Lo studio dei rapporti isotopici fornisce informazioni in diversi settori scientifici, come in campo ambientale, medico, farmaceutico ecc.. Il carbonio totale presente nelle acque naturali è il risultato della somma della frazione inorganica di carbonio (TDIC) e di quella organica (TOC). Nelle acque naturali il TOC, che deriva dalla trasformazione della sostanza organica costituita prevalentemente da acidi fulvici e umici, viene spesso utilizzato come un indicatore non specifico della qualità dell’acqua. La somma delle specie carbonatiche inorganiche disciolte in soluzione H2CO3aq o CO2aq, HCO3− e 2− CO3 formano il TDIC. Il TDIC è quindi dato dalla seguente espressione: CTDIC = [CO2*] + [HCO3−] + [CO32−] (1) dove: CTDIC è il carbonio inorganico totale disciolto [CO2*] è la somma delle concentrazioni di anidride carbonica e dell’acido carbonico [CO2aq]+ [H2CO3aq]; [HCO3−] è la concentrazione di ioni bicarbonato; [CO32−] è la concentrazione di ioni carbonato; Nella geochimica delle acque la determinazione del TDIC e della sua composizione isotopica (δ13CTDIC) è molto importante, perché rappresenta il risultato di complessi processi di interazione acquaroccia-gas e trova applicazione in studi per la caratterizzazione e l’individuazione di aree anomale di degassamento. Lo studio dei gas disciolti nelle acque, è stato utilizzato con successo in prospezioni geochimiche per risolvere problemi idrogeologici, geotermici e minerari. Italiano et.al., [2009] attraverso lo studio del δ13CTDIC insieme ad altri parametri chimici e fisici hanno dimostrato l’esistenza di un area di degassamento attivo presente su una vasta area sismica nelle Alpi meridionali (Friuli Regione, NE Italia). Chiodini et al., [1999] dai bilanci di massa sui valori di TDIC e sui valori di δ13CTDIC determinati nelle acque dei principali acquiferi carbonatici degli Appennini dell’Italia centrale, hanno determinato e quantificato l’apporto di CO2 di origine profonda proveniente dal mantello e originata dal termometamorfismo di rocce carbonatiche. In campo vulcanologico lo studio di variazioni temporali osservati del δ13CTDIC in alcune acque geotermiche di Ischia, è stato riconosciuto come significativo per la sorveglianza vulcanica dell’isola stessa [Caliro et al., 1999]. L’anidride carbonica è, dopo il vapore acqueo, il principale costituente gassoso dei gas vulcanici ed al contrario della maggior parte di gas emessi è caratterizzato da una elevata solubilità in acqua (circa 866 cc/l a T = 25°C e P = 1 atm) che genera forme ionizzate. Questi aspetti fanno si che in corrispondenza di aree vulcaniche attive si rinvengono acque particolarmente ricche in specie carbonatiche, generalmente CO2aq, HCO3-, classificate come “peripheral waters” da Giggenbach, proponendole come possibili indicatori di un attività vulcanica e/o sismica. Negli ultimi anni sono stati messi a punto metodi analitici rapidi per la determinazione sia della composizione isotopica che della concentrazione del TDIC, su campioni acquosi, mediante estrazione della CO2 con sistemi automatici di acidificazione accoppiati a spettrometri di massa CF-IRMS [Capasso et al., 2005; Oliveri et al., 2013]. Il metodo analitico introdotto da Capasso et al., [2005] per la determinazione del δ13CTDIC è basato sull’acidificazione del campione con acido orto-fosforico (H3PO4) al 100% e successiva determinazione tramite tecnica IRMS. La strumentazione utilizzata da Capasso et al., [2005] comprende uno spettrometro di massa a flusso continuo di He “AP2003” connesso ad un sistema automatizzato “Carbonate Prep System” entrambi della Analytical Precision Ltd. Sia lo spettrometro di massa AP2003 che il Carbonate Prep System sono stati da qualche anno sostituiti in commercio con strumenti più sensibili ed efficienti, questo ha portato a nuove standardizzazioni nelle metodiche analitiche di determinazione del δ13C, δ18O e δD. Uno degli ultimi ritrovati in campo analitico per le analisi del δ13C in campioni solidi e acquosi è il sistema di preparazione Thermo Scientific GasBench II associato allo spettrometro Thermo Scientific Delta V a flusso continuo di He. Il GBII/Delta V ha apportato delle variazioni nelle procedure di analisi automatizzando sempre più le operazioni analitiche, riducendo i tempi di lavoro ed introducendo al tempo stesso una maggiore sensibilità strumentale legata ad un alta flessibilità e versatilità. Con questo nuovo strumento le determinazioni del δ13C e del δ18O in campioni solidi possono essere svolte con circa 10ug di campione rispetto al mg di campione richiesto in passato. Il cambiamento tecnologico con l’utilizzo di nuove metodologie ha portato ad un aggiornamento delle tecniche analitiche al fine di acquisire degli standard di laboratorio sempre più alti in conformità con le attuali linee di ricerca. Il seguente lavoro ha lo scopo di applicare la metodologia utilizzata da Capasso et al., [2005] al Thermo Scientific GasBench II / Delta V. La metodologia è stata testata con alcune soluzioni di NaHCO3 in polvere a composizione isotopica nota e su alcuni campioni di acque naturali. Gli strumenti utilizzati e le prove effettuate sono state svolte presso i laboratori analitici dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia della sezione di Palermo.

Published: 2022-01-13