Nell'analisi chimica, il campionamento è il primo passo del processo analitico ed è rappresentato dall'insieme di operazioni necessarie alla preparazione del campione, ovvero la quantità di sostanza o la parte di un materiale che dovrà essere sottoposta ad analisi e che dovrà rappresentare significativamente l'intero materiale, pertanto un errore in tale fase non può essere corretto e si ripercuoterà sull'intero processo.
Le modalità con cui il campionamento è stato eseguito rappresentano un'informazione molto importante - quando non essenziale - per il chimico che, in base a tali informazioni, potrà valutare la validità del campione stesso prima di sottoporlo all'analisi e la validità dei risultati ottenuti. Dati fondamentali risultano quindi essere:
la natura del campione; l'obiettivo dell'analisi; le basi statistiche del campionamento eseguito; le modalità di trasporto e conservazione del campione prelevato. Assumendo che la proprietà in studio abbia una distribuzione normale nella popolazione, aumentando il numero di determinazioni analitiche eseguite, il valore medio dei risultati analitici si avvicina al valore medio della popolazione. Tale numero non può però aumentare indefinitamente, considerando anche i costi del campionamento e dell'analisi viene scelto il numero minimo di analisi compatibile con l'accuratezza desiderata.
Il piano di campionamento Si definisce piano di campionamento l'insieme delle operazioni, generalmente predeterminate, per la localizzazione, il prelievo, il trasporto e il trattamento di un campione da una popolazione. Esso pertanto deve programmare nel dettaglio le operazioni di campionamento secondo criteri e disposizioni che in alcuni casi sono stabilite da normative tecniche di riferimento.
La predisposizione del piano di campionamento, finalizzato alla raccolta di una serie di campioni rappresentativi risulta fondamentale per una corretta descrizione del fenomeno investigato. La definizione degli obiettivi (ricerca, monitoraggio, controllo, ecc.) è una fase cruciale di tutto il processo, in quanto rappresenta un fattore condizionante l’intero approccio sperimentale che comprende:
la scelta del numero e della localizzazione dei punti di campionamento, la determinazione della frequenza, della durata e delle procedure di prelievo, il successivo trattamento dei campioni, la scelta delle più adeguate metodiche analitiche da utilizzare.
La predisposizione di un piano di campionamento, che conduca ad una serie di campioni rappresentativi del fenomeno da descrivere, implica oltre ad una conoscenza preliminare del sistema da analizzare, una chiara definizione degli obiettivi da perseguire. Un piano di campionamento deve quindi prevedere:
la definizione dell’obiettivo; la descrizione del sito di campionamento; la strategia di campionamento; l’indicazione delle matrici da campionare; le metodiche di campionamento; la numerosità dei campioni; la durata del campionamento; la frequenza del campionamento; il numero di addetti e delle loro competenze necessarie per la conduzione del campionamento; la pianificazione logistica del campionamento (mezzi di trasporto, luoghi di accesso, ecc.); le modalità di trasporto dei campioni; la conservazione dei campioni; il controllo della qualità; la pianificazione della sicurezza sul lavoro; la definizione del tipo di documentazione che deve essere utilizzato durante tutto il programma di campionamento. I programmi di campionamento dovrebbero tenere conto delle variazioni di temperatura, sia a breve che a lungo termine, poiché queste possono influenzare la natura del campione e l'efficacia delle attrezzature utilizzate per il prelievo. In campo microbiologico, indipendentemente dagli strumenti e dalle modalità adottate, il prelievo del campione da sottoporre all'analisi deve essere attuato in condizioni di sterilità onde evitare la contaminazione del materiale in esame con specie estranee.
Criteri di campionamento Nel caso di campionamenti ufficiali, i criteri di campionamento sono tre:
casuale o non mirato: indica il campionamento ufficiale programmato nell’ambito di un piano di monitoraggio, atto a valutare l’evoluzione nel tempo di un determinato fenomeno, in riferimento ad obiettivi o requisiti predefiniti; mirato: indica il campionamento ufficiale programmato nell’ambito di un piano di sorveglianza che tiene conto di taluni criteri di rischio potenziale per gli animali, l’uomo e l’ambiente e delle precedenti non conformità; su sospetto: è un campionamento ufficiale non programmato, ma effettuato sulla base di: sospetto di irregolarità (in base a filoni d’indagine, notizie anamnestiche, segnalazione da parte di altri organi di controllo); emergenze epidemiologiche; emergenze tossicologiche eventi straordinari Strategie di campionamento
Esistono diversi tipi di campionamento:
semplice o random: utilizzato per campioni omogenei; sistematico: condotto secondo una procedura standardizzata basata su criteri precisi (es. tempo o massa del campione); stratificato: suddivide la popolazione in gruppi, o strati (es. origine geografica), dai quali vengono prelevati i campioni; preferenziale o ragionato: attraverso esperienze dirette visive in campo o in base ad esperienze del passato, conoscenza dei luoghi, esperienza dell’operatore, condizioni fisiche locali ed informazioni raccolte permette di definire in modo appunto “ragionato” i siti di prelievo. Esistono inoltre:
il campionamento istantaneo: il prelievo di un singolo campione in un’unica soluzione in un punto determinato ed in un tempo molto breve; il campionamento medio: consiste nell’ottenere un campione effettuando prelievi in un dato intervallo di tempo in maniera continua o discontinua e si distingue a sua volta in: medio-composito: realizzato mescolando un numero di campioni istantanei prelevati ad opportuni intervalli di tempo, in modo proporzionale o non alla portata; medio-continuo: effettuato prelevando in maniera continua e per un dato intervallo di tempo, una porzione dell’effluente, proporzionale o non alla portata del medesimo.
La scelta della strategia dipende anche dall’utilizzazione prevista dei dati: i campioni per scopi legali dovrebbero essere preferibilmente casuali ed avere una elevata numerosità, mentre i campioni per studi di ricerca possono essere più efficaci e rappresentativi se prelevati mediante un tipo di campionamento preferenziale o sistematico. Spesso una combinazione dei diversi tipi è l’approccio migliore.
Apparecchiature Tutti gli strumenti utilizzati per il campionamento devono essere progettati e fabbricati in modo da poter svolgere la loro funzione e preservare le caratteristiche originali delle merci da cui sono prelevati i campioni. Devono rispettare i seguenti requisiti generali:
devono essere sufficientemente robusti per resistere alle operazioni di manipolazione; devono essere facili da pulire; devono essere realizzati in tutte le parti con materiali resistenti: agli effetti delle matrici da cui sono prelevati i campioni (es. acidi della frutta o prodotti chimici); ai prodotti utilizzati per la pulizia (ad es. candeggianti o tensioattivi); devono inoltre essere conformi ai requisiti di sicurezza.
Di seguito un elenco dei principali strumenti utilizzati per il campionamento:
Liquidi Campionatori a pompa Campionatori ad immersione Campionatori a pipetta Campionatori a bicchiere mestolo bottiglia zavorrata Campionatori a tubo e stantuffo Campionatori automatici
Solidi Campionatori a lancia Tubi campionatori Campionatori a zone Palette Campionatori a sonda Campionatori per prodotti congelati Perforatori a mano Divisore di campioni Analizzatori in situ
Gas Cilindri di campionamento Campioni biologiciIstituto Superiore di Sanità Raccomandazioni ad interim per il corretto prelievo, conservazione e analisi sul tampone rino/orofaringeo per la diagnosi di COVID-19. Versione del 29 maggio 2020. Gruppo di Lavoro ISS Diagnostica e sorveglianza microbiologica COVID-19: aspetti di analisi molecolare e sierologica 2020, ii, 11 p. Rapporto ISS COVID-19 n. 11/2020 Rev. 2 Provette Tamponi: Tamponi rinofaringei Tamponi nasali Tamponi orofaringei Contenitori per urinocoltura Contenitori per coprocoltura Citobrush Ago aspirato
Altri strumenti si possono utilizzare per l'aggregazione dei campioni primari o per le operazioni di omogeneizzazione, separazione, riduzione, quartatura, ecc. dei campioni finali. A questo scopo si possono impiegare vari tipi di scatole di plastica o metallo, fusti, taniche, secchi, ecc. con agitatori adatti. Per calare e sollevare i contenitori a immersione nei prodotti da campionare si possono utilizzare vari tipi di cavi e avvolgicavo ad azionamento manuale.
Gli strumenti destinati al campionamento di prodotti petroliferi, solventi organici, altri liquidi e gas facilmente infiammabili devono essere approvati per tale impiego. Devono essere realizzati in materiali sufficientemente elettroconduttivi da impedire l'accumulo di elettricità statica e non devono generare scintille a contatto con altri oggetti metallici.
Va tenuto presente che non sempre è necessario utilizzare attrezzature chimicamente resistenti e costose per il campionamento a breve termine, se queste possono essere facilmente sostituite e se la contaminazione del campione da prodotti corrosivi non è significativa.
Gli strumenti di campionamento utilizzati per il prelievo di campioni in profondità da liquidi devono essere collegati a un cordino, filo o catena di lunghezza sufficiente a raggiungere la profondità di prelievo dei campioni. I cordini, fili e catene utilizzati per il campionamento di liquidi estremamente infiammabili devono essere realizzati in materiali che impediscano l'accumulo di elettricità statica. +Compatibilità dei diversi materiali con diversi compostiAcciaio inossidabileAlluminioTitanioPTFEPoliammideVetroAnidride carbonicaxxx -xxMonossido di carbonioxxx -xxSolfuro di carbonilexxx -xxElioxxx -xxIdrocarburixxx -xxIdrogenoxxx -xxAcido solfidrico - -xxxxMercurio - -x - -xMetanoloxxx - -xOssigenoxxx - -xTetraidrotiofene - -xxxxTioli - -xxxxAcqua - -x - -x
Modalità di campionamento
Gas
Gas naturale Il campionamento del gas naturale è essenziale per la determinazione della qualità del gas, al bilanciamento dei processi industriali e ai contratti di trasferimento. Esistono diverse tecniche di campionamento, tra cui:
campionamento spot: prevede il riempimento manuale di un cilindro di campionamento collegato alla tubazione tramite una sonda e un separatore. È adatto solo per flussi di gas con composizione e velocità costanti; campionamento composito: raccoglie campioni periodici basati sul tempo o sul flusso volumetrico, creando un campione rappresentativo della composizione del gas durante il periodo di campionamento; cromatografia in linea: utilizza un cromatografo per analizzare in tempo reale la composizione del gas, fornendo dati aggiornati per il calcolo del volume e della qualità del gas; metodo di riempimento e svuotamento: il campione viene raccolto ripetutamente in un cilindro per garantire la rappresentatività del gas; metodo a velocità controllata: il gas viene prelevato a una velocità costante per evitare alterazioni della composizione; metodo con contenitore evacuato: il campione viene aspirato in un contenitore sottovuoto, minimizzando la contaminazione; metodo a pressione ridotta: il gas viene prelevato riducendo la pressione per evitare variazioni nella sua composizione; metodo con cilindro a pistone flottante: utilizza un cilindro con pistone mobile per mantenere la pressione costante durante il prelievo.
Gas atmosferico