La misura della qualitàdell’acqua

Carmela Maria CellamareCarmela Maria Cellamare

UniversitUniversitàà degli Studi di Cassinodegli Studi di Cassino

Polo Didattico di Polo Didattico di FrosinoneFrosinone

FrosinoneFrosinone, 24 Febbraio 2006, 24 Febbraio 2006

Sezione Gestione Risorse IdricheSezione Gestione Risorse Idriche

Acque di scarico:qualità del dato analitico

• Principali parametri fisico-chimici e biologici

• Campionamento

• Misure e qualità– Espressione di risultati– Errori – Incertezza della misura– Valutazione statistica– Principali controlli di qualità e periodicità

Principali parametri fisico-chimici e biologici

� Fisico-chimici� pH, Temperatura

� Azoto, fosforo, carbonio

� COD

� Biologici� Solidi sospesi totali

� BOD5

� Osservazione in microscopia ottica

CampionamentoCampione istantaneo•raccolto in un preciso istante e rappresentativo delle condizioni esistenti all’atto del prelievo;

•mediante successivi campionamenti istantanei è possibile seguire nel tempo l’andamento dei diversi parametri di inquinamento (evidenziando variazioni e picchi).

Campione medio o composto•ottenuto dalla miscelazione di campioni istantanei, secondo volumi proporzionali alle portate di scarico rilevate all’atto dei singoli campionamenti;

•rappresentativo delle condizioni medie per l’intero periodo preso in esame.

Nel caso in cui si effettuino più determinazioni analitiche su campioni istantanei si ricorre alla media ponderata rispetto alla portata.La media ponderata così calcolata coincide con il valore determinabile dall’analisi diretta sul campione composto.

Espressione dei risultati

I risultati delle determinazioni analitiche dei principali parametri fisico-chimici e microbiologici sono espressi in termini di concentrazione (M/V):

• g m-3 o mg l-1 (con eccezione pH, Temperatura, redox)

• UFC/100 ml (Unità Formanti Colonie) (es. ricerca di Escherichia Coli in acque reflue prima dello scarico in acque superficiali - tab. 3 all. 5 del D. Legs. 152/99 e succ. mod . ed integrazioni).

Errori nelle determinazioni analitiche• Errori sistematici

Cause ben determinate, ripetitivi • Metodo

– si possono prevedere e correggere se si conosce la legge con la quale si verificano (es. parziale solubilizzazione di un precipitato, reazione chimica non completa, ecc... )

• Reattivi o strumenti– possono essere di natura fisica o chimica (es. reagenti

impuri che possono interferire con gli analiti, bilancia fuori bolla, pipette non tarate, ecc...)

• Operatore– possono essere rilevanti se l’operatore è scarsamente

accurato o inesperto (incapacità di apprezzare il viraggio di un indicatore, poca accuratezza nel portare a volume ecc...)

• Errori casuali o indeterminati Sono originati da variazioni non prevedibili o

casuali, nel tempo e nello spazio, delle grandezze che influenzano il risultato della misurazione

Incertezza del dato analitico

Anche se tutte le componenti di errore, note o ipotizzate, siano state valutate e le relative correlazioni apportate rimane tuttavia un’incertezza sulla correttezza del risultato (incertezza di misura)

Parametro associato al risultato di una misurazione, che caratterizza la dispersione dei valori ragionevolmente attribuibili al misurando

Cause dell’incertezza

Campionamento:• Prelievo, conservazione, trasporto e

immagazzinamento;

Preparazione e pretrattamento del campione:• essiccazione, omogeneizzazione, centrifugazione,

ripartizione, digestione, diluizione, estrazione, separazione;

• Processo analitico di misura della concentrazione:• es. pH, acidi grassi volatili, IPA con GC – Massa ecc...

Calcolo dell’incertezza

L’incertezza combinata, Ic, di una misura analitica derivante dai 3 contributi è data da:

Generalmente non e’NECESSARIO, CONVENIENTE e POSSIBILE QUANTIFICARE TUTTEle COMPONENTI

222)( IaIpcIcampYIc ++=

Stima incertezza complessiva

(o cumulativa)

• Studi interlaboratorio• Bibliografia ufficiale e

metodi standard• Esperienza di altri laboratori• Esperienza analista

Singole incertezze

Campionamento• non sempre sono

quantificabili…(campionamento manuale e in automatico, punto esatto del prelievo;

• superabili con le dovute accortezze.

Valutazione statistica del dato analitico

Errori sistematici�Non possono essere valutati statisticamente�Possono essere minimizzati dalla scelta del metodo,

accortezza, abilità ed esperienza dell’analista�Determinano il grado di esattezza di un risultato; minore è

l’entità di tali errori e maggiore sarà l’esattezza

Errori casuali �diminuiscono con l’aumentare delle determinazioni

Come stimarli

Parametri statistici

• Distribuzione normale o di Gauss• Stima della media e scarto quadratico

(accuratezza)• Intervallo di confidenza• Coefficiente di variabilità (precisione)• Confronto tra i risultati

Caratteristiche di un metodo analitico

• Ripetibilità, riproducibilità

• Limite di rilevabilità

Validazione di un metodo analitico

• Periodiche procedure di controllo di qualità ( es. carte di controllo)

• Metodi analitici normati, armonizzati a livello nazionale e/o internazionale (anche modificati in base alla tipologia del campione)

• Interconfronto con altri laboratori

Ripetibilità e Riproducibilità

• Ripetibilità : grado di concordanza tra misure della stessa grandezza (quantità o concentrazione) nella stessa matrice, ottenute con lo stesso metodo, da uno stesso analista

• Riproducibilità : grado di concordanza tra misure della stessa grandezza (quantità o concentrazione nella stessa matrice) ottenute con lo stesso metodo in laboratori diversi.

Limite di rilevabilità

• Rappresenta la grandezza minima rilevabile dal metodo o dallo strumento analitico

• E’ importante nel caso in cui il campione analizzato risulti per quantità o concentrazione non significativamente diverso da zero.

• Non esiste una definizione standard di limite di rilevabilità

• Non è corretto riportare zero come risultato di analisi ma ènecessario riportare che la grandezza misurata è inferiore al limite di rilevabilità LR.

• Definizione maggiormente accettata di LIMITE DI RILEVABILITA’:

– la più bassa concentrazione rilevata di ciascun analitacon il 99% di probabilità che sia diversa da zero.

Esempio: determinazione Acidi Grassi Volatili in acque di scarico agroindustriali in GC

Carte di controllo

• Il principio su cui si basano è il confronto dei risultati delle analisi con dei riferimenti (campioni di qualità, CQ o standard) di cui si conoscono le relative misure analitiche ed i parametri statistici

• consentono il monitoraggio continuo dei dati mentre si analizza un campione

• la fluttuazione naturale dei valori può essere misurata e valutata al fine di determinare sela variazione è accettabile

• esistono diversi tipi di carte di controllo (Carta di Shewhartn, grafico a media mobile ed il grafico CUSUM (CUmulative SUM o totale cumulato).

Studi interlaboratorio

• Valutare la confrontabilità dei dati ottenuti da piùlaboratori

• Valutare la riproducibilità di un metodo• Solitamente un laboratorio centrale raccoglie ed

elabora i dati ottenuti dai partecipanti• Confronto periodico tra i partecipanti• Se i risultati sono in buon accordo statistico, il

valore medio ottenuto è la migliore approssimazione del valore vero

Principali controlli di qualità e periodicità

PConfronti interlaboratori

CConfronto con dati pregressi

CControllo Unità di Misura e calcolo dei risultati

PAnalisi di campioni certificati

PCampioni con riferimenti interni

CCarte di Controllo

CAnalisi duplicati

PLimiti di rilevabilità

PTarature con standard

CReagenti

PAcqua reagente

PeriodicitàControllo

Bibliografia

• “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater” 20th Edition Edited by L. S. Clesceri A. E. GreenbergA.D. Eaton, 1998;

• “Metodi analitici per le acque” APAT IRSA-CNR - Manuali e Linee Guida APAT 29/2003;

• “Methods for General and Molecular Bacteriology” P. Gerhardt,, R. G. E. Murray, W.A. Wood, N. R. K, American Society forMicrobiology, Washington, D.C., 1994;

• Bottari e Liberti (1983) “Analisi chimica quantitativa” Universitàdegli Studi di Roma