Analisi del levoglucosano e delle frazioni del carbonio totale

PROGETTO PARFIL
RAPPORTO TECNICO dettagliato - terza annualità
UO3 – Università degli Studi di Milano
1
2
1
Roberta Vecchi , Paola Fermo , Gianluigi Valli ,
2
1
Andrea Piazzalunga , Sara Comero
1
Istituto di Fisica Generale Applicata
2
Dipartimento di Chimica Inorganica, Metallorganica e Analitica
Riassunto
Nella presente relazione si presentano i risultati delle attività condotte dalla UO3 nella terza annualità del
progetto PARFIL (come da programma progetto PARFIL approvato dal CDP).
Tra le attività presentate nelle differenti Schede ha avuto un ruolo predominante l’analisi del levoglucosano
e delle frazioni del carbonio totale sui campioni di particolato atmosferico, raccolto durante le tre annualità
del progetto PARFIL, al fine di interpretare il contributo della legna e la formazione dell’aerosol carbonioso
di origine secondaria e di effettuare una ricostruzione modellistica del particolato misurato. E’ stata inoltre
effettuata la stesura del protocollo da applicare per la determinazione degli zuccheri in GC-MS (copia in
allegato) e la metodica è stata trasferita ai laboratori di ARPA Lombardia.
In particolare:
1) sono state effettuate analisi di carbonio organico ed elementare e di levoglucosano su 222 filtri,
campionati nella regione Lombardia negli anni 2005, 2006 e 2007, al fine di determinare il
contributo della legna nella formazione del particolato (PM10 e PM2.5) in atmosfera (Scheda
UniMI 1);
2) è stato effettuato uno studio di letteratura per valutare i possibili marker per la combustione della
legna; il levoglucosano si è rivelato essere il migliore candidato per la sua univocità e stabilità in
atmosfera. Mediante il campionamento e le analisi chimiche effettuate su 30 filtri, campionati nei
sistemi di combustione maggiormente utilizzati nella regione Lombardia, sono stati determinati i
fattori di merito levoglucosano/OC in relazione al tipo di impianto utilizzato e al tipo di legna
(Scheda UniMI 2A);
3) sono state completate le analisi (1490 in totale) di carbonio totale, organico ed elementare su filtri
campionati nella regione Lombardia negli anni 2005, 2006 e 2007, al fine di quantificare le
componenti primaria e secondaria dell’aerosol carbonioso (Scheda 3A, Scheda 3B);
4) in collaborazione con l’UO1 è stato effettuato uno studio delle prestazioni dei modelli a dispersione
attualmente in uso presso ARPA Lombardia. Sono state completate le analisi di carbonio e ioni su
campioni di PM10 relativi agli anni 2006 e 2007 campionati nell’ambito del progetto PARFIL
(Scheda UO1 4);
5) a seguito dell’interconfronto tra gli spettrometri EDXRF Epsilon5 di ARPA Lombardia e l’ED2000
dell’Istituto di Fisica Generale Applicata (IFGA) sono state effettuate analisi XRF su 35 campioni
invernali relativi agli anni 2005 e 2006 al fine di identificare l’origine del materiale terrigeno e
valutare gli effetti sul PM10 dello spargimento di sale in seguito alle precipitazioni nevose (Scheda
UniMI 4).
Abstract
This document reports the results of the activities performed by the Unit UO3 (University of Milan) in the
third year of PARFIL project.
The main aim of this activities consisted in the quantification of levoglucosan and carbonaceous fraction in
particulate matter samples, in order to: 1) study the biomass burning contribution and the secondary aerosol
formation and 2) reconstruct the measured particulate matter concentration using a modeling technique.
Moreover, a protocol for the determination of anhydrosugars in GC-MS has been written down and this
method was transferred to the ARPA Lombardia laboratory.
In particular:
1) 222 filter analyses of levoglucosan, organic carbon and elemental carbon have been carried out
aiming at identifying and quantifying the wood contribution in atmospheric particulate matter
(PM10 and PM2.5) (Scheda UniMI 1). The analysed filters have been sampled during the years
2005, 2006 and 2007 in Lombardy;
2) a literature study to evaluate the best markers for wood combustion has been performed.
Levoglucosan resulted the best choice because of its unambiguity and its stability in the atmosphere.
Analysing 30 filters sampled in the most used combustion systems in Lombardy, the emission
factors levoglucosan/OC and levoglucosan/PM have been determined in relation to the type of
combustion system and the type of brushwood (Scheda UniMI 2A);
3) in order to quantify the primary and the secondary components of the carbonaceous aerosol, 1490
analyses on PM10 samples have been completed quantifying total, organic and elemental carbon.
These filters have been sampled in different locations in Lombardy during the years 2005, 2006 and
2007 (Scheda 3A, Scheda 3B);
4) in collaboration with the UO1 unit, a study on the performance of the dispersion models used in
ARPA Lombardia has been carried out. Analyses of carbon and ions on PM10 samples (years 2006,
2007) have been completed, in order to use these results for a comparison with modelled data
(Scheda UO1 4);
5) after having compared the EDXRF spectrometers Epsilon5 (ARPA Lombardia) and ED2000 (Istituto
di Fisica Generale Applicata, IFGA), XRF analysis on 35 winter samples, collected during the years
2005 and 2006, have been carried out in order to identify the resuspended soil matter contribution
and to evaluate the effects caused by the road salting after snowfalls on PM10 levels (Scheda
UniMI 4).