QUANTIFICAZIONE COLORIMETRICA DEI NITRATI NELLE ACQUE

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1 QUANTIFICAZIONE COLORIMETRICA DEI NITRATI NELLE ACQUE L esperienza qui descritta è stata ideata per un progetto in collaborazione con LABTER CREA ( ), una struttura di servizio che mette in collegamento le scuole mantovane per l educazione ambientale. Coinvolgendo professori provenienti da diversi istituti secondari superiori, siamo riusciti a fare un workshop presso l Istituto Superiore E.Fermi di Mantova in cui i professori stessi mettevano in pratica la quantificazione dei nitrati, utilizzando il modulo fotometro di WeLab. In questa relazione riportiamo tutti i passaggi del Workshop, dall introduzione teorica al principio su cui si basa l analisi, fino al procedimento sperimentale vero e proprio. Il workshop è proseguito con l utilizzo del modulo microscopio di WeLab per la caratterizzazione morfologica dei macroinvertebrati (indicatori biologici tipici dell ambiente fluviale). WeLab è un dispositivo portatile e il fatto che sia pilotabile attraverso smartphone e tablet, lo rende perfetto per le esperienze sul campo. In questo caso la quantificazione dei nitrati e le analisi microscopiche potranno essere fatte direttamente sul fiume, i dati raccolti verranno salvati sul profilo dello studente che potrà rielaborarli in classe. I nitrati non sono gli unici parametri analizzabili, un ulteriore esperienza didattica potrebbe essere quella di provare a mettere a punto metodiche per la determinazione della concentrazione di vari ioni in acqua come ad esempio: Cloro, Bromuro, Ferro, Rame, Manganese, in modo da poter stilare un report sulla qualità delle acque di un determinato ambiente. Alcune immagini del workshop con i professori Principio: L azoto è presente in gran parte delle molecole organiche, come ad esempio le proteine e il DNA, che sono coinvolti in gran parte dei processi vitali cellulari. Nella sua forma gassosa (N 2) l azoto costituisce il 78% dell aria, ma in questa forma non può essere assorbito e usato come nutriente per molteplici reazioni metaboliche da parte di piante e animali. In natura deve essere preventivamente trasformato da batteri nitrificanti in ammonio e in nitrato, in questo modo potrà entrare a far parte della catena alimentare oppure giocherà un ruolo fondamentale nel ciclo dell azoto. Quando l azoto contenuto nella materia organica ha finito la sua funzione, oppure quando gli organismi vegetali perdono parti strutturali o muoiono, si ha la produzione di escrezioni che vengono decomposte in varie fasi, tra queste una parte è a carico di particolari batteri detti denitrificatori. L azoto denitrificato, viene nuovamente

2 rilasciato nell atmosfera sotto forma di N2; a questo punto l intero ciclo può ricominciare. Il nitrato di per se è un sale stabile e poco tossico, presente in tutte le acque potabili e in molteplici alimenti di origine sia animale sia vegetale. Quando durante l alimentazione viene ingerito, una percentuale (circa il 20 %) può essere convertita in nitrito. Questa, a sua volta, una volta raggiunto il tratto gastrointestinale, può dare origine ad alcuni composti Nnitrosi, o nitrosammine che, se presenti in dosi elevate, possono essere considerati cancerogeni. I nitrati in concentrazioni elevate possono avere un effetto negativo anche sull ecosistema acquatico, sono molto solubili in acqua e proprio per questa ragione le piante non riescono ad assorbire tutti quelli presenti nel suolo, questo comporta un eccessiva concentrazione di nutrienti, fenomeno definito sovrafertilizzazione, con conseguente alterazione degli equilibri naturali e iperproduzione di materia organica, La quale può generare effetti di asfissia al fondo una volta morta, particolarmente sensibili sono gli habitat marini e lagunari. Per queste ragioni la corrente normativa fissa il limite di 50 mg/l di NO 3 per le acque potabili e per tutte le acque sotterranee. Alla luce di queste considerazioni è fondamentale tener monitorata la quantità di nitrati presenti nell ambiente acquatico, in questo Workshop abbiamo simulato l analisi di acque di fiume sfruttando il modulo fotometro WeLab per la quantificazione di NO 3 in modo da poter valutare lo stato qualitativo dei nostri campioni d acqua. I 3 STADI PRINCIPALI DEL CICLO DELL AZOTO SONO: AMMONIFICAZIONE NITRIFICAZIONE ASSIMILAZIONE H. Curtis, N.S. Barnes, A. Schneck, G. Flores Introduzione alla biologia.azzurro 2015, Zanichelli editore

3 Scopo: In questa esperienza andremo a quantificare la presenza di nitrati nelle acque sfruttando un saggio colorimetrico, in cui le sostanze presenti nel kit andranno a reagire con i nitrati presenti nel campione di acqua che stiamo analizzando colorando la soluzione con tonalità crescenti di giallo fino ad arrivare a una colorazione rossa, nello specifico più ci si sposterà dal giallo verso il rosso maggiore sarà la quantità di NO 3. Questo fenomeno mette in relazione il colore della soluzione e la concentrazione dei nitrati, tutto ciò è spiegato dalla legge di LambertBeer la quale mostra la diretta proporzionalità tra assorbanza e concentrazione del campione. Ma cos è l assorbanza (A)? I 0 I b A = ε*b*c Dove: A = Assorbanza, ε = coefficiente di estinzione molare (M 1 *cm 1 ), b = cammino ottico (spessore in cm della cuvetta attraversata dal raggio), C = concentrazione del campione Sia I 0 l intensità di una luce monocromatica che colpisce una cuvetta contenente una soluzione, parte di questa dell intensità della luce incidente può essere assorbita dalla soluzione, dalla soluzione emergerà pertanto una radiazione con intensità I (I = I 0 quantità di luce assorbita). Il rapporto I/I 0 viene definito trasmittanza, l assorbanza è il logaritmo dell inverso della trasmittanza: A = log 1 T = log I 0 I L assorbanza (A) è una grandezza priva di unità di misura che può assumere qualsiasi valore uguale o superiore a zero. Quindi, misurando l assorbanza di un campione possiamo risalire alla sua concentrazione, per farlo dovremo prima costruire una retta di calibrazione, misureremo quindi l assorbanza di soluzioni standard di nitrato a concentrazione nota crescente, in questo modo potremo disegnare la retta che ci permetterà di determinare la quantità di nitrati presenti nei nostri campioni di acqua. Per farlo utilizzeremo il modulo fotometro di WeLab, scopriamo insieme come!

4 Materiale: Pipette e siringhe Tubo di plastica Matraccio tarato (100mL) Bilancia tecnica/analitica Provette Soluzioni standard di KNO 3 Kit per l analisi dei nitrati nelle acque (JBL) Cuvette Modulo fotometro WeLab Procedura sperimentale: Preparazione della soluzione standard: Partendo da un sale di KNO 3 (sali di potassio e sodio nitrato sono facilmente reperibili in farmacia) pesare l aliquota necessaria per avere una soluzione finale avente la concentrazione desiderata, per questa esperienza sono stati pesati 100 mg di sale e sciolti in 100 ml (ottimale sarebbe portare a volume il sale in un matraccio tarato), per conoscere la concentrazione effettiva dello standard sono stati effettuati i seguenti calcoli: Quantità di sale (KNO 3) pesata: 100 mg PM KNO 3: 101,1 g/mol PM NO 3: 101,1 g/mol 39 (PM K) = 62,1 Questo passaggio è fondamentale per preparare una soluzione standard che fa unicamente riferimento alla quantità effettiva di nitrato nel sale Per conoscere la concentrazione della soluzione in 100 ml: 0,1g/(101,1g/mol) 62,1g/mol Per avere i ppm basterà convertire i g in mg e moltiplicare x 10 La nostra soluzione di partenza era di 614,24 che abbiamo diluito a 60 ppm, questa concentrazione rappresenterà il punto più alto sulla nostra retta di calibrazione. Costruzione della retta di calibrazione: Prelevare 10 ml della soluzione e aggiungere i reagenti del kit, 2 spatolate di R1 e 6 gocce di R2, agitare per un minuto vigorosamente e infine lasciar riposare per 10 minuti, a reazione completa sarà possibile preparare tutte le diluizioni (in un volume totale di 3 ml) seguendo questo schema: Concentrazione (ppm) Volume standard NO 3 (µl) Volume H 2O (µl) A questo punto accendere e connettere WeLab al tablet, agganciare il modulo fotometro e selezionare l esperienza Determinazione colorimetrica dei nitrati nelle acque, selezionare il LED blu e leggere il bianco, rappresentato in questo caso da una aliquota (3000 ml) di acqua distillata a cui sono stati aggiunti i 2 reagenti del kit (è necessario seguire la stessa procedura che è stata effettuata sulla soluzione standard). A questo punto leggere le assorbanze di tutti gli standard in ordine crescente di concentrazione, i valori misurati costituiranno i quattro punti della nostra retta di calibrazione grazie alla quale saremo in grado di determinare la quantità incognita di nitrati nei nostri campioni d acqua.

5 Determinazione della quantità di nitrato nei campioni d acqua: Fare due o tre lavaggi con l acqua da analizzare nel tubo di plastica tarato, inserire nello stesso tubo 10 ml di campione d acqua e due punte di spatola del reagente 1 (non si scioglierà completamente), aggiungere successivamente 6 gocce del reagente 2 agitare vigorosamente per 1 minuto e attendere 10 minuti (tempo necessario a sviluppare completamente il colore e a far sedimentare i granuli di polvere residui). Adesso prelevare 3 ml di soluzione con la pipetta pasteur cercando di evitare i granuli e inserirli in una cuvetta, la App farà leggere il campione alle stesse condizioni con cui si sono letti gli standard. Interpretazione dei dati: Il valore di assorbanza rilevato dallo strumento sarà posizionato sulla retta di calibrazione che abbiamo costruito in precedenza, sulla base della legge di LambertBeer la quale mette in relazione l assorbanza di un campione con la sua concentrazione. Se la scelta del LED è stata corretta e le diluizioni effettuate in modo appropriato, il software tramite una semplice interpolazione del valore in ordinata (A) sull asse delle ascisse (ppm NO 3 ) sarà in grado di determinare la quantità in mg/l di nitrati del nostro campione. Per ulteriori informazioni su prodotti, progetti, organizzazione di Workshop: info@dnaphone.it Visita il nostro sito!

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