Nutrient Source Tracking – Analisi dei nitrati in acqua

Un nitrato è una molecola presente in natura, formata da 3 atomi di ossigeno che circondano un atomo di azoto centrale. Il nitrato è un prodotto naturale della fissazione dell’azoto effettuata dai batteri e si trova quindi nel suolo, nelle acque di scarico e nelle acque superficiali. Il nitrato viene anche prodotto artificialmente su scala commerciale per essere utilizzato come conservante nei salumi e, grazie alla sua elevata solubilità e biodegradabilità, come vettore di altri nutrienti nei fertilizzanti.

Perché un eccesso di nitrati rappresenta un problema?

L’uso eccessivo, nel secolo scorso, di fertilizzanti a base di nitrati naturali e artificiali ha comportato un accumulo di grandi quantità di nitrati negli strati superficiali del suolo. Con il tempo, questi depositi raggiungono la falda acquifera tramite infiltrazione. Alte concentrazioni di nitrati nell’acqua potabile possono risultare tossiche (10 mg/L o superiore, EPA 2018), privando il sangue di ossigeno tramite metaemoglobinemia.

Inoltre, alti livelli di nitrati nelle acque superficiali provocano una crescita algale eccessiva. Le fioriture algali bloccano la luce del sole e creano zone anossiche (con bassissime concentrazioni di ossigeno disciolto), ambienti non abitabili dagli organismi acquatici. L’eutrofizzazione può dunque avere un forte impatto negativo sull’industria della pesca.

Sources of Nitrates

I servizi di analisi dei nitrati di Beta Analytic

Beta Analytic, un laboratorio accreditato ISO 17025, effettua analisi della concentrazione dei nitrati e altre misurazioni isotopiche che possono essere utilizzate per studiare le fonti, le alterazioni ambientali e il percorso dei nitrati nell’ambiente.

Fonte

Una molecola di nitrato contiene naturalmente diversi isotopi dell’ossigeno e dell’azoto; i più comuni sono l’ossigeno-16 e l’azoto-14, mentre i più rari sono l’ossigeno-18 e l’azoto-15. Quando il nitrato si forma o viene utilizzato in ambiente naturale o artificiale, la massa della molecola si modifica.

Queste differenze vengono espresse sotto forma di valori delta e vengono confrontate con standard accettati a livello internazionale.
Per esempio: 

Alterazioni

Una molecola di nitrato in natura subisce delle alterazioni, ad esempio tramite denitrificazione, un processo mediante il quale i batteri utilizzano NO3-. Durante la denitrificazione, i batteri utilizzano principalmente le molecole di nitrato contenenti azoto-14 e ossigeno-16, cosicché il nitrato residuo presenta alte concentrazioni di ossigeno-18 e azoto-15. La nitrificazione ha invece l’effetto opposto.

Impatto

L’origine, la disponibilità di ossigeno, il pH e l’uso del territorio giocano un ruolo nei valori isotopici dei nitrati e devono essere tenuti in considerazione quando si analizzano dati isotopici. I valori isotopici sono uno strumento utile per capire da dove proviene il nitrato e quali processi ha subito la molecola prima di essere campionata.

Beta Analytic analizza gli isotopi stabili di ossigeno e azoto con servizio rapido e certificato ISO 17025, utilizzando il metodo della spettrometria di massa con acceleratore. Risultati dei test in 14 giorni lavorativi.


Riferimenti:

Aravena, R., Evans, M. L., & Cherry, J. A. (1993). Stable isotopes of oxygen and nitrogen in source identification of nitrate from septic systems. Groundwater, 31(2), 180-186.

Florida Department of Health Fact Sheet – Chemicals in Private Drinking Water Wells

Hosono, T., Tokunaga, T., Kagabu, M., Nakata, H., Orishikida, T., Lin, I. T., & Shimada, J. (2013). The use of δ15N and δ18O tracers with an understanding of groundwater flow dynamics for evaluating the origins and attenuation mechanisms of nitrate pollution. Water research, 47(8), 2661-2675.

Isotope Tracers in Catchment Hydrology (1998), C. Kendall and J. J. McDonnell (Eds.). Elsevier Science B.V., Amsterdam. pp. 519-576.

Li, S. L., Liu, C. Q., Li, J., Xue, Z., Guan, J., Lang, Y., … & Li, L. (2013). Evaluation of nitrate source in surface water of southwestern China based on stable isotopes. Environmental earth sciences, 68(1), 219-228.

US EPA Fact Sheet – Preventing Eutrophication: Scientific Support for Dual Nutrient Criteria

US EPA National Primary Drinking Water Regulations