Determinazione di precisione del ferro nelle acque potabili, in quelle minerali, di falda, di superficie e di sorgente mediante test fotometrici rapidi
Katrin Schwind, Gunter Decker
La qualità dell’acqua potabile è disciplinata da una varietà di linee guida, come la Direttiva del Concilio Europeo 98/831,2 e le linee guida dell’Organizzazione Mondiale della sanità (WHO)3. I principi di riferimento nel definire i limiti prescritti tiene conto sia dei rischi per la salute sia di tutta una serie di considerazioni tecniche. Nelle concentrazioni normalmente presenti nell’acqua potabile, per esempio, il ferro, non costituisce un rischio per la salute2,3. Tuttavia, un aumento delle concentrazioni di ferro determina la formazione di idrossidi di ferro, che possono dare luogo a depositi nel sistema di condutture idriche e causare quindi una colorazione giallastra delle acque4.
Per garantire una fornitura di acqua trasparente e incolore, per l’acqua potabile sono stati stabiliti dei limiti specifici che possono variare per area geografica. Il limite per il ferro definito dalla direttiva UE è di 0,2 mg/l Fe2, mentre l’EPA statunitense ha specificato 0,3 mg/l Fe5. Per evitare la formazione di depositi di ferro nel sistema di condutture idriche, occorrerebbe non superare il limite di 0,02 mg/l6. Per assicurarsi che i limiti stabiliti vengano rispettati, in molti casi l’acqua potabile viene sottoposta ad un trattamento aggiuntivo che permette di eliminare il ferro per precipitazione. Questo metodo elimina virtualmente ogni traccia di ferro, riducendone la concentrazione a valori dell’ordine di pochi ppb6.
Metodi analitici
I metodi analitici più sensibili per la determinazione a livello di tracce comprendono la spettroscopia di assorbimento atomico a fiamma (FAAS) e la spettrometria ad emissione atomica accoppiata induttivamente al plasma con rivelatore ottico (ICP-OES). A seconda del volume di dosaggio, il campo di misura del metodo FAAS secondo la DIN EN ISO 38406-32 è 0,002 – 0,020 mg/l Fe. Il limite di quantificazione (LOQ) per il metodo ICP-OES secondo la norma DIN EN ISO 11885 è di 0,002 mg/l Fe7,8. Nel nostro laboratorio è stato raggiunto un LOQ di 0,0007 mg/l Fe mediante ICP-MS secondo la norma ICH Q2.
Determinazione del ferro con kit analitici (metodi fotometrici rapidi)
Un’alternativa pratica per ottenere risultati precisi in modo veloce e senza dover investire in costose strumentazioni è costituita dai metodi fotometrici rapidi. I kit analitici si distinguono solitamente per la loro facilità d’uso e per la velocità della procedura. La scelta del metodo dipende dall’ambito di applicazione, dall’intervallo di misura e dall’accuratezza necessaria. Nel caso del ferro, è possibile scegliere tra due metodi fotometrici di precisione
La determinazione del ferro con il metodo della 1,10-fenantrolina secondo le norme APHA 3500-Fe B e DIN 38406-1 permette di realizzare misurazioni fotometriche fino a un livello di 0,01 mg/l, più che sufficiente per un gran numero di campioni9.
Nel caso in cui siano necessari LOQ più bassi, si può optare per il metodo della triazina. Con questo metodo, tutti gli ioni ferro vengono ridotti a ioni ferro(II). Questi ultimi, in presenza di un tampone tioglicolico, reagiscono con un derivato della triazina a formare un complesso rosso-violaceo, che viene quindi determinato per via fotometrica10. Utilizzando una cuvetta da 100 mm e lo spettrometro UV-VIS Prove 600, per il ferro è possibile ottenere LOQ che possono arrivare anche a soli 0,0025 mg/l. Considerati il trattamento per la rimozione del ferro e il fatto che le concentrazioni di ferro della maggior parte delle acque potabili sono basse per natura, in linea di massima è preferibile ricorrere al metodo della triazina, più sensibile. Il test del ferro Spectroquant®. (N° Cat. 114761) ha un campo di misura complessivo che va da 0,0025 a 5,00 mg/l Fe. Nei fotometri Spectroquant®, i metodi sono preprogrammati: non è quindi necessario impiegare tempo per determinare una curva di taratura.
Preparazione del campione ed efficacia della determinazione con il test del ferro Spectroquant® .
Prima di tutto, è necessario acidificare i campioni con acido nitrico per stabilizzare il ferro; i campioni che contengono acido carbonico devono essere inoltre degassificati in un bagno a ultrasuoni Una descrizione dettagliata della procedura di determinazione è fornita nella nota applicativa “Determinazione di precisione del ferro in acqua”11.
Confronto tra il metodo ICP-MS e il test del ferro Spectroquant®
Il contenuto di ferro di cinque differenti acque minerali è stato determinato con il kit analitico Spectroquant® e mediante ICP-MS In tutti i campioni, la concentrazione è risultata inferiore al LOQ dei due metodi, rispettivamente 0,0007 mg/l per ICP-MS e 0,0025 mg/l per il kit analitico Spectroquant®
Ai cinque campioni è stata aggiunta (spiking) una quantità nota di ferro a tre diversi livelli di concentrazione (metodo delle aggiunte standard), e le rispettive percentuali di recupero sono state determinate per via fotometrica. I risultati delle analisi sono presentati nella tabella 1 e in figura 1.
Le concentrazioni di ferro aggiunte sono state recuperate accuratamente. Le percentuali di recupero nei campioni spiked si sono attestate tra l’89% e il 99% in tutti gli esperimenti, con una percentuale di recupero media pari al 95%.
Figura 1.Risultati delle aggiunte standard.
È possibile raggiungere un’accuratezza ancora maggiore ricorrendo ad una curva di calibrazione costruita ad hoc. La tabella 2 illustra le caratteristiche di prestazione del metodo preprogrammato per il N° Cat. 114761, determinate secondo le norme DIN 38402 A51 e ISO 8466-1, messe a confronto con una curva di calibrazione costruita manualmente per l’intervallo di misura 0,0005 – 0,0100 mg/l Fe utilizzando il kit analitico fotometrico. La curva di calibrazione è mostrata in figura 2
Il valore di 4,35% del coefficiente di variazione della curva di calibrazione costruita è 3,3 volte più alto rispetto a quello del metodo preprogrammato. Ciò dipende dal fatto che a queste concentrazioni così basse, le deviazioni hanno un effetto relativo più marcato sulla calibrazione manuale. In valori assoluti, la procedura di calibrazione manuale porta ad errori di metodo considerevolmente inferiori, come mostrano i valori della deviazione standard del metodo e l’intervallo di fiducia del metodo per P=95%, che sono 13-14 volte inferiori ai corrispondenti valori per il metodo preprogrammato.
Nel caso di aggiunte standard, l’impiego della calibrazione manuale ha determinato un ulteriore incremento della percentuale di recupero, che ha raggiunto in quel caso un valore medio del 101%. I singoli valori si attestano tra il 95% e il 106% (tabella 3).
Figura 2.Curva di calibrazione per l’intervallo di misura 0,0005 – 0.0100 mg/l Fe.
Dal momento che le acque minerali sono tutte caratterizzate da un basso contenuto di ferro, sono stati condotti alcuni esperimenti utilizzando campioni di acqua di falda e acqua di sorgente, le cui concentrazioni in ferro sono naturalmente più elevate, data l’assenza di qualsiasi trattamento. Le misurazioni sono state condotte utilizzando il metodo preprogrammato Anche in questo caso, i risultati delle misurazioni sono stati verificati per confronto con il metodo analitico di riferimento ICP-MS. La tabella 4 mette a confronto i risultati ottenuti con i due metodi.
I risultati ottenuti con il test del ferro Spectroquant® sono in accordo con quelli ottenuti con il metodo ICP-MS. Dato il contenuto di ferro molto elevato del campione di acqua di falda Bensheim (2.7 mg/l Fe), in deroga alla procedura stabilita è stata impiegata una cuvetta con passo 10 mm. La percentuale di recupero in questo caso è stata del 100%. I risultati ottenuti mostrano come, con il test del ferro, anche concentrazioni molto elevate di ferro possono essere determinate con precisione.
Nel caso dei campioni di acqua di sorgente a bassa concentrazione di ferro, i risultati delle misurazioni si sono discostati al più per una differenza di soli 0,0008 mg/l. Anche le concentrazioni di ferro sotto l’LOQ del metodo fotometrico sono stati confermati dalla determinazione mediante ICP-MS.
Riepilogo
Quando si tratta di determinare il contenuto di ferro dell’acqua potabile, minerale, di falda o di sorgente, il test del ferro Spectroquant® fornisce una alternativa valida ai metodi ICP o AAS. Il metodo fornisce risultati confrontabili con quelli ottenuti con il metodo ICP-MS e si rivela di facile impiego. Per tutti i laboratori per i quali acquistare un sistema ICP-OES o ICP-MS risulta economicamente impraticabile, il test del ferro Spectroquant® N° Cat. 114671 costituisce un’alternativa veloce, precisa ed accurata per la determinazione dei contenuti di ferro nell’acqua potabile, minerale, di falda o di sorgente.
Sostanze chimiche, campioni e strumenti impiegati
Tutte le misurazioni sono state condotte con uno spettrofotometro Prove 600 La scelta del sistema di riferimento è caduta su uno spettrometro HR-ICP-MS Thermo Fisher Scientific (metodo sullo strumento Element 2)
Per saperne di più sulla gamma Spectroquant® per analisi spettrofotometriche, potete consultare la sezione del nostro sito SigmaAldrich.com/spectroquant
Per continuare a leggere, autenticati o crea un account.
Non hai un Account?