Validazione di un Metodo in GC-MS con Purge & Trap per la determinazione di composti organici volatili da matrici ambientali (acque e suoli) per l’accreditamento del laboratorio

The aim of this thesis is the validation, for the accreditation process, of an analytical method for the determination of volatile organic compounds (VOCs) in both solid environmental matrices (soil, sludge, waste) and water from various sources (wastewater, drinking water, groundwater), using the Purge & Trap technique (solid matrices: EPA Method 5035; waters: EPA Method 5030) followed by gaschromatography-MS (EPA Method 8260 for both kind of matrices). Method validation process consists in defining all the analytical requirements imposed by the selected official method, as well as the performances that are needed to be met and confirming that the laboratory is in line with those requirements. VOCs are organic molecules that can easily exist in the gaseous state, given their tendency to evaporate even at room temperature. Each air pollutant has a characteristic residence time in the atmosphere, linked to its chemical-physical properties. The longer this time, the more the pollutant can disperse in the atmosphere due to winds and currents, altering the chemical balance of the atmosphere itself. Many VOCs, for example, may affect the balance of methane (CH4), prolonging its residence time in the atmosphere and thus contributing to the increase in the greenhouse effect. Furthermore, many VOCs are hazardous to humans and animals health, and being hydrophobic they may accumulate in different organs. For example, Benzene is a compound characterized by high volatility and is precursor to Benzene Oxide, a molecule known for its carcinogenic effects. On the other hand, halogenated compounds have high volatility and toxicity (especially brominated compounds) and tend to accumulate in fatty tissues, leading to hepatotoxicity. Legislative decrees D.Lgs 23 February 2023, No.18 on the Quality of Water Intended for Human Consumption and Legislative Decree 3 April 2006, No. 152 "Environmental Regulations," regulate the permissible contamination limits in different environmental sites (sites for public, private, and residential use, and sites for commercial and industrial use), beyond which various sanctions and actions are envisaged for the site remediation. To validate a method, there are few steps to follow: • Test the adequacy of the method; • Document the competence of the technical personnel involved (comparison with some parameters defined in the quality system documents); • Define a quality protocol to assess the analytical acceptability criteria. The main document to refer to is certainly the UNI CEI EN ISO/IEC 17025:2018 standard, which "specifies general requirements for the competence, impartiality, and consistent operation of laboratories".

L’obiettivo di questo lavoro di tesi è la validazione di un metodo analitico per la determinazione delle sostanze organiche volatili (VOC dall’inglese Volatile organic compounds) in matrici ambientali solide (Terreni, Fanghi, Rifiuti) e acque di diversa provenienza (Acque reflue, Acque destinate al consumo umano, Acque di falda), mediante gascromatografia con Purge & Trap, per portare il laboratorio all’accreditamento di tale metodo. La validazione del metodo è il processo di definizione dei requisiti analitici e di conferma che il metodo considerato sia in grado di soddisfare quanto richiesto per quella specifica applicazione. Che cosa sono i VOC I solventi aromatici sono i composti a minor peso molecolare e maggiormente volatili nella classe degli idrocarburi aromatici. I composti più rappresentativi sono: benzene, toluene, etilbenzene, o-, m- e p-xilene, iso ed n-propilbenzene, stirene. Tali composti risultano particolarmente tossici e il loro uso è regolato per legge. L’inquinamento da solventi organici aromatici deriva dal loro impiego in campo industriale e dall’uso di prodotti petroliferi (in particolare benzine). La loro diffusione nell’ecosistema è legata a perdite che si possono verificare durante le fasi di trasporto e stoccaggio di prodotti derivati dal petrolio. Analogamente a quanto osservato per i solventi clorurati, la contaminazione da solventi aromatici interessa terreni, fanghi, rifiuti e per quanto riguarda le acque ambientali, più facilmente le falde acquifere rispetto ai corpi idrici superficiali. A differenza dei primi, tuttavia, i solventi aromatici hanno una densità inferiore e una viscosità superiore a quella dell’acqua che rendono meno favorito il loro movimento verticale verso le falde. Appartengono a questa classe numerosi composti chimici quali idrocarburi alifatici, aromatici e clorurati, aldeidi, terpeni, alcooli, esteri e chetoni. Tra questi i più diffusi negli edifici residenziali sono il limonene, il toluene, ma il più importante da un punto di vista tossicologico e mutageno è la formaldeide. In base al comma 11, art.268 del D. Lgs152/2006, vengono definiti VOC, tutti quei composti organici che a 293,15 K (20°C) si trovano in fase gas o, se si trovano in fase liquida, hanno una tensione di vapore superiore a 0,01 KPa . Effetti sulla salute I VOC possono essere causa di una vasta gamma di effetti che vanno dal disagio sensoriale fino a gravi alterazioni dello stato di salute; ad alte concentrazioni negli ambienti interni, possono causare effetti a carico di numerosi organi o apparati, in particolare a carico del sistema nervoso centrale. Alcuni di essi sono riconosciuti cancerogeni per l'uomo (benzene) o per l'animale (tetracloruro di carbonio, cloroformio, tricloroetilene, tetracloroetilene). È stato ipotizzato che l'inquinamento indoor da VOC possa costituire un rischio cancerogeno per i soggetti che trascorrono molto tempo in ambienti confinati, anche se l'insufficiente caratterizzazione di tale inquinamento rende queste valutazioni non ancora conclusive. I decreti legislativi D.Lgs 23 Febbraio 2023, N.18 Sulla Qualità delle Acque Destinate al Consumo Umano e Decreto legislativo 3 aprile 2006, n. 152 “Norme in materia ambientale”, normano i limiti di contaminazione permessi in differenti siti ambientali (Siti ad uso verde pubblico, privato e residenziale e siti ad uso commerciale e industriale), oltre i quali sono previste diverse sanzioni e azioni da intraprendere per la bonifica del sito.