEL CAMPIONE PER LA VERIFICA
DELLA PRESENZA DI UNA COMPONENTE FIBROSA
( NO )
mediante stereomicroscopio, MOCF, SEM
( SI )
MACINAZIONE DEL CAMPIONE
STIMA APPROSSIMATIVA DELLA QUANTITA' DI MATERIALE FIBROSO PRESENTE
mediante MOCF, SEM
SUPERIORE A INFERIORE A
= 3 * 10⁵ fibre/mg (a) = 3 * 10⁵ fibre/mg (a)
MISURA DELLA CONCENTRAZIONE DI MISURA DELLA CONCENTRAZIONE
AMIANTO MEDIANTE DRX CON DI AMIANTO MEDIANTE SEM
FILTRO D'ARGENTO ANALITICO
CONCENTRAZIONE INFERIORE ALLA
SENSIBILITA' DELLA DRX
MISURA DELLA CONCENTRAZIONE DI
AMIANTO MEDIANTE SEM ANALITICO
------------
(a) Il limite di 3 * 10⁵ fibre/mg e' stato fissato in base al
fattore di conversione da numero di fibre a peso proposto dall'USEPA
per la MOCF (vedi paragrafo 5.7B).
A) Diffrattometria a raggi-X con il metodo del filtro d'argento
(per percentuali di amianto > o = 1%).
1A) Campo di applicazione.
Il metodo e' applicabile a materiali in massa contenenti i
principali tipi di amianti commerciali (crisotilo, crocidolite,
amosite) e per quantita' di amianto dell'ordine dei microgrammi.
L'intervallo ottimale di misura e' compreso tra 20 e 100 microgrammi
di amianto sul filtro di lavoro in argento. Il limite inferiore di
rivelabilita' (LLD) dipende da vari fattori: tipo di amianto, matrice
nella quale l'analita si trova disperso, tempo di integrazione del
picco analitico, area di deposizione del campione sul filtro di
lavoro in argento. In ogni caso, e' sempre possibile determinare le
tre forme di amianto in concentrazioni intorno all'1% in peso quando
il campione da analizzare sia costituito da un deposito di polvere
macinata di circa 0.5 mg su un'area del filtro di lavoro di circa 1.0
cm(Elevato al Quadrato) (Vedi Tabella 1a e 1b).
2A) Principio del metodo.
Macinazione controllata del campione in massa fino a raggiungere
una granulometria vicina a quella degli standards di amianto puro
usati per la costruzione della curva di taratura; studio dell'effetto
che la macinazione ha sulla risposta diffrattometrica dell'amianto
contenuto nel campione; sospensione di una parte della polvere in
adatta soluzione disperdente; filtrazione di una quantita' nota di
polvere in sospensione su membrana filtrante in argento; analisi
diffrattometrica dei vari tipi di amianto per confronto con una curva
di taratura; correzione dell'attenuazione dell'intensita' dei picchi
analitici misurati (attenuazione dovuta all'assorbimento dei raggi da
parte del campione).
Il metodo di correzione e' basato sull'uso del filtro d'argento
che ha la doppia funzione di supporto filtrante e di standard
interno. In pratica, dalla misura dell'attenuazione del picco di
diffrazione dell'argento si ricava il fattore di correzione per
l'attenuazione dei picchi analitici delle varie forme di amianto.
La riproducibilita' del metodo globale non e' conosciuta. E' stata
stimata solamente la riproducibilita' del metodo di preparazione e
lettura dei campioni su filtro d'argento.
In figura 1 sono riportati le medie e gli errori standard delle
risposte diffrattometriche di un totale di 31 filtri, su ciascuno dei
quali sono stati depositati 100 (Micron(g di crisotilo puro (vedi
punti 3.4A e 5.4A). I filtri provengono da 8 diverse sospensioni; n
indica il numero di filtri preparati da ciascuna sospensione, mentre
il trattino verticale e' una misura, nella stessa scala dell'asse
delle ordinate, dell'errore standard associato alla media.
Da una analisi della varianza di questi dati e' risultato che le
medie delle risposte diffrattometriche delle 8 sospensioni
appartengono ad una stessa popolazione avente coefficiente di
variazione uguale al 9%. Questo puo' essere preso come misura della
riproducibilita' del metodo di preparazione e misura dei campioni su
filtro d'argento.
3A) Reagenti.
3.1A Soluzione disperdente: H2O contenente lo 0.1% di NaCl e lo
0.1% di Areosol OT o altro tensioattivo analogo.
3.2A NaCl di purezza RPE.
3.3A Tensioattivo tipo Areosol OT.
3.4A Crisotilo canadese dell'UICC (Union International Contre le
Cancer) avente lunghezza delle fibre Q10 (Micron(m per il 97.0%.
3.5A Crocidolite dell'UICC avente lunghezza delle fibre Q10
(Micron(m per il 97.0%.
3.6A Amosite dell'UICC avente lunghezza delle fibre Q10 (Micron(m
per il 97.0%.
4A) Apparecchiatura.
Attrezzatura di uso comune di laboratorio e:
4.1A Mulino per la macinazione controllata del campione.
4.2A Membrane in argento aventi porosita' di 0.45 (Micron(m e
diametro di 25 mm.
4.3A Dispositivo di filtrazione sotto piccolo vuoto con setto
poroso e sede per alloggiare le membrane in Ag.
4.4A Agitatore magnetico capace di fornire circa 400 giri/min.
4.5A Diffrattometro a R.X.
5A) Determinazione quantitativa dell'amianto.
5.1A Macinazione del campione.
Di seguito viene descritta una procedura di comminuzione
controllata di un campione in massa. Tale procedura e' evidentemente
solo indicativa; se ne possono adottare delle altre purche', una
volta scelte le condizioni di macinazione ed individuato il tempo
necessario per portare il campione ad una granulometria simile a
quella degli standards, venga studiato, ed eventualmente corretto,
l'abbassamento della risposta diffrattometrica dell'amianto che la
comminuzione ha determinato. A questo scopo, e sempre a titolo
indicativo, viene anche presentato uno studio della relazione tra
tempi di macinazione, granulometria e risposta diffrattometrica
dell'amianto. Il campione scelto e' un frammento di amianto-cemento,
contenente crisotilo; gli standards usati per la curva di
calibrazione, forniti dall'UICC (Union International contre le Can-
cer) sono composti da fibre di lunghezza inferiore a 10 micron nel
97% dei casi e di diametro inferiore a 0.3 micron nel 92.5% dei casi.
Circa 1 grammo del campione viene macinato a mano in mortaio
d'agata; il macinato viene quindi setacciato con setaccio da 400
micron. La polvere cosi' ottenuta viene quindi sottoposta a
macinazione meccanica "ad umido" e ad "impatto". Come disperdente
viene utilizzato l'alcol isopropilico (circa 10 mL); la macinazione
ad impatto viene realizzata per mezzo di una serie di cilindretti
d'agata che un sistema di scuotimento della camera di macinazione
obbliga ad urtarsi tra loro. Dopo la macinazione, condotta per un
tempo prefissato, si ottiene una sospensione che viene trasferita con
alcol isopropilico in un beker da 100 mL. L'alcol viene fatto
evaporare in stufa a 90°C e la polvere seccata viene sottoposta
all'analisi diffrattometrica.
Per lo studio della relazione tra tempi di macinazione,
granulometria del macinato e risposta diffrattometrica dell'amianto
contenuto nel campione, si e' proceduto nel modo seguente.
Il campione e' stato sottoposto a tempi di macinazione crescenti
tra 0 e 45 minuti. Dopo ciascuna macinazione, parte della polvere
seccata e' stata sottoposta ad un'analisi granulometrica con
microscopio elettronico a scansione, mentre un'altra parte e' stata
depositata su filtro d'argento e letta al diffrattometro. Nelle Fig-
ure 2 e 3 sono riportate le distribuzioni dei diametri e delle
lunghezze delle fibre della polvere ottenuta dopo 30 minuti di
macinazione. Le due distribuzioni presentano - in questo come negli
altri casi - l'atteso andamento lognormale, per cui si e' preferito
utilizzare la media geometrica piuttosto che quella aritmetica per la
caratterizzazione morfologica dei campioni stessi. In Figura 4
appaiono le cinetiche di comminuzione per la polvere iniziale. Gli
andamenti (per diametri e lunghezze) presentano una fase iniziale
(corrispondente ai primi 15 minuti di macinazione) durante la quale i
due parametri si riducono di oltre il 50% del valore iniziale; per
tempi piu' lunghi di macinazione la media geometrica della lunghezza
delle fibre rimane praticamente costante mentre la media geometrica
del diametro tende ancora a diminuire arrivando ad un valore
inferiore ad 1 micron dopo 45'.
Il complesso dei risultati ottenuti sembra indicare che il
processo di comminuzione delle fibre, nella seconda fase sia causato
essenzialmente da successive sfaldature delle fibre lungo piani
paralleli al loro asse maggiore, processo che porta alla formazione
di fibrille piu' sottili ma di lunghezza abbastanza costante; la
tecnica di macinazione impiegata non sembra invece privilegiare, in
questa seconda fase, la frattura trasversale delle fibre, che
comporta la rottura dei forti legami esistenti tra gli atomi di Si e
di O nei tetraedri SO4, della struttura cristallina del serpentino.
Nella Figura 5 appaiono le risposte diffrattometriche del
crisotilo (contenuto in 400 microgrammi di polvere) in funzione dei
tempi di comminuzione. I dati mostrano come nelle fase iniziale della
macinazione, corrispondente ai primi 5 minuti, vi sia una rapida
crescita della risposta diffrattometrica, che tende poi a diminuire
progressivamente, fino a raggiungere, per un tempo di macinazione di
30', un valore di plateau che e' pari a circa l'80% del valore
massimo. Che si tratti di una situazione di plateau e' dimostrato dal
fatto che la differenza tra le medie delle risposte diffrattometriche
a 30' ed 45' non e' risultata statisticamente significativa (p =
0.085).
L'iniziale crescita della risposta diffrattometrica puo' essere
interpretata come un effetto della disgregazione, a seguito
dell'inizio della macinazione, di aggregati di fibre e/o fibre e
cemento presenti ancora nel campione dopo la setacciatura; durante la
preparazione dei filtri d'argento impiegati nella metodica
diffrattometrica adottata, le fibre di crisotilo libere tendono a
disporsi con l'asse longitudinale (l'asse avaaw della cella unitaria)
parallelamente al filtro e questo effetto contribuisce ad aumentare
l'intensita' delle riflessioni (002) e (004) corrispondenti alle
famiglie di piani perpendicolari all'asse avcaw e paralleli all'asse
avaaw. Fibre legate in aggregati, al contrario, non possono disporsi
con l'asse longitudinale parallelamente al piano del filtro.
E' anche interessante notare che, dopo la fase iniziale (5
minuti), la risposta diffrattometrica segue un andamento simile a
quelli individuati per la lunghezza ed il diametro medi.
Nella Tabella 2 appare un quadro riassuntivo dei risultati: sia le
granulometrie che le risposte diffrattometriche appaiono in funzione
dei tempi di macinazione. Questa tabella ci permette di scegliere il
tempo di macinazione piu' adeguato nelle nostre condizioni. Tale
tempo puo' essere compreso tra 15 e 30 minuti: infatti in questo
intervallo si tende a raggiungere un livello di plateau sia per
quanto riguarda la lunghezza delle fibre sia per quanto riguarda
l'abbassamento della risposta diffrattometrica del crisotilo. Un
tempo piu' lungo di macinazione non sembra comportare ulteriori
vantaggi, e le differenze di granulometria con gli standards sembrano
sufficientemente ristrette.
5.2A Deposizione del campione sul filtro d'argento.
La polvere macinata e seccata viene ripresa con la soluzione
disperdente (vedi punto 3.1A) e la sospensione cosi' ottenuta viene
mantenuta sotto agitazione magnetica per circa 2 o 3 ore. Dalla
dispersione vengono prelevate aliquote opportune che sono filtrate su
membrana di Ag per mezzo del dispositivo di filtrazione del punto
4.3A. E' opportuno procedere alla filtrazione nello stesso giorno in
cui le sospensioni vengono preparate, perche' esse tendono ad
"invecchiare"; in altre parole, le fibre di amianto in dispersione
tendono ad includere acqua nella loro struttura cristallina e a
formare aggregati la cui risposta diffrattometrica risulta diversa da
quella del materiale appena preparato. Da risultati sperimentali
risulta che l'invecchiamento comincia dopo circa 24 ore dalla
preparazione della sospensione.
Durante la filtrazione si raccomanda di seguire gli accorgimenti
al successivo punto 5.3A.
5.3A Preparazione degli standards per le curve di taratura.
Circa 2 mg di ciascuno dei tre tipi di amianto puro a
granulometria nota, sono posti in tre distinti matracci tarati da 200
mL. A questi viene aggiunta fino a volume la soluzione disperdente
indicata al punto 3.1A. Le dispersioni cosi' ottenute vengono
mantenute sotto agitazione magnetica per ca. 3 ore. Queste
dispersioni hanno una concentrazione in amianto pari a ca. 100
(Micron(g/mL e costituiscono le dispersioni madre (stock) da cui si
dovranno preparare, prelevando opportune aliquote mediante pipetta
tarata, 3 o piu' campioni su filtro di Ag per ciascuna delle
quantita' di amianto scelte (nell'esempio riportato si tratta di 10,
20, 40, 60, 80, 100 (Micron(g).
Parte di provvedimento in formato grafico
L'attenuazione e' provocata dall'assorbimento dei raggi X da parte
del campione. Quando tale effetto non e' trascurabile occorre
effettuare la correzione. Nella Tabella n. 4 viene mostrato sia
l'effetto di attenuazione riscontrato sperimentalmente a carico
dell'intensita' dei picchi analitici del crisotilo o della
crocidolite da parte di varie matrici minerali, sia il risultato
della correzione.
6 A) Espressione dei risultati.
La percentuale di amianto presente nel campione sara':
Parte di provvedimento in formato grafico
dove W e' la massa totale di polvere sul filtro d'argento.
7 A) Interferenze.
Teoricamente le fasi cristalline che possono interferire sui
picchi analitici degli amianti sono moltissime. In pratica e'
sufficiente prendere in considerazione solo le sostanze che piu'
comunemente si trovano associate all'amianto nei principali prodotti
industriali.
I minerali non fibrosi di serpentino (lizardite o antigorite), i
quali hanno la stessa struttura cristallina del crisotilo,
costituiscono un'interferenza non eliminabile. Il problema tuttavia
e' limitato ai casi in cui i campioni da analizzare provengano dalle
attivita' minerarie di estrazione del crisotilo.
L'alite, minerale di base nella produzione di manufatti di
amianto-cemento, nei quali viene utilizzato quasi esclusivamente
crisotilo, non produce interferenze sui due principali picchi
analitici di questa forma di amianto.
Il gesso puo' interferire sul picco del crisotilo a 0.73 nm ma non
sul picco secondario (0.36 nm).
Il caolino puo' interferire su entrambi i picchi del crisotilo, ma
il disturbo sembra essere significativo solo per campioni aventi un
contenuto in caolino superiore al 10%.
La clorite potrebbe interferire su entrambi i picchi del crisotilo
ma e' possibile la separazione analitica dei suoi picchi da quelli
del crisotilo, rallentando adeguatamente la velocita' di scansione
nell'intorno della zona di uscita dei picchi che interessano.
Anche per la crocidolite o l'amosite, i corrispondenti minerali
non fibrosi costituiscono un'interferenza non eliminabile; tuttavia
la presenza di questi minerali nei campioni reali e' molto rara.
In generale la distinzione tra crocidolite o amosite, quando sono
presenti contemporaneamente (e questo puo' avvenire per taluni
prodotti isolanti), risulta difficoltosa e si puo' tentare ricorrendo
ai picchi secondari a 0.36 nm e 0.32 nm per l'amosite, e a 0.31 nm
per la crocidolite, utilizzando il metodo della bassa velocita' di
scansione.
Altri minerali che possono trovarsi associati all'amianto in vari
prodotti possono essere eliminati con adatti trattamenti chimici: ad
esempio un trattamento con acido debole decompone i carbonati.
B) Microscopia elettronica analitica a scansione (per percentuali di
amianto comprese fra le 100 ppm e l'1%).
1 B) Oggetto e campo di applicazione.
Descrizione di un metodo per la determinazione, mediante
microscopia elettronica analitica a scansione, della concentrazione
(massa/massa) di amianto (crisotilo, crocidolite, amosite, tremolite)
in campioni massivi, quali il cemento-amianto, o polverulenti, quali
polveri di talco.
Il metodo e' applicabile per concentrazioni di amianto comprese
fra le 100 ppm (0.01%) e le 10000 ppm (1%) o superiori; l'intervallo
in cui il metodo fornisce risultati quantitativi e' compreso fra le
1000 ppm e le 10000 ppm o superiori.
Per concentrazioni di amianto inferiori alle 1000 ppm il metodo
fornisce risultati semiquantitativi (vedi successivo punto 5.7B).
La sensibilita' della metodica dipende da vari fattori: condizioni
di lavoro del microscopio, area di deposizione del campione sul
filtro di lavoro, numero di campi di lettura fissati sul filtro; in
ogni caso si puo' stimare una sensibilita' di circa 100 ppm quando il
campione sia costituito da circa 0.1 mg di materiale depositato su
un'area di circa 300 mm(Elevato al Quadrato) (superficie circolare di
circa 1 cm di raggio) e vengano letti 400 campi a 2000 x (vedi
successivo punto 5.7B).
2 B) Principio del metodo.
Sospensione di una quantita' non inferiore a 0.1 mg del campione
polverulento in un volume noto di soluzione disperdente costituita da
un tensioattivo in acqua deionizzata e filtrata. Se il campione da
analizzare e' un campione in massa viene ottenuta, per mezzo di una
opportuna macinazione, la sua comminuzione fino a che lo spettro
granulometrico del particolato prodotto e' compreso nell'intervallo
fra 10 e 100 (Micron(m.
Filtrazione di un volume della sospensione contenente almeno 0.1
mg del campione su un filtro in policarbonato a foro passante, di 0.4
- 0.8 (Micron(m di porosita', di 25 mm di diametro.
Montaggio del filtro su un portacampioni per SEM e metallizzazione
della sua superficie con Au mediante sputtering catodico.
Lettura a 1000 - 2000 ingrandimenti di un numero di campi
microscopici adeguato al limite di rivelabilita' richiesto,
tipicamente fra 200 e 400 campi.
Riconoscimento mediante spettroscopia X a dispersione di energia
delle fibre di amianto presenti e misura delle loro dimensioni.
Calcolo dei volumi e dei corrispondenti pesi delle fibre di
amianto utilizzando i pesi specifici dei minerali corrispondenti.
Calcolo del peso totale di amianto sul filtro in base alla
superficie di deposizione del campione, alla superficie del filtro
letta, al numero e dimensioni delle fibre osservate e all'ipotesi di
una distribuzione Poissoniana delle fibre sul filtro.
3 B) Apparecchiature e materiali da impiegare.
Attrezzature di uso comune in laboratorio e:
3.1 B Soluzione disperdente contenente lo 0.1% di tensioattivo in
acqua deionizzata e prefiltrata su filtri cellulosici da 0.2
(Micron(m di porosita'.
3.2 B Mortaio d'agata.
3.3 B Bilancia analitica.
3.4 B Mulino per la macinazione ad umido di quantita' fra 1 e 10
mg di campione; il mulino deve permettere di ottenere una
granulometria finale del campione compresa nell'intervallo fra 10 e
100 (Micron(m.
3.5 B Filtri a membrana in policarbonato a foro passante, di 0.4 -
0.8 (Micron(m di porosita', di 25 mm di diametro.
3.6 B Dispositivo di filtrazione sotto vuoto con setto poroso e
sede per alloggiare le membrane in policarbonato.
3.7 B Portacampioni in alluminio o grafite per SEM.
3.8 B Collante conduttore all'argento o alla grafite.
3.9 B Apparato per la metallizzazione con Au di campioni per il
SEM mediante sputtering catodico.
3.10 B Microscopio elettronico a scansione corredato dell'apparato
di cui al punto 3.11 B.
3.11 B Spettrometro X a dispersione di energia.
4B) Campionamento.
Prelevare dal materiale da esaminare un campione, significativo
della sua composizione, dell'ordine di 0.5 - 1 gr. Nel caso di
materiale in massa e non gia' sotto forma di polvere procedere ad una
sua frammentazione in mortaio d'agata fino a ottenere un particolato
con dimensioni inferiori a 400 - 500 (Micron(m.
5B) Procedimento.
5.1 B Comminuzione del campione.
Se il campione originale e' un materiale in massa o se, pur
presentandosi come materiale polverulento, le fibre di amianto sono
presenti in aggregati con altre fibre o altro materiale, per
l'analisi al SEM e' necessario trattare il campione in modo da
separare le fibre tra loro e dall'eventuale matrice.
Dopo l'eventuale macinazione a mano in mortaio d'agata, trasferire
circa 10 mg di polvere in 100 mL di alcol isopropilico nella camera
di macinazione di un mulino in grado di macinare ad umido le
quantita' indicate. Macinare il campione fino ad ottenere una
granulometria finale del particolato compresa fra 10 e 100 (Micron(m;
la sospensione in alcol isopropilico e' quindi trasferita in stufa.
L'alcol isopropilico viene fatto evaporare a 90°C e la polvere
residua essiccata e' recuperata.
5.2 B Dispersione in acqua e filtrazione su filtro a membrana.
Pesare con una bilancia analitica una quantita' di polvere di
circa 5 mg e sospenderla in 200 mL di una soluzione allo 0.1 % di
tensioattivo in acqua deionizzata e filtrata; per questo utilizzare
un matraccio da 200 mL aggiungendo fino a volume la soluzione
disperdente. Calcolare la concentrazione della dispersione cosi'
ottenuta e mediante pipetta tarata prelevarne un'aliquota da filtrare
sul filtro a membrana. Per evitare che la dispersione decanti
lasciarla sotto agitazione magnetica per almeno 5 minuti prima di
effettuare il prelievo.
Mediante il dispositivo di filtrazione descritto al punto 3.6 B
filtrare una aliquota nota della dispersione preparata, contenente
circa 0.1 mg del campione in polvere, su un filtro a membrana in
policarbonato di 25 mm di diametro con porosita' di 0.4 - 0.8
(Micron(m. Alternativamente possono essere utilizzati filtri in
esteri di cellulosa delle stesse dimensioni, tuttavia questi filtri
non si presentano al SEM con una superficie liscia e le irregolarita'
osservabili potrebbero rendere piu' difficile il riconoscimento delle
fibre piu' sottili, per questo, nel caso del loro uso e'
consigliabile utilizzare porosita' non superiori a 0.4 (Micron(m.
Nel procedere alla filtrazione aver cura di versare alcuni mL
della soluzione disperdente nel serbatoio del sistema filtrante prima
di aggiungere l'aliquota nota della dispersione; successivamente
lavare piu' volte con la soluzione il serbatoio.
Il filtro a membrana su cui e' deposta la polvere e' lasciato
asciugare su carta bibula in una capsula Petri o contenitore analogo.
5.3 B Montaggio del filtro su portacampioni per il SEM e
metallizzazione.
Tagliare una parte circolare del filtro, di dimensioni leggermente
inferiori al portacampioni del SEM, dalla sua zona centrale mediante
un bisturi o una lama ugualmente affilata. Durante tale operazione
aver cura di non toccare con le mani la superficie del filtro, di non
capovolgerlo o causare spostamenti o cadute della polvere dalla sua
superficie.
Montare la porzione di filtro su un portacampioni per SEM, in
alluminio o grafite, mediante collanti conduttori all'argento; aver
cura di realizzare con gli stessi collanti dei ponti conduttori fra
il bordo del filtro ed il portacampione.
Metallizzare, il filtro cosi' montato, con uno strato di 25 - 50
nm di Au mediante sputtering catodico.
Alternativamente e' possibile ricoprire il filtro con un film di
carbone evaporato sotto vuoto; in tal caso e' opportuno utilizzare
spessori leggermente maggiori, intorno ai 100 nm, a causa della
minore conducibilita' termica ed elettrica della grafite rispetto
all'Au. In ogni caso l'immagine in elettroni secondari del filtro
risultera' di minore qualita' a causa del piu' basso coefficiente di
emissione secondaria del carbonio rispetto all'Au.
5.4 B Scelta delle condizioni strumentali.
Il potere risolutivo di un SEM e' molto elevato (si puo' valutare
intorno ai 5 nm), tuttavia, con campioni del tipo di quelli
descritti, ad un ingrandimento di lavoro (1000-2000X) che permetta
tempi di analisi non eccessivamente lunghi e con condizioni
strumentali compatibili con una buona risoluzione analitica
(efficienza di produzione e rivelazione di raggi X elevate) risultano
rivelabili e classificabili fibre intorno a 0.1 (Micron(m di
spessore.
Condizioni strumentali in grado di assicurare tali prestazioni
corrispondono a: una energia del fascio incidente fra 20 e 30 KeV;
una distanza di lavoro tipicamente dai 12 ai 25 mm e comunque tale da
massimizzare l'efficienza di raccolta dei raggi X da parte del
rivelatore; un angolo di tilt compatibile con la geometria del
rivelatore dei raggi X, se tale angolo e' diverso da zero ne va
tenuto conto nella valutazione delle dimensioni delle fibre.
Fissare l'ingrandimento di lavoro fra 1000 e 2000X; valutare la
superficie corrispondente ad un campo di lettura all'ingrandimento
fissato (tipicamente a 2000X questa risulta intorno a 2500
(Micron(m(Elevato al Quadrato) e a 1000X intorno a 10000
(Micron(m(Elevato al Quadrato) per cui occorrono rispettivamente
circa 400 e circa 100 campi di lettura per esplorare 1 mm(Elevato al
Quadrato) del filtro); osservare il filtro in elettroni secondari
utilizzando il "modo" TV.
5.5 B Lettura del filtro e determinazione delle dimensioni delle
fibre di amianto.
In funzione dell'ingrandimento di lavoro fissato leggere un numero
di campi sufficienti almeno ad esplorare circa 1 mm(Elevato al
Quadrato) del filtro (tipicamente a 2000X occorrono 400 campi).
Scegliere i campi di lettura in modo da esplorare tutta la superficie
del filtro evitando la sovrapposizione dei campi stessi. E'
consigliabile a tal fine seguire un percorso sistematico sul filtro
secondo un qualche schema prestabilito.
Prendere in considerazione, nell'analisi del filtro, tutte le
fibre o gli aggregati di fibre o gli aggregati di fibre con altro
materiale; valutare, utilizzando i riferimenti dimensionali
disponibili sullo schermo, la lunghezza e la larghezza di ciascuna
fibra risolvibile con il SEM (non considerare in tale valutazione
eventuali particelle di altra natura occasionalmente sovrapposte od
aggregate alle fibre). Le fibre che non giacciono completamente nel
campo di lettura vanno considerate solo per la parte compresa nel
campo stesso.
Identificare e classificare le fibre in base alla loro morfologia
ed alla loro composizione; in linea generale per la classificazione
delle varieta' minerali degli amianti sara' sufficiente una analisi
qualitativa con riconoscimento, nello spettro X della fibra, delle
righe degli elementi caratteristici con le attese intensita' relative
(generalmente saranno presenti sullo spettro anche righe piu' deboli
corrispondenti ad elementi, come Fe, Al, Mn, presenti in tracce);
tener presente che se sulla fibra o sull'aggregato di fibre di
amianto e' depositato o aggregato materiale di altra natura (non
necessariamente evidente sull'immagine elettromicroscopica), le righe
X degli elementi presenti nella composizione del materiale appaiono
sullo spettro finale.
5.6 B Elaborazione dei dati, calcolo della concentrazione di amianto
e valutazione dell'errore.
Valutare il volume di ciascuna fibra e aggregato di fibre
d'amianto approssimando la morfologia delle particelle a cilindri di
altezza pari alla lunghezza e diametro pari alla larghezza misurati.
Valutare la massa delle fibre utilizzando una densita' di 2.6
gr/cm(Elevato al Cubo) per il crisotilo e 3.0 gr/cm(Elevato al Cubo)
per gli anfiboli.
Calcolare la concentrazione C dell'amianto nel campione (espressa
in ppm) mediante la:
Parte di provvedimento in formato grafico
dove:
A = area effettiva del filtro (mm(Elevato al Quadrato));
a = area del campo di lettura (mm(Elevato al Quadrato));
n = numero campi di lettura;
P = peso totale del campione depositato sul filtro (mg);
pc = dc ● Σj vi = peso totale fibre di crisotilo (mg);
dc = densita' del crisotilo (gr/cm(Elevato al Cubo) = mg/mm(Elevato
al Cubo));
vi = volume dell'i-esima fibra di crisotilo (mm(Elevato al Cubo));
Pa = da ● Σj vj = peso totale fibre di anfibolo (mg);
da = densita' degli anfiboli (gr/cm(Elevato al Cubo) = mg/mm(Elevato
al Cubo));
vj = volume dell'j-esima fibra di anfibolo (mm(Elevato al Cubo)).
L'errore sperimentale nella misura della concentrazione C di
amianto nel campione e' essenzialmente dovuto alla statistica del
campionamento delle fibre durante la lettura del filtro (il numero N
delle fibre campionate su una data superficie presenta una
distribuzione Poissoniana se le fibre sono distribuite in modo
casuale sul filtro) e alla larghezza dello spettro granulometrico
delle fibre contenute nel campione (lo spettro granulometrico delle
fibre di amianto prodotte nella macinazione di un campione
generalmente e' descritto bene da una distribuzione lognormale). Per
valutare l'errore sperimentale conviene esplicitare nella relazione
(a) il numero N di fibre di amianto individuate sugli n campi di
lettura e il peso medio di una fibra di amianto, la relazione (a)
puo' essere riscritta poi:
Parte di provvedimento in formato grafico
Significativita' delle misure di concentrazione.
Una valutazione dell'errore standard < * > mediante l'equazione
(e) e' significativa solo se il numero N delle fibre individuate e'
sufficiente a rientrare nel limite dei grandi numeri (X 30); numeri
minori non permettono una stima significativa ne' della media ne'
della deviazione standard di una distribuzione.
Per numeri N di fibre maggiori di 30 la equazione (f) permette una
valutazione della significativita' dei valori di concentrazione C
ottenuti con il metodo.
In tabella n. 5 e' riportato l'errore sperimentale sulla
concentrazione, DC/C, calcolato in base alla equazione (f) adottando
indicativamente, per l'errore standard < * >, un valore di 0.3
compatibile con i dati sperimentali rintracciabili nella letteratura
scientifica del settore.
I dati riportati nella tabella n. 5 indicano che la metodica
descritta nell'intervallo di concentrazioni che vanno da circa 100
ppm a circa 1000 ppm di amianto puo' fornire solo risultati
qualitativi.
Stime quantitative della concentrazione di amianto sono ottenibili
con concentrazioni maggiori a 1000 ppm o, alternativamente,
modificando la metodica per aumentare il numero totale di fibre
campionate.
Definizioni, abbreviazioni e simboli.
Parte di provvedimento in formato grafico