Frazione carboniosa
Uno degli elementi maggiormente presenti nel particolato in atmosfera è il carbonio, la parte di massa attribuibile ad esso è definita come “frazione carboniosa”.
Esso si presenta principalmente legato solo a se stesso, come nella fuliggine, oppure legato anche ad altri elementi per costituire molecole definite “organiche”. Nella pratica analitica queste due quantità vengono definite e quantificate in base a caratteristiche specifiche (come l’inerzia termica), oppure tenendo conto del metodo di misura utilizzato.
Il carbonio elementare (EC) può essere considerato come una sostanza contenente solo atomi di carbonio, non legati ad altri elementi, sebbene non esista una definizione unica e condivisa. Nell’analisi di aerosol atmosferico viene formalmente associato alla fuliggine prodotta dalle combustioni incomplete (soot) ed è quantificato tramite analisi termo-ottiche e identificato come la frazione di aerosol carbonioso che resiste all’ossidazione fino a 350-400°C. Essenzialmente è un inquinante primario, emesso cioè direttamente dalla sorgente tal quale: di solito deriva da sorgenti antropiche.
Spesso il carbonio elementare viene associato al black carbon (BC) anche se non c’è perfetta sovrapposizione tra i due. Anche per il BC non c’è una definizione ufficiale ma può essere inteso come l’insieme delle specie carboniose in grado di assorbire la radiazione luminosa nello spettro visibile. EC e BC sono descritti da differenti proprietà termiche e ottiche.
Il carbonio organico (OC) indica invece la quantità di carbonio presente nel PM che forma le cosiddette “specie organiche”, è legato cioè con altri atomi di carbonio, idrogeno, ossigeno, zolfo, azoto, fosforo, cloro o altro. Comprende molti composti con caratteristiche (come volatilità, polarità, reattività) anche molto diverse.
Il carbonio organico presente sulle particelle comprende un insieme di sostanze primarie, emesse direttamente sia da sorgenti antropiche che naturali, e di sostanze secondarie, formatisi cioè in atmosfera per ossidazione, condensazione o, più in generale, trasformazione di composti pre-esistenti o precursori gassosi (come i cosiddetti COV cioè i composti volatili del carbonio).
Le principali sorgenti di OC primario sono le combustioni naturali o antropiche di biomassa, le combustioni di combustibili fossili (industria, trasporti, etc.) e il materiale biologico. L’OC secondario si può invece formare a seguito dell’ossidazione fotochimica di altri inquinanti precursori volatili (COV).
L’insieme delle sostanze organiche primarie può essere definito come aerosol primario organico (POA: Primary Organic Aerosol); la frazione secondaria è identificata con il nome aerosol secondario organico (SOA: Secondary Organic Aerosol).
La quantificazione del carbonio organico presente nel PM però non rappresenta l’esatta quantità di massa di particolato espressa dalla somma delle sostanze organiche. Quella quantità, definita materia organica (OM: Organic Matter), deve infatti tenere conto, oltre che degli atomi di carbonio, anche degli altri atomi presenti nelle molecole organiche. La stima dell’apporto totale delle sostanze organiche alla massa del particolato si può ottenere moltiplicando la quantità OC per un valore che può essere misurato sperimentalmente con alcune tecniche avanzate o, più comunemente, stimato o ricavato dalle pubblicazioni scientifiche internazionali.