giugno 27

La spettrometria per analisi ambientali

Quando si parla di ambiente il tema dell’inquinamento la fa quasi sempre da padrone e in questo ambito una delle sfide scientifiche più interessanti, ma anche più difficili, riguarda l’individuazione di sostanze in ambienti che non dovrebbero averne. Di fatto un ambiente inquinato è un ambiente che contiene sostanze in quantità e concentrazioni tali da superare determinate soglie definite accettabili. L’esempio più intuivo forse è quello dell’inquinamento urbano dovuto ai mezzi di trasporto che coinvolge la misurazione delle cosiddette polveri sottili, ma altri esempi possono riguardare i corsi d’acqua, i terreni, cibo e bevande molto diffuse come il vino o l’olio. Il problema dunque è individuare e riconoscere sostanze inizialmente sconosciute, per poi stimarne la quantità e confrontarla con la relativa soglia di tolleranza per quel determinato ambiente.

La spettrometria è una tecnica di misura che si basa sull’analisi dello spettro di una radiazione luminosa che ha interagito con un campione di materia, che sia in forma gassosa, liquida o solida: le caratteristiche della luce infatti vengono modificate dalla sua interazione con la materia in base proprio alle caratteristiche del campione stesso, tra cui la sua composizione chimica. Cos’è uno spettro elettromagnetico? La radiazione luminosa di una qualsiasi sorgente è composta da onde di varie frequenze, che possono essere contate proprio in funzione della loro frequenza. Uno spettro, quindi, non è altro che la distribuzione dell’intensità luminosa (il numero di onde) su tutte le frequenze possibili. Ecco per esempio lo spettro della luce solare così come appare al di sopra dell’atmosfera e a livello del mare.

Spettro della luce solare all'ingresso dell'atmosfera (linea superiore) e a livello del mare (linea inferiore). L'interazione della luce con l'atmosfera (nubi, vapor d'acqua, ozono, polveri, ecc.) modifica il suo spettro, per cui analizzando le differenze tra i due spettri si possono individuare alcune caratteristiche del mezzo attraversato, in questo caso l'atmosfera terrestre.
Spettro della luce solare all’ingresso dell’atmosfera (linea superiore) e a livello del mare (linea inferiore). L’interazione della luce con l’atmosfera (nubi, vapor d’acqua, ozono, polveri, ecc.) modifica lo spettro della radiazione, per cui analizzando le differenze tra i due spettri si possono individuare alcune caratteristiche del mezzo attraversato, in questo caso l’atmosfera terrestre.

In determinate condizioni varie sostanze possono emettere radiazione luminosa con spettri caratteristici, oppure modificare in modo altrettanto caratteristico lo spettro della luce che li attraversa o che vi si riflette. Sul sito Spectral Workbench, sempre a cura di Public Lab, ci sono numerosi esempi che facilitano il riconoscimento di situazioni standard. Studiando così uno spettro che deriva dall’interazione della luce con un campione dalla composizione sconosciuta è possibile individuare e quantificare le sostanze che lo compongono. Questa è la teoria generale, i cui dettagli sono ben descritti nel wiki di Public Lab, alla pagina “Spectrometer Curriculum“. All’interno di questo contesto teorico, poi, le tecniche sperimentali sono numerose, come ampiamente discusso alla pagina “Spectral Analysis Techniques“. Ulteriori elementi di approfondimento sono contenuti nelle FAQ apposite, che mescolano questioni teoriche generali a problematiche pratiche di implementazione di un esperimento di spettrometria.

Sul tema della spettrometria in senso DIY (Do It Yourself, fattelo da solo) Public Lab ha lanciato una campagna di crowd-funding circa un anno e mezzo fa, mediante la piattaforma Kickstarter. L’idea era sviluppare e produrre uno spettrometro funzionale e sufficientemente preciso per fare analisi ambientale a un prezzo irrisorio, una cinquantina di dollari. Si voleva anche costruire una piattaforma web con cui permettere a tutti gli utilizzatori finali di pubblicare e condividere i propri esperimenti e lavori, in modo da creare una banca di dati pubblica di spettri. In circa 40 giorni hanno raccolto la bellezza di 110 mila dollari da parte di più di 1600 donatori. Da lì sono partiti per mettere sul mercato diversi kit pronti per l’uso, oggi disponibili nello store ufficiale: uno spettrometro in versione desktop, due in versione mobile che sfruttano le fotocamere degli smartphone, alcuni kit di materiali utili per le analisi di sostanze oleose. I prezzi sono tutti inferiori ai 50 dollari, mentre la spedizione dagli USA in Europa è intorno ai 20 dollari. Di mezzo ci sono anche i costi doganali, quindi per noi italiani si parla di un costo attorno ai 50 euro.

storepubliclab

Bene, ma cosa ci si può fare con uno spettrometro, una volta comprato e montato? La risposta migliore secondo me sta nel brain storming dei supporters della campagna kickstarter, che in questo caso si sono davvero scatenati…

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