Un metodo più semplice, più rapido e più economico per la determinazione dell'azoto totale

Taylor Reynolds

Il kit analitico per l’azoto totale è stato sviluppato per mettere a disposizione degli addetti ai lavori un singolo metodo di analisi per la determinazione dei livelli di azoto totale nelle acque di processo e nelle acque reflue. Fino ad oggi, per determinare il valore dell’azoto totale, gli utilizzatori erano obbligati a condurre l’analisi dell’azoto totale con il metodo Kjedahl (TKN), l’analisi dei nitrati e quella dei nitriti, per poi sommarne i risultati.  Il nuovo test dell’azoto totale è più veloce, più sicuro, più accurato e costa meno del metodo tradizionale.

La concentrazione dell’azoto totale (TN) è diventata un problema dato l’effetto che ha sull’eutrofizzazione delle fonti d’acqua. Via via che un numero crescente di stati degli USA cominciano a definire limiti ai valori di TN, disporre di metodi analitici accurati risulta della massima importanza. Purtroppo però, il gran numero di laboratori e la variabilità delle procedure di analisi possono determinare discrepanze nei risultati finali. Per di più, molti dei test oggi in uso richiedono parecchio tempo, sono costosi e possono addirittura presentare rischi per i tecnici di laboratorio che li utilizzano.

Come dice Taylor Reynolds, program marketing manager per le analisi ambientali e per i sistemi di verifica ambientale AgBio: “I metodi in uso aggiungono variabilità ed errore umano all’insieme delle circostanze, per cui è palese che i metodi disponibili sono lontani dall’essere ottimali”.

I metodi analitici tradizionali per la determinazione dell’azoto totale sono soggetti a variabilità.

Con tutta probabilità, il metodo più comune per determinare il TN è quello che procede a misurare l’azoto totale Kjedahl (TKN), i nitriti e i nitrati per poi ottenere una determinazione cumulativa, un metodo che richiede però l’esecuzione di tre analisi separate. Nella Parte 136 del Titolo 40 del CFR (Code of Federal Regulations, codice delle norme federali statunitensi) l’azoto totale non viene definito come un unico analita. Di conseguenza, i singoli stati degli USA possono decidere autonomamente circa come definire i metodi e le procedure di analisi per il TN. Molti stati si sono limitati a definire l’azoto totale come somma di TKN + nitriti + nitrati (determinazione cumulativa). Benché si tratti di una metodologia consolidata e che i laboratori dispongano dell’attrezzatura per condurre le analisi necessarie, essa presenta alcuni inconvenienti evidenti:

• Durata Il processo impiega un minimo di 2,5 ore per essere completato.
• Rischio L’analisi deve essere condotta sotto cappa, visto il rischio di schizzi e di esposizione agli acidi.
• Rifiuti generati I rifiuti consistono negli acidi e nei liquidi impiegati.
• Errori di accuratezza Ogni singola analisi ha la propria specifica accuratezza Quando i risultati delle singole determinazioni vengono sommati, l’accuratezza della somma è determinata dalla somma degli errori delle singole procedure.
• Passaggi addizionali eventuali Elevati livelli di nitrato nel campione rendono impossibile determinare i valori di TKN. In tal caso, per ridurre ad ammoniaca il nitrato in eccesso sono necessari alcuni passaggi aggiuntivi.

In più, dato che ci sono numerosi metodi differenti per dosare i nitriti e i nitrati, la determinazione cumulativa è di fatto soggetta ad una certa arbitrarietà. Nello stato dello Iowa, per esempio, è emerso come alcuni operatori di impianti avevano la consuetudine di subappaltare le analisi ad un certo numero di laboratori diversi, i quali impiegavano metodi differenti. I gestori degli impianti procedevano poi ad una selezione mirata dei dati, scegliendo i risultati più convenienti (valori bassi) per sommarli tra loro e ottenere valori di TN in grado di garantire il rispetto dei limiti. Sempre Raynolds commenta: ”Questo stato di cose non è l’ideale se si vuole controllare lo stato di salubrità di un corpo d’acqua e costituisce una china pericolosa perché conduce gli impianti ad operare affidandosi a risultati variabili ed errori”. “Anche in circostanze meno ambigue, devo ancora incontrare un tecnico di laboratorio che si trovi a proprio agio con l’analisi TKN”.

Un metodo di recente acquisizione è la determinazione analitica mediante chemiluminescenza. Tale analisi prevede che una piccola porzione del campione venga iniettato in un rivelatore a ionizzazione di fiamma. Lo ionizzatore opera a 720 °C. Il colore della fiamma, che muta allorché il campione viene iniettato, è correlato ai livelli di TN. Gli svantaggi di questo metodo sono, tra gli altri, che:

• Non è adeguato sul piano normativo Il metodo non è propriamente ideale quanto a rispetto delle normative, dato che a 720°C tutto l’azoto presente nel campione viene convertito, ivi incluse le specie azotate di origine minerale non considerate biodisponibili (sabbia, ghiaia, sedimenti), che non impattano sulla salute del corpo idrico. E, giacché anche le specie minerali vengono conteggiate, si determinano valori di TN che sono necessariamente errati per eccesso. Di conseguenza, in realtà il metodo può essere impiegato solo come riferimento interno.
• Richiede un’attrezzatura specializzata La chemiluminescenza richiede l’impiego di un’attrezzatura sofisticata non disponibile in tutti i laboratori; per esempio, un catalizzatore al platino che è costoso da sostituire e complicato da impiegare. Insomma, un laboratorio si deve impegnare nell’acquisto di uno strumento che eseguirà una sola analisi.

“Con questo metodo, è facile che molte cose girino per il verso sbagliato, in particolare per quanto riguarda l’affidabilità e la ripetitibilità dei risultati... Ma, finora, non si è trovata un’alternativa”, dice Raynolds.

Una determinazione standardizzata dell’azoto totale aumenta l’attendibilità dei risultati

I laboratori dello stato dello Iowa stanno sottoponendo a valutazione una metodologia alternativa per la determinazione dell’azoto totale molto promettente sul piano dell’affidabilità, della ripetitibilità e della facilità d’impiego. Il metodo si basa su una reazione chimica nota come digestione di Koroleff. L’operatore si limita a porre il campione in una provetta per digestione e ad aggiungere idrossido di sodio e persolfato di potassio, che ossida tutti i derivati azotati e li converte in nitrato. Una volta completato il processo di digestione, un’aliquota minore del campione viene trasferita in un altro flacone cui vengono aggiunti reagenti cromogenici, che danno origine ad una colorazione viola chiaro o scuro a seconda delle concentrazioni. Per determinare il livello di TN nel campione si procede poi ad un’analisi spettrofotometrica in assorbimento.

Kit analitico spettrofotometrico per l’azoto totale

Questa nuovo approccio analitico consente di disporre di un metodo standardizzato per la determinazione dell’azoto totale (TN). Inoltre, questa analisi offre innegabilmente diversi vantaggi:

• Semplicità d'impiego Una singola analisi per ogni singolo risultato di TN, con una procedura semplificata rispetto alle alternative.
• Sicurezza Non è necessario lavorare sotto cappa: tutto viene realizzato in recipienti chiusi.
• Niente attrezzature speciali La determinazione può essere condotta con un classico spettrofotometro, di quelli che si trovano in ogni laboratorio.
• Celerità. Una singola determinazione di TN richiede circa un’ora. Dice Reynolds: “L’obiettivo commerciale di un laboratorio è quello di condurre quante più analisi possibile al giorno, così da massimizzare i ricavi”. “Questo nuovo kit analitico è destinato ad incrementare la loro produttività”.
• Niente incertezze Piuttosto che condurre tre analisi diverse per il TKN, il nitrito e il nitrato e sommare i risultati ottenuti, una analisi unica assicura il massimo livello di fiducia nei risultati.
• Costi ridotti Dal momento che si utilizzano attrezzature già presenti in laboratorio, una singola analisi TN costerà circa 3,75 $, in confronto ai 15 $ necessari complessivamente nel caso dell’analisi per determinazione cumulativa.

Questa analisi è da decenni in uso in Europa e nel resto del mondo ed è arrivata sul mercato nordamericano solo di recente. L’ultimo aggiornamento metodologico da parte dell’EPA (Environmental Protection Agency) risale al 2017, ma gli addetti ai lavori sono fiduciosi che l’EPA ufficializzerà questo nuovo metodo per la determinazione del TN così da unificare le procedure di analisi nel paese.

“L’approccio basato sull’impiego di una combinazione di metodi analitici, così comune nel settore, è causa di variabilità dei risultati e di rischio di errori”, dichiara Reynolds, “Se un operatore registra una variabilità significativa nei risultati delle sue analisi, è meglio che si assicuri che ciò non dipenda dalla scarsa solidità del metodo di analisi”. “Questo nuovo standard è in grado di eliminare tale variabilità”.