Traccianti fluorescenti

In idrologia e idrogeologia un tracciante è un qualsiasi tipo di sostanza o proprietà dell’acqua che può essere usata per seguire il percorso dell’acqua (superficiale o sotterranea). I traccianti artificiali sono sostanze o particelle che vengono immesse (volontariamente o accidentalmente) in un corpo d’acqua, ma che sarebbero naturalmente assenti (o presenti con un basso tenore di fondo).

Tra i traccianti artificiali di più diffusa applicazione compaiono sicuramente i traccianti fluorescenti (noti in inglese come fluorescent dyes, o semplicamente dyes), anche definiti "coloranti": si tratta di sostanze utilizzate appunto come coloranti nell'industria tessile, cosmetica o alimentare, che hanno appunto la proprietà di colorare le acque anche a concentrazioni molto basse.

L'applicazione dei traccianti fluorescenti in idrogeologia nasce storicamente nel mondo dell'esplorazione speleologica e dello studio dei sistemi carsici, per scoprire connessioni idrogeologiche sotterranee, per dimostrare l'esistenza di "corsi d'acqua sotterranei": la prima applicazione con approccio scientifico, esito positivo e documentazione dei risultati risale al 1877 in Germania.

Il più famoso tracciante fluorescente è certamente la “Fluoresceina sodica” (o Uranina), nota come “Fluoresceina”, usata anche in campo medico diagnostico (ad esempio nella fluorangiografia in ambito oculistico). Ma ne esistono molti altri: Eosina, Rhodamine (Sulforhodamina-B, Sulforhodamina-G, Rhodamina-WT), Tinopal, Amino-G-Acid, Naftionato di sodio sono le molecole attualmente di più diffusa applicazione.

Si tratta di sostanze organiche artificiali contenenti un gruppo aromatico che determina la fluorescenza (proprietà di ri-emettere un fotone dopo avere assorbito luce visibile o ultravioletta), con un picco di massima fluorescenza in corrispondenza di una specifica lunghezza d'onda dello spettro UV-visibile. Le diverse lunghezze d'onda permettono la separazione analitica delle diverse molecole.

I traccianti fluorescenti presentano diversi vantaggi applicativi:

• costi dei traccianti relativamente bassi
• bassissimo limite di rilevabilità analitica (10^-1 ÷ 10^-3 ug/L)
• medio-elevata solubilità in acqua
• possibilità di rilevare i segnali di fluorescenza in continuo con strumentazione altamente specializzata (fluorimetri da campo)
• possibilità di effettuare iniezioni multiple di diversi traccianti analiticamente separabili
• atossicità per la maggior parte dei composti (Behrens et al., 2001).

Come ogni tecnologia, non sono esenti da alcune limitazioni:

• protocolli analitici ancora non disponibili nei laboratori commerciali certificati
• medio-alta fotodegradazione
• problematiche di adsorbimento su matrice solida dell'acquifero (di entità variabile a seconda della sostanza e del mezzo acquifero)
• alcune sostanze sono sensibili al pH dell'acqua
• possibile interferenza tra sostanze.

Metodologie di campionamento / analisi:

• campionamenti discreti (manuali o automatizzati) dell'acqua e conferimento a laboratorio
• monitoraggio in continuo con fluorimetri da campo
• campionamento passivo con fluocaptori (o fluorocaptori) che accumulano il tracciante e conferimento a laboratorio.

Una prova di tracciamento usa un tracciante artificiale per seguire il flusso dell’acqua e si basa sul semplice principio di monitorare le possibili vie d’uscita della sostanza immessa in acquifero.

La prova consiste materialmente nell'immissione di una sostanza artificiale (il tracciante) all'interno di uno o più punti di accesso alle acque sotterranee e nella successiva ricerca della stessa sostanza presso altri punti di passaggio o recapito delle acque sotterranee, per la verifica del collegamento idrico sotterraneo. Attraverso il monitoraggio (campionamenti ripetuti nel tempo o utilizzo di strumentazione di campo per monitoraggio in continuo), si possono determinare i tempi d’arrivo e quindi le velocità.

• direzioni di flusso
• velocità di flusso
• parametri dell’acquifero:
  • conducibilità idraulica
  • dispersività
  • porosità efficace
• connessione idrogeologica/idraulica tra punti:
  • tra una sorgente di contaminazione ed un potenziale bersaglio
  • tra due falde idriche
• identificazione di perdite idriche:
  • da un invaso idrico artificiale
  • da sistemi fognari
• tenuta idraulica di sistemi sotterranei di confinamento delle acque:
  • barriera idraulica costituita da pozzi o trincee
  • barriere fisiche: diaframmi, palancole, impermeabilizzazioni, ...

Behrens H., Beims U., Dieter H., Dietze G., Eikmann T., Grummt T., Hanisch H., Henseling H., Käss W., Kerndorff H., Leibundgut C., Müller-Wegener U., Ronnefahrt I., Scharenberg B., Schleyer R., Schloz W. & Tilkes F. (2001). Toxicological and ecotoxicological assessment of water tracers. Hydrogeology Journal, 9(3): 321–325.

Benischke R., Goldscheider N. & Smart C. (2007) Tracer techniques. In: Methods in karst hydrogeology. Taylor & Francis Eds., 2007.

Fetter C.W. (2008) Contaminant Hydrogeology. 2nd Edition, Waveland Press Inc., Long Grove, 500 pp.

Käss W. (1998). Tracing techiniques in geohydrology. Balkema editions.

Leibundgut C., Maloszewski P. & Külls C. (2011). Tracers in hydrology. Wiley.

Schudel B., Biaggi D., Dervey T., Kozel R., Müller I., Ross J.H. & Schindler U. (2002). Utilisation des traceurs artificiels en hydrogéologie – Guide pratique. Rapporti dell'UFAEG, Serie Geologia, N. 3, pp. 77.