INRIM

Le attività di ricerca di metrologia in chimica svolte hanno riguardato le seguenti tematiche:

• Sviluppo e messa a punto di metodi radioanalitici e nucleari e di tecniche spettrofotometriche per la determinazione di metalli ed elementi in tracce. Caratterizzazione e certificazione di materiali di riferimento;
• Sviluppo e messa a punto di metodi gravimetrici per la preparazione di miscele gassose primarie. Miglioramento e sviluppo di tecniche analitiche in chimica organica per l’analisi di microinquinanti (PCB);
• Studi di soluzioni di riferimento per la determinazione del pH; sviluppo di un sistema di misura per la caratterizzazione di soluzioni di riferimento per la conducibilità elettrolitica e loro certificazione;
• Studio di sistemi per la generazione di miscele a bassissime concentrazioni di gas realizzate con metodi dinamici ad alta stabilità. Sviluppi di metodi per l’ottenimento di nuovi campioni di frazione molare di gas in traccia mediante analisi con metodi spettroscopici. Riferibilità per le misure della qualità dell’aria ambiente;
• Partecipazione ai programmi internazionali nei settori della metrologia in chimica promossi da BIPM (CCQM) e da EUROMET (METCHEM) comprensivi delle misure nell’ambito dei confronti chiave (Key comparison) e degli studi pilota (Pilot studies);
• Preparazione e revisione di Calibrations and Measurements Capabilities (CMC);
• Attività di disseminazione e divulgazione;
• Svolgimento di attività di ricerca applicata nei settori: ambiente (inquinamento, biomonitori), salute dell’uomo (tossicologia e malattie neurodegenerative), materiali (per la purezza, per le tecnologie speciali, biocompatibili).

In particolare, l’attività di ricerca ha riguardato:
- Chimica Inorganica: (i) determinazione di metalli ed elementi in tracce: partecipazione a confronti chiave e studi pilota CCQM–IAWG ed EUROMET, caratterizzazione e certificazione di materiali di riferimento (APAT, NIST, IEAEA…); (ii) studi sull’inquinamento atmosferico (caratterizzazione elementare del particolato atmosferico; biomonitori; indoor pollution…). Proseguimento del progetto di ricerca RATEAP (Remote Areas Trace Elements Atmospheric Pollution) nell’ambito del Comitato Ev-K2-CNR. Il progetto riguarda la caratterizzazione elementare del particolato atmosferico raccolto presso il Laboratorio Piramide a 5100 m di altitudine in Himalaya. Gli studi permettono di avere informazioni sul livello di inquinamento e sui fenomeni di trasporto a lunga distanza degli inquinanti. Proseguimento degli studi sui licheni come biomonitori dell’inquinamento atmosferico da metalli; (iii) studi sul morbo di Parkinson (determinazione di metalli in tracce nelle neuromelanine di vari tessuti cerebrali) in collaborazione con l’Istituto di Tecnologie Biomediche (ITB-CNR); (iv) ottimizzazione delle procedure analitiche per la determinazione di metalli in tracce in fluidi biologici umani (sangue, siero/plasma, urina) e in materiali di riferimento correlati. Partecipazione alle attività del JCTLM-1 (NonElectrolytes Metals); (v) inizio del contratto di collaborazione di ricerca con ENI S.p.a. per una indagine sull’inquinamento ambientale da metalli in tracce in aree del Kazakstan (il contratto è finanziato da ENI).

- Elettrochimica: (i) modellizzazione del comportamento elettrochimico del sistema cella-soluzione. Studio dei fenomeni parassiti presenti nelle misure di conducibilità e ottimizzazione del sistema di misura. Studio dei parametri di cella (tensione applicata, reazione di elettrolisi, sovratensione, polarizzazione di concentrazione e caduta ohmica); (ii) automatizzazione nella procedura di preparazione delle soluzioni di riferimento certificate per la disseminazione; (iii) studio di geometrie alternative del campione primario di conducibilità. Studio di fattibilità per la realizzazione di un riferimento metrologico per la misura coulombometrica; (iv) impiego del sistema primario per la misura potenziometrica del pH (verifica della capacità di misura sulla scala dei pH e in funzione delle variazioni dei parametri di misura; studio dei fenomeni elettrochimici in soluzioni acquose; confronto con altre metodologie di misura (elettrodo di vetro); (v) partecipazione a Confronti Chiave e Studi Pilota e attività di consulenza e supporto ai Centri SIT.
- Chimica dei Gas: (i) preparazione per via gravimetrica di miscele gassose binarie di biossido di carbonio a concentrazione atmosferica e a livello di emissioni in azoto. Analisi della purezza dei gas mediante gas-massa (GC-MS); (ii) attività di supporto al SIT per l’accreditamento di laboratori nel settore; (iii) studi di fattibilità per la preparazione gravimetrica di miscele gassose e sull’analisi di gas di emissione degli autoveicoli. Studi per la preparazione di miscele di ossidi di azoto (concentrazione atmosferica e a livello di emissioni); (iv) sviluppo di un campione primario (riferito alla sezione d’urto di assorbimento del gas in esame) di gas SF₆ in miscela di aria o azoto; (v) partecipazione a confronti internazionali in ambito CCQM e EUROMET; (vi) sviluppo di un apparato per la misurazione in linea della concentrazione di ammoniaca nel processo di nitrurazione di acciai con accuratezza relativa inferiore all’1%; (vii) studio di effetti sistematici di tipo ottico del campione di ozono O3SRP in collaborazione con BIPM e con KRISS; (viii) taratura di strumenti secondari per riferimento al campione primario O3SRP e prosecuzione dell’attività per la realizzazione di una catena di riferibilità per l’analisi di ozono in aria ambiente sul territorio nazionale nell’ambito di contratti specifici con l’APAT (Agenzia per la Protezione dell'Ambiente e per i Servizi Tecnici).

- Chimica Organica: (i) studio dei parametri pre-analitici per la determinazione di sostanze organiche in campioni ambientali e materiali di riferimento e ottimizzazione dei parametri di misura mediante GC-MS; (ii) determinazione di sostanze inquinanti (PCB) in soluzione mediante GC-MS (taratura, sorgenti di incertezza e taratura di soluzioni di riferimento) e partecipazione ad uno studio Pilota in ambito EURACHEM; (iii) si è iniziato uno studio di fattibilità per la determinazione di pesticidi in tessuti cerebrali (Morbo di Parkinson); (iv) attività di supporto al SIT per l’accreditamento di laboratori nel settore.
- Bioanalitica : (i) studio e sviluppo di Quantum Dots (QD) in silicio e loro impiego per lo sviluppo di un sistema di taratura di strumentazione RPTCR (Real Time Polymerase Chain Reaction) per le misure sulle sequenze del DNA. Lo studio richiede la caratterizzazione metrologica dello spettro di QD nell’intervallo tra 500 nm e 900 nm; (ii) misure di assorbimento ottico di materiali organici e tecniche di rivelazione di fluorescenza nell’infrarosso per imaging ottico in vivo; (iii) analisi di materiali di riferimento biologici del NIST per il miglioramento delle procedure analitiche e radioanalitiche utilizzate nella determinazione di metalli in tracce in fluidi biologici umani.

È continuata l’attività di ricerca afferente ai seguenti progetti/collaborazioni:

• Progetto "RATEAP" (Remote Areas Trace Elements Atmospheric Pollution) proposto e coordinato dall’Unità di Radiochimica e Spettroscopia di Pavia, è svolto nell’ambito dei programmi di ricerca del Comitato Ev-K2-CNR. Il programma prevede lo studio dei processi di inquinamento atmosferico da parte dei metalli in tracce nelle alte fasce della troposfera della regione Himalayana presso il Laboratorio-Osservatorio Piramide del CNR situato in Nepal in prossimità dell’Everest a 5050 m di altitudine;
• Inquinamento "indoor" in collaborazione con la Marina Militare Italiana per il controllo della qualità dell’aria nei locali dei sommergibili;
• Collaborazione con ENEA per la caratterizzazione elementare di campioni ambientali di varia natura mediante tecniche analitiche nucleari;
• Partecipazione al Progetto FIRB 2003 (Prot. RBNE03PX83) "Folding e aggregazione di proteine: metalli e biomolecole nelle malattie conformazionali". Il personale ricercatore INRIM è inserito nell’Unità di Ricerca 3 (UR3) coordinata dal Prof. Luigi Casella (Università di Pavia);
• Collaborazione con il Dipartimento di Chimica analitica dell’Università di Torino per lo studio della determinazione di sostanze organiche a livello di tracce (preconcentrazione/separazione…) e per lo studio applicativo della misura di pH;
• Convenzione con l’APAT (CTN-ACE) per la realizzazione di una catena di riferibilità per l’analisi di ozono in aria ambiente sul territorio nazionale;
• Progetto MIUR FISR–Sensori ottici ed elettroottici per Applicazioni Industriali ed Ambientali (SAIA) La linea di ricerca: "Sensore per la misura quantitativa, metrologicamente riferita, di concentrazione di NH₃ per nitrurazione";
• Collaborazione nazionale (APAT) per la riferibilità delle misure della qualità dell’aria ambiente;
• Collaborazione con BIPM (sezione chimica) e con KRISS per lo studio di effetti sistematici dei campioni primari di frazione molare di ozono;
• Presentazione di un progetto regionale per applicazione di QD nelle tecniche di diagnostica vegetale e per "imaging" ottico in vivo; collaborazione con IVV CNR e i Dipartimenti di Genetica, Biologia e Chimica Medica dell’Università di Torino;
• Collaborazione nell’ambito dei materiali e dell’ingegneria chimica (sviluppo ed applicazione di tecniche di spettroscopia ottica e laser) con: UNI-To dipartimento di inorganica chimico-fisica, IVV-CNR, IEN gruppo nanotecnologie, UNI-To dipartimento di genetica, biologia e biochimica, ARPA Lombardia-gruppo qualità aria ambiente, Ferioli&Gianotti SpA;
• Collaborazione con VNIIM (Dr. Y. Kustikov) per la realizzazione di generatori stabili di gas in traccia per campioni primari basati sulla spettroscopia.

Inizio del contratto di collaborazione di ricerca INRIM/ENI s.p.a. per lo svolgimento di una indagine chimico-ambientale sui metalli tossici presenti in aree del Kazakstan.

I risultati conseguiti sono derivati dallo svolgimento dell’attività di ricerca sia istituzionale che applicata. Nell’ambito della metrologia internazionale (CCQM-EUROMET) si sono sviluppati metodi e procedure in chimica analitica, chimica dei gas, elettrochimica per la partecipazione a 4 confronti chiave e a 6 studi pilota:

Confronto internazionale	Tema del confronto
CCQM-K42	Fe, Cu, Mn, Cr and Zn in Alluminum Alloy
CCQM-K43	As, Se, Hg and Metil-Hg in Salmon
CCQM-P72	Toxic metals in Tomato Paste – Pb, Cd and Sn
CCQM-K36	Electrolytic Conductivity at 0,5 and 0,005 S/m
CCQM-P64	Cu, Zn, Fe and Ca in Non-fat Soybean Powder
CCQM-P66	Hg, Cd, Cu, Co and As in Fertilizers
CCQM-P70 – K44	Cd, Cu, Ni, Pb and Cr in sewage sludge
CCQM-P82	Tampone borato (pH=9)
CCQM-P28	Ozono in aria a livello ambiente
CCQM-P41	Analisi di CO2 a concentrazione atmosferica
Bilaterale con KRISS	Analisi di SF6 in N2 tra 90 e 110 nmol/mol
Confronto EUROMET	Analisi di miscele per emissioni da autoveicoli (propano 95-105 µmol/mol; CO2 13-15%; CO 0,4-0,6%; O2 0,4-0,6% in azoto)
Progetto EUROMET 843	Produzione di linee guida per l’uso e la valutazione di pH-metri per le misure "on-line"

In seguito ai risultati ottenuti nei confronti chiave sono in corso di preparazione 3 CMC. I risultati conseguiti nello svolgimento dell’attività di ricerca in collaborazione con altre istituzioni e applicata all’ambiente e alla salute dell’uomo hanno permesso la pubblicazione di diversi lavori su riviste scientifiche del settore. Nel 2005 si sono pubblicati 11 lavori su rivista internazionale, 6 rapporti tecnici e sono state presentate 6 comunicazioni a Congressi/Seminari. Per quanto riguarda l’attività di formazione, disseminazione e didattica, sono stati organizzati 3 corsi di formazione in collaborazione con APAT e laboratori ARPA e si sono tenuti due cicli di lezioni presso l’Università di Pavia e di Milano.

I risultati conseguiti sono in linea con quelli attesi. Specificamente, l’attività di ricerca relativa alle misure eseguite per i confronti CCQM ed EUROMET è risultata molto promettente e in espansione. Tale attività permetterà di incrementare sensibilmente il numero di CMC. Tuttavia, l’attività di ricerca in metrologia chimica deve tener conto del limitato numero di ricercatori chimici (di ruolo e precari) attualmente presenti presso l’INRIM. Inoltre parte del personale ricercatore è impegnato nella metrologia chimica a tempo parziale. I risultati ottenuti costituiscono il massimo sforzo ottenibile con le competenze e le strumentazioni disponibili al momento. I punti critici sono quelli relativi alla carenza di personale (ricercatore e tecnico) e all’obsolescenza di alcune strumentazioni. In particolare, per quanto riguarda la chimica organica, è necessario l’allestimento di un laboratorio attrezzato con nuove strumentazioni nel campo della gas-cromatografia e della gas-massa. Quest’ultimo punto è di grande rilevanza in quanto la necessità di ottenere procedure analitiche riferibili per la chimica organica è in continua espansione. A livello di CCQM ed EUROMET è prevista, in questo settore, una notevole attività di ricerca nel campo della sicurezza alimentare, e della salute dell’uomo. Per quanto riguarda l’attività di ricerca applicata ai problemi ambientali e alla salute dell’uomo, i risultati ottenuti sono stati perfettamente conseguenti alle aspettative dei progetti di ricerca in atto e hanno contribuito sensibilmente all’avanzamento degli stessi.