Come si analizzano i metalli pesanti nell’acqua (ICP-MS)

Questa pagina fa parte dei metodi analitici per l’acqua impiegati da un laboratorio accreditato e approfondisce la tecnica strumentale più usata per determinare più metalli pesanti insieme in un campione d’acqua: la spettrometria di massa con plasma accoppiato induttivamente, nota con l’acronimo inglese ICP-MS. L’obiettivo non è sostituire un percorso medico o normativo, ma spiegare con precisione cosa succede al campione una volta arrivato in laboratorio, così da poter leggere il referto con maggiore consapevolezza.

In breve

• L’ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) ionizza il campione in un plasma di argon ad altissima temperatura e separa gli ioni prodotti con uno spettrometro di massa, in base al rapporto tra massa e carica.
• La sua caratteristica distintiva è la capacità di misurare molti elementi contemporaneamente nello stesso campione, in un’unica corsa analitica, invece di analizzarli uno alla volta.
• È una tecnica particolarmente sensibile, adatta a rilevare concentrazioni molto basse di metallo, condizione utile per elementi come arsenico, piombo, nichel o cromo, di interesse per l’acqua destinata al consumo umano.
• Il campione attraversa fasi successive: introduzione tramite nebulizzatore, formazione del plasma, ionizzazione, separazione nello spettrometro di massa e conteggio degli ioni da parte del rivelatore.
• Alcune combinazioni di ioni possono generare interferenze poliatomiche: i laboratori le gestiscono con celle di collisione/reazione e con una taratura accurata dello strumento.
• Il mercurio, per la sua volatilità, è talvolta preferito con tecniche dedicate a vapore freddo, anche se l’ICP-MS può determinarlo.
• Il risultato è espresso in microgrammi per litro (µg/L) per ciascun elemento, con metodo, limite di rilevabilità e incertezza di misura riportati nel referto.
• Per il quadro normativo di riferimento sui metalli nell’acqua potabile vale il D.Lgs. 18/2023; per un inquadramento generale sui parametri dell’acqua potabile la guida di riferimento è acqua potabile: cosa significa e quando è sicura da bere.

Cos’è l’ICP-MS

In sintesi, l’ICP-MS è una tecnica strumentale che trasforma gli atomi presenti nel campione in ioni, usando un plasma di argon ad altissima temperatura, per poi separarli e contarli con uno spettrometro di massa in base al loro rapporto massa/carica: da questo conteggio, confrontato con una curva di taratura, si risale alla concentrazione di ciascun elemento.

Il campione liquido viene trasformato in un aerosol finissimo da un nebulizzatore e convogliato verso una torcia al plasma, dove un flusso di argon viene ionizzato da un campo a radiofrequenza fino a raggiungere temperature molto elevate. A queste temperature le molecole del campione si dissociano e gli atomi degli elementi presenti perdono un elettrone, diventando ioni positivi. Gli ioni vengono estratti dal plasma attraverso un sistema di interfaccia sotto vuoto crescente e indirizzati verso lo spettrometro di massa, tipicamente un quadrupolo, che li separa in funzione del rapporto tra massa e carica. Un rivelatore conta gli ioni che arrivano per ciascun valore di massa, e il software dello strumento converte il segnale in concentrazione, confrontandolo con standard di taratura a concentrazione nota.

Perché si usa l’ICP-MS per i metalli pesanti nell’acqua

In sintesi, l’ICP-MS si usa per i metalli pesanti perché permette di misurare simultaneamente molti elementi nello stesso campione con una sensibilità molto elevata, riducendo tempi analitici e volume di campione necessario rispetto a tecniche che analizzano un elemento alla volta. Resta comunque una tra le tecniche possibili, non l’unica.

Tecnica	Caratteristiche generali	Quando è tipicamente scelta
ICP-MS (massa con plasma accoppiato induttivamente)	Alta sensibilità, analisi simultanea di molti elementi	Pannelli ampi di metalli pesanti in un’unica analisi
GFAAS (assorbimento atomico, fornetto di grafite)	Alta sensibilità su un elemento alla volta, piccolo volume di campione	Determinazione mirata di un singolo metallo in tracce
ICP-OES (emissione ottica con plasma)	Sensibilità inferiore all’ICP-MS, multi-elemento	Elementi presenti a concentrazioni non estremamente basse

Le fasi dell’analisi: dal campione al risultato

La procedura ICP-MS si sviluppa in fasi successive, dalla preparazione del campione alla lettura strumentale, con l’acquisizione simultanea dei segnali di più elementi durante un’unica corsa analitica.

1. Preparazione del campione. Il campione viene raccolto in un contenitore idoneo e stabilizzato con un conservante acido; a seconda della matrice può richiedere una fase di mineralizzazione in laboratorio, per rendere disponibili alla misura i metalli legati a particelle solide o materiale organico.
2. Nebulizzazione. Un nebulizzatore trasforma il campione liquido in un aerosol di goccioline finissime; una camera di spruzzo seleziona le goccioline più piccole, le uniche adatte a raggiungere il plasma in modo efficiente.
3. Formazione del plasma e ionizzazione. Un flusso di argon viene ionizzato da un campo a radiofrequenza, generando un plasma ad altissima temperatura che dissocia le molecole del campione e ionizza gli atomi degli elementi presenti.
4. Separazione nello spettrometro di massa. Gli ioni prodotti vengono estratti dal plasma ed entrano nello spettrometro di massa, che li separa in base al rapporto tra massa e carica, tipicamente tramite un quadrupolo.
5. Rilevazione e calcolo. Un rivelatore conta gli ioni giunti per ciascuna massa; il software confronta il segnale con la curva di taratura costruita con standard certificati e restituisce la concentrazione di ciascun elemento in µg/L.

Durante l’acquisizione, lo strumento può impiegare celle di collisione o reazione per ridurre le interferenze poliatomiche, cioè segnali generati da combinazioni di ioni della matrice o del plasma che potrebbero sovrapporsi al segnale dell’elemento cercato, migliorando l’accuratezza del dato finale.

Quali metalli si misurano con l’ICP-MS

In sintesi, l’ICP-MS è impiegato per determinare un ampio ventaglio di metalli e metalloidi nell’acqua, spesso in un unico pannello: elementi come arsenico, piombo, nichel, cromo, cadmio e rame sono tra i più richiesti per finalità di potabilità, ma la tecnica è impiegabile su molti altri elementi in tracce.

Il vantaggio pratico per chi richiede l’analisi è poter ottenere, con un solo campione e un’unica corsa strumentale, i valori di più metalli insieme, invece di dover richiedere prove separate elemento per elemento. Il mercurio rappresenta un caso particolare: essendo un elemento volatile, alcuni laboratori preferiscono per questo specifico parametro tecniche dedicate a vapore freddo, pur restando l’ICP-MS una tecnica utilizzabile anche per il mercurio a seconda della configurazione strumentale.

Controllo qualità e affidabilità del dato

In sintesi, un valore misurato con ICP-MS è affidabile solo se accompagnato da un sistema di controllo qualità coerente: bianchi analitici, standard di verifica periodici della taratura, prove di recupero su campioni arricchiti e, idealmente, la partecipazione a circuiti di confronto interlaboratorio.

Questi controlli non sono un dettaglio riservato ai soli tecnici: sono ciò che rende un dato "misurato" anche un dato "affidabile", soprattutto quando si lavora a concentrazioni molto basse, dove un piccolo errore sistematico può cambiare l’esito del confronto con il valore di parametro fissato dalla normativa. L’accreditamento secondo la norma di riferimento per i laboratori di prova, rilasciato in Italia da ente di accreditamento, attesta che questi controlli sono applicati in modo sistematico e documentato per le prove incluse nello scopo di accreditamento.

Come si presenta il risultato nel referto

Il referto riporta, per ciascun metallo richiesto, il valore misurato in microgrammi per litro (µg/L), il metodo utilizzato, il limite di rilevabilità dello strumento e l’incertezza di misura associata al dato. Per i parametri destinati al consumo umano, il valore misurato viene confrontato con il relativo valore di parametro fissato dal D.Lgs. 18/2023; per un quadro completo sulla normativa di riferimento si può consultare la guida normativa acqua potabile in Italia (D.Lgs. 18/2023), mentre per un inquadramento generale sulle analisi dell’acqua la pagina di riferimento è analisi dell’acqua: guida completa.

Esempio pratico

Un laboratorio riceve un campione d’acqua di pozzo privato, prelevato per un pannello di metalli pesanti che comprende arsenico, piombo, nichel e cromo. Dopo la stabilizzazione con acido nitrico al momento del prelievo, in laboratorio il campione viene eventualmente mineralizzato e poi introdotto nello strumento ICP-MS tramite nebulizzatore. Il plasma di argon ionizza gli elementi presenti; lo spettrometro di massa separa e conta gli ioni di ciascun metallo nella stessa corsa analitica, restituendo simultaneamente quattro valori di concentrazione in µg/L. Prima di consegnare il dato, il laboratorio verifica che i controlli di qualità della sessione (bianco analitico, standard di verifica) rientrino nei criteri previsti, quindi riporta nel referto i risultati insieme a metodo, limite di rilevabilità e incertezza di misura, così che ciascun valore possa essere confrontato correttamente con il rispettivo valore di parametro di legge.

Domande frequenti

Cosa significa ICP-MS?

È l’acronimo di Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, in italiano spettrometria di massa con plasma accoppiato induttivamente: una tecnica che ionizza il campione in un plasma di argon e separa gli ioni prodotti in base al rapporto tra massa e carica per identificarli e quantificarli.

Perché si usa l’ICP-MS per i metalli pesanti nell’acqua?

Perché unisce una sensibilità molto elevata, utile a rilevare concentrazioni molto basse, alla possibilità di misurare molti elementi diversi nello stesso campione in un’unica analisi, riducendo tempi e volume di campione richiesti rispetto a tecniche mono-elemento.

L’ICP-MS può analizzare più metalli insieme nello stesso campione?

Sì, è la sua caratteristica distintiva: lo spettrometro di massa registra simultaneamente gli ioni di elementi diversi, così un pannello di metalli pesanti (ad esempio arsenico, piombo, nichel, cromo, cadmio) può essere determinato in un’unica corsa analitica.

Come si prepara il campione per l’ICP-MS?

Il campione va raccolto in un contenitore idoneo e stabilizzato con un conservante acido; a seconda della matrice può essere necessaria una fase di mineralizzazione in laboratorio per rendere disponibili alla misura i metalli legati a particelle o materiale organico.

Cosa sono le interferenze poliatomiche nell’ICP-MS?

Sono segnali generati da combinazioni di ioni presenti nel plasma o nella matrice del campione che possono sovrapporsi al segnale dell’elemento cercato. I laboratori le gestiscono con celle di collisione o reazione e con una taratura accurata dello strumento.

L’ICP-MS è adatto anche al mercurio?

Il mercurio può essere determinato con l’ICP-MS, ma per la sua natura volatile alcuni laboratori preferiscono, per questo specifico elemento, tecniche dedicate a vapore freddo. La scelta dipende dalla strumentazione e dallo scopo di accreditamento del laboratorio.

Il referto ICP-MS riporta anche l’incertezza di misura?

Sì. Un referto di laboratorio accreditato indica, per ciascun metallo, il valore misurato in µg/L, il metodo utilizzato, il limite di rilevabilità dello strumento e l’incertezza di misura associata, elementi necessari per interpretare correttamente il dato.

Serve un laboratorio accreditato per un’analisi ICP-MS affidabile?

L’accreditamento secondo la norma di riferimento per i laboratori di prova, rilasciato in Italia da ente di accreditamento, non riguarda lo strumento in sé ma attesta che il laboratorio applica il metodo con competenza tecnica verificata e un sistema di controllo qualità documentato.

Quanto tempo richiede un’analisi metalli con ICP-MS?

Dipende dal numero di elementi richiesti, dalla necessità di mineralizzazione del campione e dal carico di lavoro del laboratorio. Un’indicazione dei tempi viene comunicata al momento della richiesta dell’analisi.

Qual è la differenza tra ICP-MS e GFAAS?

L’ICP-MS misura molti elementi in un’unica corsa analitica grazie allo spettrometro di massa; il GFAAS (assorbimento atomico in fornetto di grafite) analizza tipicamente un elemento alla volta ma può risultare molto sensibile su singoli parametri. La scelta dipende dal pannello richiesto e dalla strumentazione del laboratorio.

In sintesi

L’ICP-MS è la tecnica strumentale con cui, tipicamente, un laboratorio determina più metalli pesanti insieme in un campione d’acqua: un plasma di argon ad altissima temperatura ionizza gli atomi presenti, uno spettrometro di massa li separa in base al rapporto massa/carica e un rivelatore li conta, restituendo una concentrazione per ciascun elemento. È una scelta legata alla necessità di analizzare pannelli ampi con sensibilità elevata, ma quello che conta per chi richiede l’analisi non è il dettaglio strumentale, bensì affidarsi a un laboratorio accreditato che applichi controlli di qualità coerenti e riporti nel referto metodo, limite di rilevabilità e incertezza di misura per ogni parametro. Per un quadro più ampio sui metodi di laboratorio, la guida di riferimento resta metodi analitici per l’acqua: come lavora un laboratorio accreditato; per capire come vengono analizzati altri parametri con tecniche strumentali diverse si possono consultare le pagine su come si analizzano gli IPA nell’acqua (HPLC), su come si fa l’analisi microbiologica dell’acqua (filtrazione su membrana) e su come si analizzano COD e BOD nelle acque reflue. Per attivare un’analisi dei metalli pesanti sulla propria acqua è possibile richiedere l’analisi, indicando la fonte e l’uso previsto dell’impianto.