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 carbonio organico è costituito prevalentemente da acidi fulvici ed acidi umici che derivano dalla trasformazione della sostanza organica. Le specie carbonatiche inorganiche disciolte sono CO2aq, H2CO3aq, HCO3- e CO32-. Il carbonio inorganico totale CTDIC è quindi dato dalla seguente espressione: CTDIC = [CO2*] + [HCO3−] + [CO32−] Dove: [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 e/o di carattere ambientale. Infatti, l’anidride carbonica è, dopo il vapore acqueo, il principale costituente gassoso dei gas vulcanici ed è caratterizzata da una elevata solubilità in acqua (circa 866 cc/l a T = 25°C e P = 1 atm). Questi due aspetti fanno si che in corrispondenza di sistemi vulcanici attivi si rinvengono acque particolarmente ricche in specie carbonatiche disciolte che W. F. Giggenbach ha definito come “peripheral waters”. Nelle aree vulcaniche attive, lo studio del TDIC e della sua composizione isotopica è utile sia come strumento per la sorveglianza geochimica dell’attività vulcanica [Caliro et al 1999], sia per la caratterizzazione genetica dell’anidride carbonica [Capasso et al., 2005; Chiodini et al., 2000]. 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. Recentemente i valori di δ13CTDIC ed i contenuti di TDIC in alcune acque sotterranee della Slovenia [Kanduc et al., 2012] sono stati utilizzati come traccianti biogeochimici per l’individuazione di acquiferi potenzialmente vulnerabili a processi di inquinamento. Le più comuni tecniche di analisi per la determinazione della concentrazione di carbonio totale inorganico disciolto (TDIC) possono essere divise in: 1) produzione di CO2 per acidificazione e successiva precipitazione in soluzioni basiche. Da fasi solide per acidificazione viene sviluppata anidride carbonica che fatta gorgogliata in soluzioni basiche, Ba(OH)2 o Sr(OH)2, precipita come carbonato poco solubile che viene analizzato mediate tecnica calcimetrica. 2) direttamente dalla fase liquida per titolazione acido-base con doppio indicatore e successivo ricalcolo sulla base dell’equilibrio chimico. Anche per la determinazione del δ13CTDIC si possono usare tecniche di estrazione direttamente dalla fase liquida o da fasi carbonatiche solide precipitate dalla soluzione. Alcuni di questi metodi implicano l’uso di apposite linee da vuoto per l’estrazione e la purificazione della CO2 prodotta, con lunghi “steps” analitici alcune volte laboriosi e articolati, lunghi tempi tecnici e grandi quantità di campione [Favara et al., 2002]. Negli ultimi anni, sono stati messi a punto metodi analitici rapidi per la determinazione del δ13CTDIC in campioni acquosi basati sulla estrazione della CO2 mediante sistemi automatici di acidificazione accoppiati a spettrometri di massa CF-IRMS [Capasso et al., 2005]. Il metodo qui proposto, che è una implementazione di quello di Capasso et al. [2005], prevede la possibilità di effettuare contemporaneamente sulla stessa aliquota di campione sia la determinazione quantitativa del contenuto di TDIC, sia la determinazione del δ13CTDIC. Il metodo è stato testato utilizzando alcune soluzioni ottenute dalla dissoluzione di quantità precise di Na2CO3 in polvere con composizione isotopica nota e su alcuni campioni di acque naturali per le quali il contenuto di TDIC è stato determinato analiticamente per titolazione volumetrica.

Published: 2024-02-13