STUDIO SULLA AFFIDABILITA' DEL METODO UNI EN ISO 17075 PER LA DETERMINAZIONE DEL CROMO ESAVALENTE NELLE PELLI - Autori : Giulio Miazzo Stefano ...
←
→
Trascrizione del contenuto della pagina
Se il tuo browser non visualizza correttamente la pagina, ti preghiamo di leggere il contenuto della pagina quaggiù
STUDIO SULLA AFFIDABILITA’ DEL METODO
UNI EN ISO 17075 PER LA DETERMINAZIONE DEL
CROMO ESAVALENTE NELLE PELLI
Autori : Giulio Miazzo
Stefano Farinon
Relatori : Prof. Alberto Ballardin
Prof. Laura Iannone
I.T.I.S. Galileo Galilei
ArzignanoINTRODUZIONE
La possibile presenza di cromato nelle pelli conciate al cromo risale al 1994.
Tale presenza, se confermata, rappresentava un grave problema data la
tossicità e la cancerogenicità accertata di tale ione, anche a piccole dosi.
L’ ente tedesco DIN (Deutsche Institut fur Normung) e quello internazionale
IUC emisero dei metodi di analisi (praticamente identici) per la
determinazione del cromo esavalente nei cuoi e stabilirono un limite massimo
della sua presenza in 3 ppm (mg/kg di pelle).
L’ analisi è particolarmente delicata in quanto tale limite risulta di 0,000003
g di Cr VI per kg, cioè quantità bassissime.
Dopo le prime applicazioni di tale metodo apparvero le sue limitazioni :
1. la tecnica spettrofotometrica adottata era estremamente sensibile ad
ogni interferenza ottica (torbidità non percepibile all’ occhio, presenza
di coloranti estratti dalla soluzione alcalina, presenza anche di tracce di
cromo trivalente liberi nel cuoio che passa in soluzione); la
determinazione del cromato era impossibile in tali condizioni.
2. la supposta stabilità del sistema Cr3+/Cr6+, necessaria per la validità
dell’ analisi, si rilevò errata per il valore alcalino (pH = 8) adottato dal
metodo dato che in questa situazione il potenziale del sistema è
bassissimo cosicché anche ossidanti deboli possano provocare
l’ossidazione del Cr3+ a Cr6+ dando risultati falso-positivi. Nel 1999 J.
Font affermò che circa il 60% del cromo esavalente trovato, era
prodotto dal metodo alcalino di estrazione.
3. una tesi di diploma eseguita presso il nostro istituto da Davide Concato
aveva mostrato come il cromato estratto da pelli identiche fosse
estremamente dipendente dal pH, con un aumento che intorno a pH 8
assumeva una crescita quasi esponenziale. Questo ovviamente ci ha
portato a chiederci perché fosse stato scelto un pH di estrazione così
diverso da quello normale della pelle, che è circa 4.
Lo scopo del nostro lavoro è stato di confrontare i risultati del metodo UNI
EN ISO 17075 con un metodo diverso che utilizza un pH di estrazione di 4.5
e con un 5% di NaCl per eliminare il gonfiamento delle pelli.OBBIETTIVI
1. Confrontare i risultati della determinazione del cromo esavalente nelle
pelli con il metodo UNI EN ISO 17075 (pH = 8) con il metodo nuovo
(pH = 4.5);
2. Verificare se l’ utilizzo delle cartucce SPE non renda inutile la
determinazione dell’ indice di recupero
SINTESI DEL METODO UNI EN ISO 17075
1. Pesare 2,000 +/- 0.01 grammi di cuoio macinato;
2. In un contenitore porre 100 ml di tampone (pH 7,5/8 per l’estrazione
alcalina, pH 4,4 +/- 0,2 per quella acida), sgasare per 5 min con N2 ;
3. Aggiungere il cuoio macinato e un’ ancoretta magnetica al
contenitore ed agitare per 3h +/- 5 min;
4. Filtrare l’estratto attraverso membrana e/o Gooch a porosità fine in
una bottiglia di vetro con tappo. Controllare il pH (7,5/8 o 4,4);
5. Dalla soluzione filtrata prelevare 20,0 ml e filtrare attraverso
cartuccia SPE, seguita da un lavaggio con 10 ml di tampone;
6. Raccogliere i filtrati in un matraccio da 50 ml;
7. Aggiungere nel matraccio 1 ml di Acido Fosforico e 1 ml di
Difenilcarbazide e portare a volume con il tampone;
8. Dopo 15 min +/- 5 min misurare l’assorbanza con uno
spettrofotometro UV/VIS della soluzione contro bianco preparato
come al punto 7 ma senza l’aggiunta di DFC; ricavare l’assorbanza,
a 540 nm e usando cuvette in vetro con cammino ottico di 2 cm.
9. Si calcola i ppm di Cr6+ nel cuoio con l’equazione A = ε b C ;MATERIALI
1. Acido Fosforico (H3PO4) : preparato diluendo 700 ml di acido
fosforico all’ 85% in 1 litro;
2. 1-5 Difenilcarbazide : 2g in un matraccio da 100 ml in Acetone e una
goccia di acido Acetico Glaciale;
3. Acqua bidistillata, l’ acqua per tutte le soluzioni è distillata 2 volte e
sgasata con N2 per 5 min con un flusso di 50 ml +/- 10 ml/min ;
4. Tampone pH 8 sciogliere 22,8 g di K2HPO4 + 3H2O in un 1 litro di
H2O, nell’eventualità portare a pH 8 con H3PO4, sgasare con N2 per 5
min con un flusso di 50ml +/- 10 ml/ min;
5. Tampone pH 4.4 : sciogliere 0,1 moli di NaH2PO4 e aggiungere un
5% di NaCl e portare in 750 ml di H2O, portare a pH 4,4 con H3PO4
o Na2HPO4 a seconda del valore iniziale di pH, portare ad un litro e
sgasare con N2 per 5 min con un flusso di 50 ml +/- 10 ml/min;
6. Cartucce C18 SPE Agilent ACCUBOND Reversed Phase (Non-
polar), e cartucce C18 Agilent Bulk SERBENT;
7. Spettrofotometro UV/Visibile Lamba25 Perking Elmer;
8. Stufa dove abbiamo invecchiato le pelli per 24 ore;
9. Sistema di filtrazione a vuoto che abbiamo installato sotto cappa
marca Waters;
10. pHmetro digitale Mettler, previa taratura a due tamponi
(pH 4 e 7,5/8).
11. Macchina per macinare le pelli del laboratorio di Tecnologia
Conciaria del nostro Istituto
Le pelli utilizzate nella ricerca sono state gentilmente concesse da due
laboratori di Arzignano ed erano risultate positive al test UNI EN ISO 17075
con tenori di cromato superiori a 3 ppm.
Dato che i valori da noi determinati, dopo qualche tempo, erano inferiori a
quelli determinati dai laboratori abbiamo sottoposto tutti i campioni
all’ attivazione con riscaldamento a 80° C per 24 ore (un metodo proposto in
ambito comunitario per determinare l’ attitudine di un cuoi a formare cromo
esavalente).RISULTATI
1. Confronto Cr6+ nelle pelli :
Metodo UNI EN ISO 17075 Metodo nuovo
pH 8 pH 4,5
Campione ppm ppm
1 70,2 5,7
2 25,8 1,4
3 145,9 46,6
4 0,3 0,08
5 30,2 0,6
6 23,7 0,00
7 43,7 0,00
8 90,3 83,9
9 9,4 0,04
10 6,4 0,8
11 12,00 0,3
12 7,6 0,00
13 4,9 0,1
14 71,1 16,1
2. Confronto delle misurazioni con e senza cartucce SPE :
pH = 8
Con Senza
SPE SPE
ppm A ppm A
11,19 0,128 11,69 0,144
25,47 0,291 24,55 0,303
37,68 0,431 38,03 0,469
∆ A % = 7,25pH = 4
Con Senza
SPE SPE
ppm A ppm A
9,98 0,101 10,64 0,120
23,83 0,241 24,82 0,280
39,03 0,395 38,21 0,431
∆ A % = 10,62
I risultati indicano che il materiale C18 non è inerte nei riguardi del
cromato in soluzione.
3. Confronto con due cartucce SPE diverse :
Dato che le cartucce Accubond erano terminate e risultavano sostituibili
da un materiale simile, ma di produzione Agilent, abbiamo testato l’ indice
di recupero dei due materiali, ottenendo due valori, praticamente uguale,
ma ai limiti dell’ accettabilità.
∆ A1 % = 10,56 %
∆ A2 % = 10,61 %RETTE DI TARATURA
Allo scopo di valutare l’ indice di recupero del cromo esavalente dopo
filtrazione su SPE abbiamo misurato le rette di taratura ai due pH con e
senza l’ impiego di cartucce filtranti.
I risultati sono rappresentati nelle seguenti curve di taratura
Retta di taratura, con SPE, pH=8
0,5
0,4
0,3
A
0,2
y = 0,0114x
0,1 R2 = 1
0
0 10 20 30 40
ppm
Retta di taratura, senza SPE, pH=8
0,5
0,4
0,3
A
y = 0,0123x
0,2 2
R =1
0,1
0
0 10 20 30 40
ppmRetta di taratura; con SPE; pH=4
0,5
0,4
0,3
A
y = 0,0101x
0,2 2
R =1
0,1
0
0 20 40 60
ppm
Retta di taratura senza SPE; pH=4
0,5
0,4
0,3
A
y = 0,0113x
0,2
R2 = 1
0,1
0
0 10 20 30 40 50
ppm
E’ evidente come la filtrazione su SPE porti alla riduzione del cromo
esavalente; abbiamo verificato che le cartucce, pur lavate,
trattengono del Cr6+.
Ulteriori ricerche sono necessarie per comprendere la causa di questo legame
irreversibile con il materiale che compone le cartucce.DISCUSSIONE I metodi ufficiali di analisi del contenuto di cromo esavalente nelle pelli sono stati, fin la loro primo impiego, fortemente criticati da diversi autori, per i diversi limiti che presentavano in termini di correttezza dei valori ottenuti, per essere affetti in genere da sovra-estimazione per la scarsa selettività del metodo che era soggetto a molte e difficilmente eliminabili interferenze. La principale era costituita dalla estrazione di coloranti dal cuoio, favorita dal valore alcalino del tampone estraente, che notoriamente indebolisce il legame cuoio-coloranti acidi molto usati nell’ industria conciaria. Inoltre, spesso, l’estratto era torbido e non era prevista nessuna pre-filtrazione; qualunque sostanza estratta dal cuoio (ingrassi), complessi di cromo solubili poteva interferire con l’ analisi. Stranamente la decisione se scartare l’ analisi in presenza di queste interferenze veniva lasciata al giudizio visivo dell’ analita, che ovviamente ha una sensibilità nettamente inferiore a quella dello spettrofotometro. Successivi lavori indipendenti condotti nel nostro Istituto e dalla sezione sperimentale del Cuoio di Napoli portarono a suggerire l’ impiego di cartucce SPE C18 che erano in grado di eliminare la torbidità e colorazione degli estratti, permettendo l’ analisi di qualunque cuoio. Successivamente in seguito al lavoro di Ballardin e Xompero venne chiarito il meccanismo di formazione del cromo esavalente nelle pelli attraverso l’ossidazione del cromo trivalente (probabilmente non legato) da parte degli idroperossidi formati dalla reazione tra ingrassi insaturi e O2, favorita dal calore, luce visibile e raggi UV. La reazione proposta è : Eq. 1 3ROOH + 2Cr(OH)3 + 4OH- ↔ 3ROH + 2CrO42- + 5H2O ROOH è l’abbreviazione degli idroperossidi degli acidi grassi costituenti i trigliceridi dell’ ingrasso del cuoio. Come si vede l’ equazione pone in evidenza il pH, come ulteriore fattore importante nella formazione del cromo esavalente.
Una successiva tesi di diploma condotta da Davide Concato nel 2000-2001, impiegando un perossido sintetico aveva confermato come l’ ossidazione del cromo trivalente a cromato aumentava in modo netto a pH alcalini. Nel 2003 in una tesi di laurea condotta all’ Università di Padova il laureando Daniele Danieletto dimostrò come pelli sottoposte al medesimo stress ossidativo (e quindi teoricamente contenenti lo stesso tenore di cromo esavalente) dessero risultati dipendenti dal pH d’estrazione con un drammatico aumento a valori intorno a pH = 8, cioè proprio quello utilizzato dal metodo ufficiale. L’ andamento della dipendenza dal pH era praticamente uguale a quella del perossido sintetico, convalidando il meccanismo di formazione del cromo esavalente proposto (eq. 1). Si confermava la pericolosità dell’ impiego di un tampone alcalino, che favoriva la formazione di cromato, non presente sulla pelle originale. Questa osservazione suggerì la scelta di un tampone estraente a pH debolmente acido, simile a quello dell’ acqua contenuta nelle pelli. Questa modifica fu ritenuta valida dai chimici del cuoio americani, da sempre favorevoli ad estrarre il cromato dalle pelli con un liquido avente pH simile a quello dell’ estratto acquoso del cuoio, tanto che il lavoro fu pubblicato dalla rivista scientifica Talanta(3). Inoltre il tenore il tenore di cromo esavalente diminuiva nel tempo, si trattava cioè di un composto transiente. Il primo risultato della presente ricerca confermò tale dato e ci costrinse a rifare tutte le analisi già fatte e ripeterle, per entrambi i pH, dopo attivazione a 80°C delle pelli. I valori della tabella 1 indicano chiaramente come il metodo ufficiale sovra-estimi costantemente il tenore di cromo esavalente, a volte rendendo invendibili cuoi che invece sono in regola con la norma vigente. Questi risultati differiscono da quelli del lavoro citato (3) in quanto le pelli da noi utilizzate erano pelli commerciali e non le pelli modello opportunamente irradiate con UVA impiegate a Padova. Questo dato è un ulteriore conferma del fatto che il metodo ufficiale è sistematicamente affetto da risultati falso-positivi, a causa dell’ errata scelta del pH estraente.
Va notato come l’obiezione posta all’impiego di un pH acido della possibile riduzione del cromo esavalente da parte della pelle si rivela infondata, in quanto se esso esiste, viene rilevato a pH = 4,4. La valutazione teorica di questa inerzia considera che a pH debolmente acidi il cromato agisce in maniera infinitamente lenta, tanto che è notorio come tutti i metodi analitici basati sull’ ossidazione di reattivi (es. ioduro di potassio) da parte del cromato prescrivono valori di pH intorno a 1 perché la reazione avvenga. Un ulteriore aggravamento della validità del metodo deriva dal fatto che le rette di taratura ottenute con il metodo ufficiale hanno, ovviamente, una pendenza maggiore di quello ricavate dopo filtrazione su SPE : di conseguenza il loro utilizzo porta a sotto-estimazione il tenore di cromato dal 7 al 10% a seconda del pH utilizzato. Nei nostri calcoli , abbiamo sempre utilizzato le curve di taratura ottenute filtrando gli standard su SPE, cioè ricavata nelle stesse condizioni di analisi del campione. Questa è un’ ulteriore modifica che la nostra ricerca ha evidenziato.
CONCLUSIONI Si sono confrontati i risultati del tenore di cromo esavalente in pelli risultate positive con il metodo ufficiale ma che sono state analizzate anche con un metodo che utilizza per il tampone estraente un pH prossimo a quello dell’ estratto acquoso tipico per pelli al cromo. I risultati mostrano come i valori risultino molto più bassi a pH acido e, molte volte, il valore di cromato scende a zero. Questo conferma che il metodo ufficiale dà sistematicamente risultati falso-positivi a causa della scelta di un pH alcalino di estrazione che favorisce l’ ossidazione del cromo trivalente presente nel cuoio a cromo esavalente. In nove casi su tredici delle pelli esaminate, il valore di cromo(VI) trovato a pH 4.5 è risultato inferiore al limite previsto dalle norme; quindi contrariamente a quanto determinato dal metodo ufficiale, il pellame era perfettamente commerciabile. Nel corso delle analisi è risultato che l’impiego delle cartucce SPE di entrambi i metodi porta ad una riduzione del Cr6+ trovato del 10% a pH 4,5 e del 7,3% a pH 8 e quindi, le rette di taratura andrebbero determinate filtrando anche gli standard su SPE.
BIBLIOGRAFIA 1. Studio sulla formazione del cromo esavalente nelle pelli. A. Ballardin, M. Xompero Cuoio Pelli Materie Concianti 76, 155-165 (2000) 2. Davide Concato tesina ITIS GALILEI (2000-2001) : L' effetto del pH sulla reazione tra idroperossidi organici e Cr 3+ 3. Paolo Pastore, Alberto Ballardin Gabriella Favaro, Daniele Danieletto, Talanta 63 (2004) 941-947. Evidence of Cr(VI) formation during analysis of leather Proposal of an alternative method of analysis through the ion-chromatographic approach and post-column reaction; Pubblicazione Talanta, www.elsevier-com/locatetalanta 4. J. Font (1999) : Journal of the Society of Leather Technologists and Chemists 82, 91-95 5. U. Sammarco, Cuoio Pelli Materie Concianti 74, 83-94 (1998) 6. E. Scaglia, B. Vialetto Cuoio Pelli Materie Concianti 74, 121-133 (1998)
RINGRAZIAMENTI Si desidera ringraziare le ditte di analisi chimiche “Dedalo s.r.l. e Analitycal” per la disponibilità e per i campioni di cuoio forniti che ci hanno permesso di eseguire le analisi. Siamo grati al Sig. Paolo Rasia dell’ ITIS “G. Galilei” per il supporto tecnico offerto per la nostra ricerca.
Puoi anche leggere
