BRIC ID.12 2016

Progettazione e sviluppo di un sistema sensoriale per la misura di composti volatili e la identificazione di microorganismi di interesse occupazionale.

Finanziato da: INAIL
Periodo: Giugno 2017 – Giugno 2019

Sensori
24 mesi
€ 293.000
I
In corso

Introduzione

I contaminanti organici dell’aria (sia indoor che outdoor) sono studiati da lungo tempo a causa delle loro proprietà tossiche e clima-alteranti; tra i composti volatili (VOCs) alcune sviluppano tossicità a breve termine, ma moltissimi sono tossici a medio-lungo termine (cancerogenicità e mutagenicità). Ad esempio di ciò si possono citare gli idrocarburi mono-aromatici (benzene, stirene ecc.), e gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA), che sono particolarmente dannosi anche perché spesso associati a polveri ultra-sottili. Per gli ambienti di lavoro esiste un’ampia normativa a livello europeo e nazionale, che indica oltre ai limiti di concentrazione su varie scale temporali, anche le procedure e i dispositivi atti a mitigare l’esposizione a questi composti e i metodi da seguire per compiere misurazioni ambientali. E’ stato inoltre dimostrato che numerosi VOCs sono prodotti dal metabolismo di funghi e batteri (MVOCs: microbial volatile organic compounds). Poichè questi composti possono essere rilevati nell’ambiente prima che via siano tracce visibili di crescita microbica, si sta diffondendo il loro utilizzo come indicatori di biocontaminazione. Il monitoraggio in tempo reale della qualità dell’aria, in particolare in ambienti indoor, consente di ricavare una distribuzione spaziale e temporale degli inquinanti sia chimici che biologici, condizione fondamentale per costruire modelli di previsione del rischio. Allo stato attuale, nonostante gli avanzamenti nella sensoristica ambientale degli ultimi anni (per particolato solido, gas e sostanze volatili), non sono ancora disponibili strumenti con costi contenuti, portabilità e semplicità di uso in grado di garantire un monitoraggio capillare e affidabile degli ambienti di lavoro:
condizione necessaria per limitare i rischi in tempo reale e supportare i processi decisionali da parte dei responsabili della sicurezza. Gli strumenti attualmente in uso, inoltre, oltre alla rilevazione difficilmente permettono anche il campionamento dei diversi agenti inquinanti, in particolare quelli associati alle polveri sottili, per analisi successive più accurate da svolgere in laboratorio.

Descrizione

Questo progetto si propone pertanto lo sviluppo di sistemi sensoriali compatti, modulari e a basso costo, per l’analisi in tempo reale di inquinanti chimici e/o biologici ottimizzabili per i vari ambienti di lavoro. Tali sistemi saranno composti da sottosistemi assemblabili a seconda delle esigenze: sensori di composti volatili, analizzatori di campioni solidi, campionatori di gas e polveri, misuratori di preconcentrazione di composti volatili, elettronica di interfaccia e sistemi comunicazione, software di elaborazione e presentazione dei dati. L’elettronica di comunicazione sarà basata su modalità wireless. Verranno privilegiati i sistemi elettronici a basso consumo in modo da garantire la completa portabilità. A tal scopo, per la presentazione dati e la gestione delle informazioni, saranno considerati dispositivi mobili come tablet e smart-phone. Nella fase iniziale del progetto verranno selezionati i possibili scenari applicativi, le sostanze volatili di interesse e i principali interferenti da considerare. Un esempio di applicazione riguardera’ il monitoraggio dello stirene, un caratteristico inquinante negli impianti di lavorazione della vetroresina e nell’industria automobilistica. Si studierà anche la possibilità di monitorare alcuni microorganismi attraverso l’analisi dei metaboliti volatili. Verrà inoltre analizzata la possibilità di installare sistemi sensoriali compatti su veicoli autonomi, e.g., mini-robot o droni, per l’ispezione di aree ad alto rischio, quali scenari post-incendio o ambienti industriali a seguito di fughe di contaminanti.

Obiettivi

Rispetto alle conoscenze già disponibili, il presente progetto intende realizzare una tipologia di stazione sensoriale di nuova concezione in grado di monitorare in tempo reale inquinanti solidi e volatili di interesse per la salute dei lavoratori. Sebbene siano già disponibili strumentazioni in grado di analizzare diversi inquinanti pericolosi o tossici per l’uomo, e nonostante il grande sviluppo delle procedure analitiche degli ultimi anni, molte problematiche restano ancora irrisolte. I punti di forza del sistema che si propone di realizzare sono:
1) compattezza, portabilità e basso costo; caratteristiche fondamentali per favorire la diffusione capillare di questi dispositivi per la sicurezza nel maggior numero dei luoghi di lavoro; garantire la raccolta di un gran numero di dati in tempo reale per analisi successive più accurate e per la generazione di modelli di rischio; possibilità di collocare questi sistemi su mezzi a guida autonoma, e.g., robot o droni, per il monitoraggio di ambienti ad alto rischio, a seguito di emergenze, dove l’accessibilità umana deve essere limitata (post incendio, fughe di inquinanti altamente tossici, etc.);
2) trasferimento delle informazioni in tempo reale tramite tecnologie di comunicazione wireless. Interfaccia grafica per la visualizzazione di mappe di distribuzione degli inquinanti misurati dai sensori su supporti mobili quali tablet e smarthphone con procedure di allerta automatico, se necessario;
3) possibilità di campionamento di inquinanti su supporti dedicati per analisi approfondite ex-situ;
4) possibilità di pre-concentrazione basato su tecnologia purge-and-trap per migliorare la soglia di rivelabilità di composti di particolare interesse.

Partecipanti

  • Dipartimento di Ingegneria Elettronica, Università di Tor Vergata;
  • Dipartimento di Scienze, Università di Roma 3;
  • Istituto sull’Inquinamento Atmosferico, Consiglio Nazionale delle Ricerche
  • Laboratorio Rischio Agenti Chimici del DIMEILA – INAIL
Antonella Macagnano

Antonella Macagnano

Responsabile Scientifico

email: a.macagnano@@@iia.cnr.it

Gruppo di lavoro

Angelo Cecinato

cecinato@@@iia.cnr.it

Emiliano Zampetti

email: e.zampetti@@@iia.cnr.it

Alessandro Capocecera

email: a.capocecera@@@iia.cnr.it

Joshua Avossa

email: j.avossa@@@iia.cnr.it

Catia Balducci

e-mail: balducci@@@iia.cnr.it

Corrado Di Natale

e-mail: dinatale@@@uniroma2.it

Roberto Paolesse

e-mail: paolesse@@@uniroma2.it

Fabrizio De Cesare

e-mail: decesare@@@unitus.it