La qualità di un’acqua e la sua possibile utilizzazione derivano dalla valutazione di una serie di parametri analitici di tipo chimico e microbiologico. Le acque di sorgente in particolare possono essere destinate al consumo umano, all’irrigazione oppure all’uso industriale. Di non minore importanza riveste poi la necessità di sorvegliare nel tempo il grado di inquinamento delle stesse per la salvaguardia della salute pubblica e dell’ambiente. La qualità di un’acqua di sorgente è influenzata da molti fattori, come il clima, le caratteristiche del suolo, il tipo di roccia entro la quale l’acqua nasce e infine l’utilizzo che l’uomo fa del terreno in cui l’acqua scorre e che contribuisce ad arricchirla di sali minerali e sostanze varie. Si rende essenziale, quindi, dotarsi di sistemi di monitoraggio continuo delle acque che, attraverso la valutazione delle caratteristiche analitiche, siano in grado di stabilire la qualità della fonte, le eventuali variazioni e le strategie adeguate al ripristino delle condizioni preesistenti o alla variazione di utilizzo. Le metodiche di analisi classiche prevedono l’osservazione dei singoli parametri analitici e quindi una valutazione soggettiva dell’operatore, suscettibile quindi di scarsa obiettività. Questo a maggior ragione considerando il fatto che con l’ausilio di strumentazione sempre più sofisticata e informatizzata il numero di dati presenta una crescita esponenziale. Le metodiche analitiche più avanzate, note sotto il nome di analisi multivariata, si basano invece sull’utilizzo simultaneo di un altissimo numero di dati per un numero molto grande di campioni. L’analisi multivariata ci consente, inoltre, di manipolare dati provenienti da variabili non omogenee, con la possibilità di considerare contemporaneamente parametrici chimici, fisici e microbiologici, potendo così valutare tutte le informazioni possibili contenute nel sistema, le eventuali correlazioni tra i vari parametri e ottenere un responso statisticamente significativo e soprattutto obiettivo. Un esempio di questa procedura di analisi è stata sviluppata nel monitoraggio di una serie di sorgenti situate nel comprensorio di Serra San Bruno. L’area studiata è situata in provincia di Vibo Valentia (VV) e si estende per una superficie di circa 27,75 km2. Il tipo di roccia da cui nascono le sorgenti studiate è di tipo plutonico, composto prevalentemente da graniti e granodioriti ed appartiene all’era geologica del Paleozoico. L’area studiata è attraversata da diversi fiumi, il principale è l’Ancinale, in esso affluiscono altri fiumi e torrenti minori, alcuni dei quali originati dalle sorgenti analizzate. Il lavoro è consistito nell’impostare un modello multivariato di classificazione per il monitoraggio nel tempo di 18 sorgenti di acqua, ognuna descritta da 8 parametri analitici, selezionati perchè mostravano la più elevata percentuale di variazione nei campioni. L’analisi si è avvalsa di due metodi chemiometrici multivariati: Cluster Analysis e Classificazione mediante algoritmo PLS2. Il principio guida nella ricerca di informazione utile è, in generale, quello di ricercare la presenza nei dati di strutture non casuali. Questo obiettivo è stato perseguito mediante un metodo di cluster analysis, il quale fornisce possibili risposte sulla presenza di raggruppamenti (cluster) utilizzando il concetto di similarità. I metodi di classificazione hanno l’obiettivo di costruire, sulla base di un certo numero di variabili indipendenti (descrittori), un modello matematico capace di individuare la classe a cui appartiene un nuovo oggetto. I Cluster trovati rappresentano la variabile dipendente in una matrice di dati che è stata sottoposta all’algoritmo di regressione PLS2 (Partial Least Squares) per la costruzione di un modello multivariato di classificazione. Il modello di classificazione è stato poi ottimizzato e validato. Il modello elaborato è stato quindi applicato ad una nuova matrice di dati, relativi alle analisi effettuate a distanza di uno e due anni sugli stessi punti di prelievo, per monitorare e verificare eventuali variazioni nella distribuzione tra le classi. Nella indagine eseguita sono stati individuati 5 cluster di sorgenti, caratterizzate da un diverso numero di campioni. Nel successivo periodo di monitoraggio, alcune sorgenti hanno cambiato classe d’appartenenza. E’ stato verificato che questa variazione è imputabile principalmente alla fluttuazione del parametro Nitrati (NO3-). Proprio le porzioni territoriali adiacenti le sorgenti che hanno mostrato la suddetta variazione vengono utilizzate per la coltivazione di diversi seminativi, secondo la pratica della rotazione di colture. L’utilizzazione di concimi chimici azotati, che solitamente si applicano a questo tipo di produzione, possono influenzare notevolmente la concentrazione dei nitrati contenuti nelle acque di sorgente. Il lavoro di ricerca da noi sviluppato dimostra come, grazie all’ausilio di nuove tecniche analitiche, è possibile classificare e monitorare nel tempo dei campioni in base alle loro proprietà caratterizzanti. Nel nostro caso si sono valutate sorgenti di acqua, ma l’indagine può essere facilmente estesa a qualsiasi matrice alimentare e non solo. Le tecniche chemiometriche, benché richiedano delle conoscenze specialistiche dedicate, sono di grande utilità per chi ne sfrutta le enormi potenzialità. In un periodo in cui si sente forte la ricerca della sicurezza e qualità ambientale, chiunque voglia investire nello sviluppo turistico di un determinato territorio, deve necessariamente avvalersi di tutte le risorse che la scienza moderna è in grado di fornire.
CONTROLLO DI QUALITÀ DELL’ACQUA MEDIANTE ANALISI CHEMIOMETRICA
DE LUCA M;IOELE, Giuseppina;RAGNO G.
2006-01-01
Abstract
La qualità di un’acqua e la sua possibile utilizzazione derivano dalla valutazione di una serie di parametri analitici di tipo chimico e microbiologico. Le acque di sorgente in particolare possono essere destinate al consumo umano, all’irrigazione oppure all’uso industriale. Di non minore importanza riveste poi la necessità di sorvegliare nel tempo il grado di inquinamento delle stesse per la salvaguardia della salute pubblica e dell’ambiente. La qualità di un’acqua di sorgente è influenzata da molti fattori, come il clima, le caratteristiche del suolo, il tipo di roccia entro la quale l’acqua nasce e infine l’utilizzo che l’uomo fa del terreno in cui l’acqua scorre e che contribuisce ad arricchirla di sali minerali e sostanze varie. Si rende essenziale, quindi, dotarsi di sistemi di monitoraggio continuo delle acque che, attraverso la valutazione delle caratteristiche analitiche, siano in grado di stabilire la qualità della fonte, le eventuali variazioni e le strategie adeguate al ripristino delle condizioni preesistenti o alla variazione di utilizzo. Le metodiche di analisi classiche prevedono l’osservazione dei singoli parametri analitici e quindi una valutazione soggettiva dell’operatore, suscettibile quindi di scarsa obiettività. Questo a maggior ragione considerando il fatto che con l’ausilio di strumentazione sempre più sofisticata e informatizzata il numero di dati presenta una crescita esponenziale. Le metodiche analitiche più avanzate, note sotto il nome di analisi multivariata, si basano invece sull’utilizzo simultaneo di un altissimo numero di dati per un numero molto grande di campioni. L’analisi multivariata ci consente, inoltre, di manipolare dati provenienti da variabili non omogenee, con la possibilità di considerare contemporaneamente parametrici chimici, fisici e microbiologici, potendo così valutare tutte le informazioni possibili contenute nel sistema, le eventuali correlazioni tra i vari parametri e ottenere un responso statisticamente significativo e soprattutto obiettivo. Un esempio di questa procedura di analisi è stata sviluppata nel monitoraggio di una serie di sorgenti situate nel comprensorio di Serra San Bruno. L’area studiata è situata in provincia di Vibo Valentia (VV) e si estende per una superficie di circa 27,75 km2. Il tipo di roccia da cui nascono le sorgenti studiate è di tipo plutonico, composto prevalentemente da graniti e granodioriti ed appartiene all’era geologica del Paleozoico. L’area studiata è attraversata da diversi fiumi, il principale è l’Ancinale, in esso affluiscono altri fiumi e torrenti minori, alcuni dei quali originati dalle sorgenti analizzate. Il lavoro è consistito nell’impostare un modello multivariato di classificazione per il monitoraggio nel tempo di 18 sorgenti di acqua, ognuna descritta da 8 parametri analitici, selezionati perchè mostravano la più elevata percentuale di variazione nei campioni. L’analisi si è avvalsa di due metodi chemiometrici multivariati: Cluster Analysis e Classificazione mediante algoritmo PLS2. Il principio guida nella ricerca di informazione utile è, in generale, quello di ricercare la presenza nei dati di strutture non casuali. Questo obiettivo è stato perseguito mediante un metodo di cluster analysis, il quale fornisce possibili risposte sulla presenza di raggruppamenti (cluster) utilizzando il concetto di similarità. I metodi di classificazione hanno l’obiettivo di costruire, sulla base di un certo numero di variabili indipendenti (descrittori), un modello matematico capace di individuare la classe a cui appartiene un nuovo oggetto. I Cluster trovati rappresentano la variabile dipendente in una matrice di dati che è stata sottoposta all’algoritmo di regressione PLS2 (Partial Least Squares) per la costruzione di un modello multivariato di classificazione. Il modello di classificazione è stato poi ottimizzato e validato. Il modello elaborato è stato quindi applicato ad una nuova matrice di dati, relativi alle analisi effettuate a distanza di uno e due anni sugli stessi punti di prelievo, per monitorare e verificare eventuali variazioni nella distribuzione tra le classi. Nella indagine eseguita sono stati individuati 5 cluster di sorgenti, caratterizzate da un diverso numero di campioni. Nel successivo periodo di monitoraggio, alcune sorgenti hanno cambiato classe d’appartenenza. E’ stato verificato che questa variazione è imputabile principalmente alla fluttuazione del parametro Nitrati (NO3-). Proprio le porzioni territoriali adiacenti le sorgenti che hanno mostrato la suddetta variazione vengono utilizzate per la coltivazione di diversi seminativi, secondo la pratica della rotazione di colture. L’utilizzazione di concimi chimici azotati, che solitamente si applicano a questo tipo di produzione, possono influenzare notevolmente la concentrazione dei nitrati contenuti nelle acque di sorgente. Il lavoro di ricerca da noi sviluppato dimostra come, grazie all’ausilio di nuove tecniche analitiche, è possibile classificare e monitorare nel tempo dei campioni in base alle loro proprietà caratterizzanti. Nel nostro caso si sono valutate sorgenti di acqua, ma l’indagine può essere facilmente estesa a qualsiasi matrice alimentare e non solo. Le tecniche chemiometriche, benché richiedano delle conoscenze specialistiche dedicate, sono di grande utilità per chi ne sfrutta le enormi potenzialità. In un periodo in cui si sente forte la ricerca della sicurezza e qualità ambientale, chiunque voglia investire nello sviluppo turistico di un determinato territorio, deve necessariamente avvalersi di tutte le risorse che la scienza moderna è in grado di fornire.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
