1
Introduzione
L’arsenico è un elemento particolare, in quanto fa parte della categoria dei semimetalli,
trovandosi quindi a metà strada tra le proprietà dei metalli e quelle dei non-metalli.
L’importanza di uno studio sulla determinazione di questo elemento è legata alla tossicità
delle sue varie forme. La causa della tossicità dell’arsenico è dovuta in larga parte alla sua
grande somiglianza dal punto di vista chimico col fosforo, che può sostituire in alcune
reazioni biochimiche. Tra i problemi causati dall’avvelenamento da arsenico si possono
citare malattie epidermiche, respiratorie, cardiovascolari, gastrointestinali, genetiche,
mutageniche, cancerogeniche. Tutte le forme di arsenico vengono ritenute tossiche, ma
sono la mobilità, la forma chimica e la capacità d’interagire con composti endogeni
dell’organismo umano a determinare il grado di tossicità delle varie specie. L’As(III)
risulta infatti 25-60 volte più tossico dell’As(V), e centinaia di volte più tossico
dell’arsenico elementare e delle forme organiche. Le forme di arsenico organico sono
molto meno pericolose delle forme inorganiche, in quanto vengono in genere prontamente
eliminate dall’organismo.
Secondo direttive della Food and Agricolture Organization (FAO) e della World Health
Organization (WHO), una quantità di arsenico di 15 μg/kg a settimana è il massimo
apporto tollerabile per un essere umano. L’Environmental Protection Agency (EPA),
considera l’arsenico un inquinante prioritario a causa della sua tossicità verso un ampio
spettro di organismi anche a livello di tracce; in ragione di ciò il limite massimo della
presenza di questo elemento per le acque potabili è stato abbassato da 50 a 5 g/l.
Recentemente, anche l’Unione Europea ha ridotto il limite da 10 a 5 μg/l.
Nel corso degli anni sono state registrate diverse e spesso consistenti contaminazioni di
falde acquifere e terreni in varie parti del mondo, come in Stati Uniti e Regno Unito, e
soprattutto in Bangladesh, Cina e India. È attestato che 32 milioni di americani bevono
acqua contenente più di 2 μg/l di arsenico. In Bangladesh, dove si registrano numerosi casi
di inquinamenti di falde acquifere a causa dell’elevata presenza di arsenico inorganico di
origine geologica, nell’acqua che viene normalmente consumata può raggiungere l’elevato
quantitativo di 2 mg/l. Si stima che siano quindi a rischio 50 milioni di persone, e questo
potrebbe diventare il più grande disastro di avvelenamento umano mai verificato.
Da tutto ciò nasce la necessità di poter disporre di tecniche per la determinazione
dell’arsenico e, date le basse quantità d’interesse, di tecniche analitiche sufficientemente
sensibili; inoltre la differenza in tossicità delle varie specie evidenzia l’interesse di poter
disporre di un metodo che permetta di poter distinguere il contributo di As(III) e As(V).
2
I metodi riportati in letteratura utilizzati nella determinazione dell’arsenico sono in genere
metodi spettroscopici. Queste metodiche però richiedono strumenti spesso molto costosi,
procedure lunghe e complicate, pretrattamenti particolari del campione, sono tecniche
convenienti per l’analisi in solo laboratorio, e non in campo, e non sono esenti da
problematiche di interferenza. Inoltre, generalmente non sono in grado di effettuare
un’analisi di speciazione, ma vengono utilizzate per la determinazione dell’Arsenico
Totale; per la speciazione richiedono infatti di essere accoppiati a tecniche separative, il
che comporta inevitabilmente maggior consumo di tempo, rischi di perdite e scarsa
riproducibilità.
Metodi elettrochimici sono invece in grado di distinguere i diversi stati di ossidazione,
sono molto sensibili, versatili, hanno bassi costi, consentono la possibilità della
miniaturizzazione di elettrodi e strumentazioni, permettendo la messa a punto di
apparecchiature portatili (sensori). Per questo motivo negli anni sono state proposte diverse
metodologie voltammetriche per la determinazione dell’arsenico, utilizzando varie
tipologie di elettrodo. Inizialmente la scelta è ricaduta sulle varie possibilità realizzative
offerte da elettrodi a mercurio, mentre oggigiorno si tende a non utilizzarli più, dato
l’elevato impatto ambientale di questo metallo. Inoltre le possibilità analitiche di questo
tipo di elettrodi sono fortemente limitate da uno stretto range anodico. Vengono quindi
proposti elettrodi solidi, i più comuni dei quali sono di platino, d’argento, d’oro.
Quest’ultimo viene concordemente ritenuto il migliore per la determinazione dell’arsenico.
Nel corso di questa Tesi si è messo a punto ed ottimizzato un metodo per la determinazione
dell’arsenico(III) mediante voltammetria di stripping anodico utilizzando un elettrodo
d’oro laterale. Una volta appurate le potenzialità della metodica, si è valutata la possibilità
della sua applicazione per il monitoraggio di acque potabili.
E' stato inoltre studiato il comportamento elettrochimico dell'arsenico sull'elettrodo
confrontando i dati sperimenti con quelli teorici.
Parallelamente è stato effettuato uno studio delle caratteristiche della superficie d’oro
dell’elettrodo.
È stata anche studiata la speciazione As(III)/As(V) utilizzando una metodologia separativa
basata su di un’estrazione liquido-liquido e accoppiata ad analisi in assorbimento atomico.
Parte I - Sezione Compilativa
“Le incredibili scoperte della chimica
esprimono con forza la magia della natura”
Johann Wolfgang von Goethe (1749-1832), filosofo tedesco
Sezione Compilativa, Capitolo 1 L’Arsenico
4
Capitolo 1 - L’Arsenico
1.1 Abbondanza, Mineralogia ed Utilizzi
L’arsenico è il 20° elemento più abbondante nella crosta terrestre (la concentrazione media
è di 1.8 mg/kg), il 14° nelle acque marine (in media 0.3 μg/l) e il 12° nel corpo umano (in
totale tra 14 e 20 mg). È anche rilevabile in quasi tutti i tessuti animali e vegetali. La
presenza di arsenico nell’ambiente è dovuta sia a fattori naturali (circa un terzo del totale,
7900 tonnellate all’anno [1, 2, 3]), le cui principali fonti sono di origine vulcanica e
geologica, sia a fattori di origine antropica.
In natura lo si trova in diversi minerali del sottosuolo; se ne conoscono più di 200, di cui i
più importanti sono l’orpimento (As
2
S
3
), il realgar (As
2
S
2
), l’arsenolite (As
2
O
3
), la
cobaltite (CoAsS), e l’arsenopirite (FeAsS); l’arsenico viene rilasciato nell’ambiente
principalmente a causa dell’ossidazione di quest’ultimo minerale, che è il più abbondante e
importante contenente arsenico [4, 5] In Figura 1.1 vengono mostrate le immagini di alcuni
minerali di arsenico.
(a) (b) (c) (d) (e)
Figura 1.1 Immagini di alcuni minerali di arsenico:
orpimento (a), realgar (b), arsenolite (c), cobaltite (d), arsenopirite (e)
L’arsenico mostra il fenomeno dell’allotropia. Per rapido raffreddamento a bassa
temperatura dei vapori di arsenico si ottiene una forma instabile, poco densa, detta
arsenico giallo. Sotto l’azione della luce si trasforma in una forma amorfa detta arsenico
nero. Per riscaldamento di quest’ultimo o per lento raffreddamento dei vapori di arsenico si
ottiene l’arsenico grigio, che è quello usuale, in forma di fragili cristalli di lucentezza
metallica. L’arsenico giallo è solubile nel solfuro di carbonio, mentre le forme nera e grigia
sono insolubili. Per riscaldamento in assenza di aria, l’arsenico sublima formando un
vapore la cui densità corrisponde alla molecola tetratomica As
4
[4].
Molte sono le applicazioni industriali dell’arsenico: esso viene usato come indurente in
leghe di piombo e rame, in componenti elettronici, in catalizzatori; composti dell’arsenico
Sezione Compilativa, Capitolo 1 L’Arsenico
5
vengono anche usati in pigmenti, insetticidi, erbicidi, conservanti per il legno, nella
fabbricazione del vetro, in pallini da caccia in lega col piombo, prodotti chimici veterinari,
antisettici. Importante è la sua applicazione nella fabbricazione di semiconduttori, ad
esempio di GaAs [2, 3], per la quale viene utilizzata la sua forma ultrapura. In Figura 1.2
sono riportate la differenza tra un minerale di arsenico e l’arsenico utilizzato per
semiconduttori.
(a) (b)
Figura 1.2 Arsenico nativo (a) e ultrapuro per semiconduttori (b)
La combustione di legname, carbone, e altri combustibili fossili è un’ulteriore sorgente
antropica dell’arsenico: data la sua presenza in ogni tessuto animale e vegetale, l’arsenico
si ritrova nel legname e nei combustibili che derivano da organismi vissuti anticamente.
L’origine naturale e gli utilizzi umani ne causano perciò un’ampia distribuzione nei diversi
comparti ambientali. A causa della sua presenza ubiquitaria, viene ritrovato normalmente
in cibi e bevande [6]: in base ad una ricerca effettuata in Canada tra il 1985 e il 1988 è
emerso che il maggior contributo deriva dalla categoria dei prodotti ittici (il 64% della
provenienza), seguita da quella degli alimenti carnei e dalla categoria dei cereali e prodotti
derivati. Dall'esame su di una serie di prodotti alimentari si sono ottenute stime
sull'assunzione giornaliera di arsenico in alcuni paesi occidentali: l'ingestione totale media
va dai 12 µg/giorno degli abitanti del Belgio agli 89 µg/giorno degli abitanti della Gran
Bretagna [7].
Quantità minime di arsenico si trovano normalmente in alcuni tessuti dell’organismo
umano, specie se di origine ectodermica: epidermide, peli, tiroide, cervello, mammelle [8].
1.2 Chimica dell’Arsenico
1.2.1 Proprietà Chimiche, Chimico-Fisiche e Composti
L’arsenico è l’elemento con numero atomico 33 della Tavola Periodica, fa parte del 4°
periodo ed appartiene al gruppo 15 (VA) con N, P, Sb, Bi. Il suo CAS Number è 7440-38-
Sezione Compilativa, Capitolo 1 L’Arsenico
6
2. Come B, Si e Te fa parte dei semimetalli, presentando quindi proprietà a metà tra quelle
dei metalli e quelle dei non-metalli. Come ipotetico ione metallico l’arsenico può venire
complessato, ad esempio da alogenuri, mentre come elemento non-metallico può anche
agire da agente complessante in alcuni suoi composti quali le arsine. L’arsenico possiede
un solo isotopo in natura, l’
75
As, che è quindi presente per il 100%; esistono isotopi
artificiali, come l’
76
As, che viene usato come tracciante radioattivo in tossicologia [3].
In Tabella 1.1 sono riportate alcune proprietà chimico-fisiche e caratteristiche
dell’arsenico.
Tabella 1.1 Proprietà chimico-fisiche e caratteristiche dell’arsenico
Proprietà Valore
Massa Atomica 74.92160 u.m.a.
Raggio Atomico (calcolato) 1.14 Å
Configurazione Elettronica [Ar] 3d
10
4s
2
4p
3
Elettronegatività 2.18
Fase a Temperatura Ambiente Solido
Struttura Cristallina Romboedrica
Durezza di Mohs 3.5
Punto di Fusione 1090 K
Punto di Ebollizione (Sublimazione) 887 K
Temperatura Critica 1673 K
Densità relativa 5.727 kg/l
Resistività Elettrica 333 nΩ∙m (a 20° C)
Conducibilità Termica 50.2 W∙m
-1
∙K
-1
(a 300 K)
Una caratteristica peculiare dell’arsenico e dei suoi composti è che quando vengono
scaldati sublimano, senza quindi passare attraverso la fase liquida [3, 9, 10].
Esiste in quattro stati di ossidazione: -3, 0, +3, +5. Di questi, lo stato termodinamicamente
più stabile è il +5. I principali composti inorganici sono l’arsina AsH
3
, l’anidride
arseniosa As
2
O
3
, (composto abbastanza solubile in acqua dove si comporta come un
ipotetico acido arsenioso H
3
AsO
3
, acido debole che non può venire isolato ma di cui si
conoscono i sali), l’anidride arsenica As
2
O
5
, l’acido arsenico H
3
AsO
4
e i suoi sali [4].
Sezione Compilativa, Capitolo 1 L’Arsenico
7
L’arsenico ha elevata affinità per gli alogeni (in particolare per il cloro), con i quali forma
diversi alogeno-complessi
, per lo zolfo, e per i non-metalli. Non essendo un vero e proprio
metallo, e quindi non ionizzandosi facilmente, è in grado di formare solo legami covalenti.
Forma diversi composti intermetallici con molti metalli (arseniuri, ad esempio), e in forma
di acido arsenico, può formare con alcuni elementi, come il molibdeno e il tungsteno,
eteropoliacidi complessi (come H
3
AsM
12
O
40
e H
6
As
2
M
18
O
62
, dove M sta per Mo o W).
Allo stato elementare è anche in grado di formare leghe con diversi metalli, ad esempio
con rame e piombo [9, 10].
L’arsenico è insolubile in acqua, in solventi basici e acidi non-ossidanti, mentre è solubile
in acido nitrico ed in acqua regia. Riscaldato brucia con fiamma blu-bianca e forma fumi
densi di As
2
O
3
[3].
As
2
O
3
viene anche utilizzato con purezza di standard primario per standardizzare la
soluzione di ioduro per la titolazione iodometrica [11].
Numerosi sono anche i composti organici dell’arsenico. Le forme più comuni nelle acque
naturali sono l’acido monometilarsonico (MA) e l’acido dimetilarsonico (DMA). Nella
fauna marina, in particolare nei molluschi, è possibile trovare altri composti organo-
arsenicali, come l’arsenocolina, l’arsenobetaina, lo ione tetrametilarsonio e alcuni
arsenozuccheri. Si può anche trovare sotto forma di metilarsine, ma sembra che la
biometilazione da parte di batteri metanogeni sia poco efficace [12, 13].
In Figura 1.3 è riportato il ciclo biogeochimico dell’arsenico [14].
Figura 1.3 Il ciclo biogeochimico dell’arsenico
I trialogenuri di arsenico sono forti accettori di ioni alogenuro, ed infatti sono stati isolati numerosi
complessi di varia composizione; complessi alogenidrici di arsenico sono stati egualmente ben caratterizzati
anche nello stato di ossidazione +5. Tali complessi vengono normalmente ottenuti per reazione diretta del
trialogenuro o del pentalogenuro con l’appropriato ione alogenuro donatore [10].
Sezione Compilativa, Capitolo 1 L’Arsenico
8
Composti organico-arsenicali di sintesi sono le metilarsine e le clorometilarsine, utilizzati
come gas venefici di guerra; un importante composto è l’acido dimetilarsinico (o
calcodilico) (Me
2
AsOOH), dal quale è iniziata la ricerca farmacologica che nella prima
metà del novecento ha permesso di arrivare al Salvarsan (o Composto 606), capostipite dei
farmaci utilizzati nella cura della sifilide [8, 15], la cui formula molecolare è riportata in
Figura 1.4.
Figura 1.4 Formula molecolare del Salvarsan
1.2.2 Proprietà Tossicologiche, Biochimiche e Farmacologiche
In base alla classificazione secondo le “Linee guida italiane per il contenimento delle
emissioni inquinanti degli impianti industriali e la fissazione dei valori minimi di
emissione” (DM n.51 del 12/7/1990), l’arsenico e i suoi composti appartengono alla Classe
II delle sostanze ritenute cancerogene e/o teratogene e/o mutagene [3].
La causa della tossicità dell’arsenico è dovuta in larga parte alla sua somiglianza, dal punto
di vista chimico, con il fosforo, che fa sì che lo possa sostituire in alcune reazioni
biochimiche, il che lo rende un elemento particolarmente insidioso [16]. Questo fenomeno
viene definito “imitazione molecolare”. L'arseniato imita il fosfato e viene perciò
trasportato attraverso le membrane cellulari esattamente con lo stesso meccanismo; di
conseguenza la sua collocazione nei tessuti segue strettamente quella dei fosfati. La
similarità strutturale dell'ossianione endogeno fosfato con gli ossianioni tossici di arsenico
è alla base del meccanismo di imitazione; le due molecole sono entrambe in forma
pentavalente e a pH fisiologico parzialmente ionizzate. L'arseniato può quindi partecipare
ad una sequenza di reazioni metaboliche fino al fallimento dell'imitazione ed al
sopraggiungere delle conseguenze tossiche.
La mobilità, la forma chimica e la capacità d’interagire con composti endogeni
dell’organismo umano determinano il grado di tossicità delle diverse specie dell’arsenico:
la forma As(III) risulta essere 25-60 volte più tossica della forma As(V), e centinaia di
volte più tossica della forma elementare e di quelle organiche. L’ordine generale di
tossicità è quindi AsH
3
>As(III)>As(V)>As(0)≈RAsX [17].
Sezione Compilativa, Capitolo 1 L’Arsenico
9
In forma di As(III) può legarsi ad enzimi che presentino gruppi tiolici, causandone
l’inattivazione, e in questo modo bioaccumulandosi molto facilmente all’interno
dell’organismo, in particolare nell’epidermide e nei capelli. Alla luce di questo
meccanismo si spiega l'efficace azione antidotale svolta nell'avvelenamento da arsenico da
sostanze contenenti gruppi tiolici, capaci in questo modo di impedirne la combinazione con
le proteine tissutali. In forma di As(V) inibisce la fosforilazione ossidativa ed alcuni
sistemi enzimatici (come la δa-glicerofosfato deidrogenasi e la citocromo-ossidasi).
La biometilazione da parte dell’organismo può essere considerata un meccanismo di
detossificazione, in quanto i composti metilati sono meno tossici e vengono più facilmente
escreti [18].
È stato anche ipotizzato che l’arsenico sia un elemento essenziale per la biochimica umana,
in quanto a piccole dosi migliora l’azione di alcuni neurotrasmettitori [1]. Spesso
l’arsenico viene riportato come elemento essenziale per gli organismi animali, anche se a
concentrazioni molto basse [19]: l'arsenico viene infatti addizionato in alcuni mangimi
come promotore per la crescita di alcuni animali. Savory e Willis [20]consigliano l'utilizzo
di mangimi contenenti un quantitativo di arsenico tra 0.3 e 0.5 mg∙kg
-1
, mentre tra 10 e 50
mg∙kg
-1
vengano osservati sintomi di tossicità. Anke et al. [21] hanno riscontrato che
deficienze di arsenico durante il periodo di vita intrauterino e durante lo svezzamento
possono causare problemi nella crescita delle capre. Gli autori hanno calcolato che capre,
porcellini, ratti e polli necessitano di 50 μg∙di arsenico per kg di mangime.
Leonard [22] riporta che l’arsenico presente nel suolo è in grado di inibire la crescita di
alcune piante (ad esempio riso e grano).
In anni recenti l’arsenico ha trovato anche utilizzi terapeutici, in quanto stimola la
produzione di emoglobina e influenza il metabolismo di arginina, zinco e manganese, e
viene perciò prescritto nel trattamento dell’anemia. Diverse acque termali devono
probabilmente all’arsenico il loro effetto tonico e le loro proprietà curative [23].
Le proprietà farmacologiche dell’arsenico sono del tutto peculiari. I farmaci a base di
arsenico lo contengono stabilmente legato nella molecola in modo che non si dissoci e si
liberi esplicando le sue proprietà tossiche. Esperimenti in vitro condotti sulla Spirocheta
pallida, il parassita patogeno della sifilide, hanno dimostrato che il Salvarsan non ha
proprietà antisettiche in sé, ma diventa attivo una volta che ha luogo la decomposizione
della molecola organica, che in questo modo libera in maniera controllata l’arsenico, che è
l’elemento che esplica l’effetto antisettico [8].
Sezione Compilativa, Capitolo 1 L’Arsenico
10
1.3 Determinazione dell’Arsenico
1.3.1 Analisi nei Tempi Passati
Nell’analisi qualitativa, è noto fin dai tempi antichi che i composti dell’arsenico riscaldati
su carbone emanano un caratteristico odore agliaceo, dovuto alla riduzione di As(III). Il
riconoscimento dell’arsenico può essere effettuato attraverso la precipitazione dei suoi
solfuri, insolubili in ambiente acido.
Data l’assenza di odore e sapore e dato che i sintomi di avvelenamento da arsenico erano
mal definiti, era considerato il veleno prefetto, e pertanto spesso utilizzato negli omicidi,
fino alla scoperta, durante il XIX secolo, di test di laboratorio in grado di svelarne
efficacemente la presenza nei tessuti.
A questo scopo il chimico britannico James Marsh ideò nel 1836 il cosiddetto “Test di
Marsh”, per risolvere in campo clinico-legale casi sospetti di avvelenamento con arsenico.
Il campione di tessuto viene preventivamente digerito con un ossidante energico come
acido nitrico concentrato a caldo, clorato di potassio e acido cloridrico, o una miscela di
acido nitrico e solforico, al fine di distruggerne la sostanza organica; successivamente la
soluzione del campione viene posta in una bottiglia con due fori contenente zinco
granulare purissimo. Nei fori vengono infilati dei tubi di vetro in entrata e in uscita, quindi
viene introdotto acido solforico nella bottiglia attraverso il tubo d’entrata. In queste
condizioni, si sviluppa H
2
e, in presenza di arsenico, si ottiene arsina, secondo la reazione:
3
) ( ), (
2 4 4 2
AsH H ZnSO SO H Zn
V III As
. Il gas formato nella bottiglia viene fatto
passare attraverso il tubo d’uscita, posto orizzontalmente; quest’ultimo presenta una
strozzatura nel mezzo e termina all’estremità con una punta rivolta verso l’alto. In questa
sezione dell’apparecchiatura il gas viene fatto incendiare: l’H
2
brucia e l’arsina si
decompone termicamente,
2 3
3 2 2 H As AsH , bruciando con fiamma azzurro pallido.
Se sopra la fiamma si pone una capsula di porcellana preventivamente raffreddata con
acqua, l’arsenico si deposita in forma elementare come macchia nera solubile in ipoclorito
di sodio.
In alternativa, scaldando il tubo prima della strozzatura, l’arsina si decompone col calore e
l’arsenico elementare si deposita sulle pareti sotto forma di un anello grigio-nero metallico.
Facendo passare una corrente d’aria, l’arsenico depositato brucia formando anidride
arseniosa che si deposita sulle pareti fredde in piccoli ottaedri, i quali sciolti con acido
cloridrico e acido solforico danno luogo ad un precipitato di As
2
S
3
.
Questo metodo, basato sulla formazione e sulle diverse proprietà dell’arsina, nonostante
l’apparente semplicità permette la rilevazione di quantità molto basse di arsenico (centinaia
Sezione Compilativa, Capitolo 1 L’Arsenico
11
di ng). Il Test di Marsh servì anche come deterrente: gli omicidi con arsenico divennero
molto rari per la paura di venire facilmente scoperti.
Successivamente al Test di Marsh sono stati proposti altri metodi.
Metodo di Gutzeit: si pone il campione in una provetta e si addizionano zinco e acido
solforico puri; si colloca sulla provetta un pezzo di carta da filtro su cui è depositato
AgNO
3
: in presenza di AsH
3
si forma Ag
3
As∙3AgNO
3
, che ricopre con uno strato
giallo i cristalli del sale. Successivamente, con l’aggiunta di acqua si osserva
annerimento per liberazione di argento metallico, secondo la Reazione di Gutzeit:
Ag AsO H HNO O H AgNO As Ag 6 3 3 3
3 3 3 2 3 3
Metodo di Bettendorf: si discioglie il campione in HCl concentrato al fine di formare
cloro-complessi di arsenico, quindi si aggiunge una piccola quantità di SnCl
2
, e si
osserva un imbrunimento del liquido fino a precipitazione di arsenico bruno-nerastro
allo stato elementare, secondo la Reazione di Bettendorf:
4 2 3
3 2 3 2 SnCl As SnCl AsCl [8. 15].
1.3.2 Analisi nei Tempi Moderni
L’arsenico può venire determinato con buona accuratezza per mezzo di titolazione
iodometrica in ambiente basico di idrogenocarbonato di sodio:
HI O As O H I O As 4 2 2
5 2 2 2 3 2
[8, 11]
Altre tecniche utilizzate sono quelle spettrofotometriche: si tratta di metodi basati su una
reazione colorimetrica che coinvolge selettivamente As(III) o As(V). La sensibilità di tali
metodologie non è elevatissima, trova applicazioni nell’analisi di acque naturali. Spesso
viene accompagnata da separazioni chimiche e/o fisiche (frazionamento), in cui si effettua
una separazione selettiva di una particolare specie dell’arsenico prima della determinazione
(per esempio: si converte l’arsenito ad AsCl
3
, composto volatile, non-polare) che viene poi
separata dalle forme organoarsenicali per distillazione o estrazione con solvente. Un
esempio è quello riportato da Tamari et al. [24]: gli autori effettuano una coprecipitazione
di As(III) e As(V) con Th(OH)
4
in ambiente basico; il precipitato viene poi centrifugato e
disciolto in HCl concentrato. L’As(III) viene determinato spettrofotometricamente
utilizzando il metodo dell’Ag-dietilditiocarbammato (Ag-DDTC), dopo essere stato
convertito in AsH
3
per riduzione con NaBH
4
a pH 6. Lavorando a pH 1 si ha invece la
È proprio con questo metodo che Primo Levi, come racconta ne Il Sistema Periodico, riuscì a scoprire che
lo zucchero portato ad analizzare da un ciabattino era stato avvelenato con arsenico da un concorrente
invidioso del suo successo.
Sezione Compilativa, Capitolo 1 L’Arsenico
12
riduzione di tutto l’arsenico presente, ottenendo la determinazione dell’Arsenico Totale;
per differenza si può ricavare l’As(V).
La determinazione dell’arsenico viene generalmente effettuata utilizzando tecniche di
spettroscopia atomica, talvolta in combinazione con tecniche cromatografiche al fine di
separarne le diverse specie: la speciazione dell’arsenico può in questo modo essere
effettuata per la determinazione di As(III)/As(V) sia in forma inorganica che organica.
La determinazione può essere effettuata attraverso Spettroscopia di Assorbimento Atomico
(AAS) o con Spettroscopia di Fluorescenza Atomica (AFS). In entrambi i metodi è
possibile sfruttare l’arricchimento per generazioni d’idruri (HG), convertendo le diverse
specie con NaBH
4
in idruri (o, più specificamente in arsine, per cui sarebbe più corretto
parlare di arricchimento per generazione di vapori). La limitazione nell’applicabilità del
metodo è che il composto dell’arsenico sia in grado di formare un idruro. In congiunzione
con la HG, si utilizza anche la tecnica di intrappolamento a freddo o intrappolamento
criogenico: le arsine volatili generate vengono intrappolate criogenicamente con N
2
liquido
in un tubo contenente un supporto solido per gascromatografia, che viene poi gradualmente
scaldato mentre le arsine vengono volatilizzate in sequenza ed introdotte nel rivelatore per
AAS o AFS.
Si può utilizzare ulteriormente un accoppiamento con un cromatografo liquido (HPLC), in
modo da separare in partenza le diverse specie dell’arsenico. Con l’utilizzo dell’AFS il
metodo ha limiti di rivelabilità comparabili con quelli ottenuti con HPLC-ICP-MS.
L’incorporazione di uno stadio di decomposizione prima dello stadio di HG permette di
estendere la gamma di composti analizzabili. Le specie vengono separate in HPLC, fatte
passare in una camera di reazione e decomposte da agenti ossidanti o da radiazione UV in
forma di composti di As(V) in grado di formare idruri; questi vengono ridotti ad arsina e
introdotti direttamente nel rivelatore. L’efficienza dipende dal composto e dalla matrice.
L’utilizzo del gascromatografo con rivelatore a spettrometro di massa (GC-MS) permette
un’eccellente separazione e rivelazione di composti volatili dell’arsenico, ma in realtà le
applicazioni sono ridotte, dato che pochi sono i composti volatili dell’arsenico.
Alternativamente, si può utilizzare come sistema di atomizzazione un plasma ad
accoppiamento induttivo (ICP), sia con rivelatore ottico (ICP-AES) sia con spettrometro di
massa (ICP-MS). Talvolta l’ICP viene interfacciato ad un HPLC per studi di speciazione.
L’ICP con rivelatore ottico non è sufficientemente sensibile per l’analisi di campioni in cui
l’arsenico è presente a livello di ultratraccia (ad esempio campioni biologici). Si preferisce
pertanto come rivelatore lo spettrometro di massa. L’ICP-MS è quindi la tecnica ritenuta
maggiormente affidabile e sensibile; è conveniente per campioni acquosi ed estratti
Sezione Compilativa, Capitolo 1 L’Arsenico
13
acquosi di campioni biologici ed ambientali, ed è in grado di rivelare tutte le specie di
arsenico con una risposta essenzialmente uniforme, il che facilita la quantificazione delle
varie specie dopo la loro separazione cromatografica. Possono verificarsi interferenze
spettrali (dovute alla formazione di
40
Ar
35
Cl), ma possono venire superate tramite
l’accoppiamento con un cromatografo o con l’utilizzo di celle per reazione o collisione o
tramite HR-ICP-MS. In caso di accoppiamento con HPLC, la tecnica è generalmente
ristretta a fasi mobili con un basso contenuto di solvente organico e non viene applicata
alla determinazione di composti apolari; l’identificazione dei composti dell’arsenico è
possibile grazie al confronto con i tempi di ritenzione di standard; il metodo presenta
perciò lo svantaggio di essere inevitabilmente legato alla disponibilità di standard, e può
venire unicamente utilizzato per riconoscere composti già noti, non per identificarne di
nuovi.
L’accoppiamento con la tecnica HG permette di ridurre ulteriormente i limiti di rivelabilità
di HPLC-ICP-MS.
La speciazione dell’arsenico può essere ottenuta anche accoppiando la separazione
cromatografica ad altre tecniche di spettrometria di massa. L’utilizzo della electrospray
ionization permette con la MS o con la MS-MS di confermare l’identificazione delle specie
dell’arsenico, e di ottenere informazioni strutturali su nuovi composti; presenta però gravi
problemi di effetto matrice e la quantificazione risulta difficoltosa.
Un’altra tecnica che viene utilizzata è l’elettroforesi capillare con rivelatore UV (CE-UV),
che combina la selettività e la sensibilità dell’elettroforesi con l’ampia rivelazione UV
delle specie dell’arsenico, ma ha bassi limiti di rivelabilità a causa del ridotto volume di
campione utilizzato che ne impedisce spesso l’applicazione a campioni reali.
Vengono ancora utilizzati metodi spettroscopici basati sui raggi X, registrando in situ
principalmente dati sull’intorno chimico dell’atomo di arsenico; dato che le informazioni
ottenute sono indipendenti in certa misura dalle altre forme di arsenico presenti nel
campione, è possibile ottenere informazioni sulle specie presenti senza bisogno di
effettuare separazioni; ciò permette l’applicazione della tecnica a campioni solidi,
rendendo non più necessarie fasi di estrazione, ed è quindi molto utile per analisi su
sedimenti e suoli [25].
Una metodologia d’analisi meno comune è quella che fa uso dell’Analisi per Attivazione
Neutronica (NAA). I vantaggi principali consistono nel fatto che non è un metodo
distruttivo e che può essere applicato al campione senza troppi trattamenti e manipolazioni.
Gli svantaggi sono l'utilizzo di apparecchiature costose. L’attivazione neutronica non
consente però di distinguere tra i diversi stati di ossidazione di un elemento; al fine di
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