Anione perclorato nelle acque minerali

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RIASSUNTO 
L’anione perclorato ClO
4
-
 è un inquinante emergente. Nonostante il suo largo impiego 
come additivo nei combustibili per i missili, come propellente solido nei razzi, come principio 
attivo in alcuni farmaci, solo a partire dagli anni ’90 si è scoperta una vera contaminazione da 
perclorato. 
È stato ritrovato in varie matrici ambientali a partire da suoli contaminati, ad esempio, 
da attività militari oppure dall’uso di fertilizzanti contenenti perclorato. Questa 
contaminazione si è estesa alle acque di falda e superficiali che rappresentano la risorsa idrica 
per la popolazione. 
L’assunzione del perclorato può avere effetti negativi sulla salute e in particolar modo, 
inibendo l’assorbimento dello iodio da parte della tiroide, può causare l’ipotiroidismo. 
La sua ubiquità e la sua tossicità, hanno indotto molti Stati a regolamentare la presenza 
del perclorato nell’ambiente e ad imporre delle concentrazioni limite nelle acque potabili e 
minerali per la tutela della salute.  
La legislazione italiana ancora oggi non regolamenta la presenza di perclorato 
nell’ambiente; inoltre, nella letteratura scientifica non ci sono studi riguardo la 
determinazione del ClO
4
-
 in Italia in nessun tipo di matrice.  
Queste considerazioni ci hanno spinto a valutare la presenza del perclorato nelle acque 
minerali, di largo uso in Italia. 
A tal fine, in questo lavoro di tesi, è stato sviluppato un metodo semplice e sensibile per 
la determinazione del perclorato nelle acque minerali. Il metodo consiste nella separazione 
dell’anione dalla matrice acquosa con la cromatografia a fase inversa e nella sua rivelazione e 
quantificazione mediante la spettrometria di massa tandem (LC-MS/MS). Inoltre, sono stati 
determinati gli anioni comunemente presenti nelle acque mediante la cromatografia a scambio 
ionico con rivelatore conduttimetrico (IC-CD). Le concentrazioni degli anioni sono state 
confrontate con i valori riportati in etichetta.
2 
 
1. INTRODUZIONE 
Le acque in bottiglia rappresentano, nel nostro Paese, una realtà significativa: gli 
Italiani, infatti, sono i maggiori produttori e consumatori al mondo di acqua minerale. 
L’interesse per il consumo delle acque minerali, è stato in parte favorito dall’attenzione 
alla contaminazione degli acquedotti e dalla percezione dei consumatori sui rischi di 
contaminazione dell’acqua distribuita. Oggi, in Italia sono presenti sul mercato circa 
duecentocinquanta marche di acque minerali naturali con un incremento costante nella 
produzione che ha raggiunto gli 11.5 miliardi di litri e un consumo medio annuo pro-capite di 
178 litri, tra i più alti in Europa e nel Mondo. Il mercato del settore è in continua evoluzione, 
così come il complesso apparato legislativo che lo regolamenta. 
 
1.1. Normativa in materia di acque minerali 
Il Decreto Legislativo n. 105/92 “Attuazione della direttiva 80/777/CEE relativa alla 
utilizzazione e alla commercializzazione delle acque minerali naturali” [1] e successive 
modifiche ed integrazioni (D. Lgs. 339/99) [2], identificano con precisione quali acque vanno 
definite minerali: “Sono considerate acque minerali naturali le acque che, avendo origine da 
una falda o da un giacimento sotterraneo, provengono da una o più sorgenti naturali o 
perforate e che hanno caratteristiche igieniche particolari e proprietà favorevoli alla salute”. 
Si differenziano dalle acque potabili per non essere sottoposte ad alcun trattamento di 
potabilizzazione, risultando per questo più gradevoli dal punto di vista organolettico e prive di 
prodotti secondari della disinfezione.  
Inoltre, le acque devono essere microbiologicamente pure. Esse vanno tenute al riparo 
da ogni rischio di inquinamento. Le caratteristiche delle acque devono essere valutate sul 
piano geologico ed idrogeologico, organolettico, fisico-chimico, microbiologico, 
farmacologico, clinico e fisiologico. 
Le acque minerali sono classificate, secondo la normativa (D. Lgs. 105/92), in base al 
residuo fisso a 180°C
1
 in:  
 
Acqua Residuo fisso a 180°C 
Minimamente mineralizzata  < 50 mg L
-1
 
Oligominerale 50 – 500 mg L
-1
 
Minerale 501 – 1500 mg L
-1
 
Ricca di sali minerali  > 1500 mg L
-1
 
                                                             
1
 Contenuto di solidi, ottenuto come residuo dopo evaporazione dell’acqua ed essiccamento a 180°C
3 
 
Esistono poi altre categorie, previste dal decreto, legate alla composizione ionica, in cui 
si tiene conto in primo luogo dell'anione (o degli anioni) prevalente ed in secondo luogo del 
catione. Quando uno ione è presente in quantità superiore a 20 mEq L
-1
, dà il nome all'acqua: 
 
Acqua Composizione ionica 
Bicarbonatica HCO
3
-
 > 600 mg L
-1
 
Solfata SO
4
2- 
> 200 mg L
-1
 
Clorurata Cl
-
 > 200 mg L
-1
 
Calcica Ca
2+
 > 150 mg L
-1
 
Magnesica Mg
2+
 > 50 mg L
-1
 
Fluorurata F
-
 > 1 mg L
-1
 
Ferruginosa Fe
2+
 > 1 mg L
-1
 
Sodica Na
+
 > 200 mg L
-1
 
Acidula CO
2 
libera > 250 mg L
-1
 
 
Una classificazione puramente commerciale delle acque minerali è in funzione della 
presenza di gas disciolti (ossigeno, azoto, anidride carbonica), sia alla sorgente (acque 
naturalmente gasate o effervescenti naturali) che addizionati artificialmente in seguito (acque 
gasate/frizzanti rinforzate o addizionate). In base alla quantità presente di CO
2
, le acque 
minerali vengono classificate in: 
 
Acqua CO
2 
libera 
Liscia < 250 mg L
-1
 
Naturalmente gasata > 250 mg L
-1
 
Effervescente naturale > 250 mg L
-1
 
Degasata totalmente eliminata 
Parzialmente degasata parzialmente eliminata 
Rinforzata   gas di sorgente 
Addizionata gas non di sorgente 
 
Le disposizioni relative all’etichettatura sono riportate dal D. Lgs 105/92 
successivamente modificato dal D. Lgs 339/99 e dal DM 11 settembre 2003 [3] “Attuazione 
della direttiva 2003/40/CE della Commissione nella parte relativa all’etichettatura delle acque 
minerali e delle acque di sorgente”. Quest’ultimo decreto stabilisce che per le acque minerali 
naturali, la cui concentrazione di fluoruro è superiore a 1.5 mg L
-1
, è necessario riportare la 
seguente indicazione in etichetta: “Contiene più di 1.5 mg L
-1
 di fluoruro: non ne è opportuno 
il consumo regolare da parte dei lattanti e dei bambini di età inferiore a sette anni”. È
4 
 
previsto, inoltre, che siano presenti in etichetta le indicazioni relative al trattamento delle 
acque minerali naturali e delle acque di sorgente con aria arricchita di ozono con la dicitura: 
“Acqua sottoposta ad una tecnica di ossidazione all’aria arricchita di ozono”.  
La Circolare Ministero della Sanità n. 19/93 [4] specifica i parametri analitici da 
riportare in etichetta come elementi caratterizzanti l’acqua minerale, esprimendo in linea di 
massima le concentrazioni in mg L
-1
, compresi eventualmente, quelli indicati all’art. 6 del 
D.M. n. 542/92 [5]. La Circolare sopraindicata non definisce però con precisione cosa si 
intende con elemento caratterizzante: ciò ha consentito ad alcuni produttori di 
commercializzare acqua con etichette di identificazione in cui non vengono menzionati alcuni 
elementi tutt'altro che trascurabili, come ad esempio i nitriti (NO
2
-
). I nitriti hanno elevata 
tossicità nell’uomo, specialmente nei bambini perché provocano metaemoglobinemia
2
. 
Possono legarsi alle ammine dando origine alle nitrosammine che sono composti cancerogeni. 
L’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) ha indicato in 0.4 – 200 mg kg
-1
 peso 
corporeo la dose tossica, e in 33 – 250 mg kg
-1
 peso corporeo la dose letale di nitriti assunti 
per via orale. L’art 6 del D.M. n.542/92, sostituito dall’art 2 del D.M. 29 dicembre 2003 [6] 
dice: “Dalle analisi chimiche deve inoltre risultare la determinazione dei seguenti parametri il 
cui limite massimo ammissibile e' di fianco indicato; tali parametri si riferiscono a sostanze di 
origine naturale che non devono derivare da una eventuale contaminazione della fonte”: 
 
Parametro Limite massimo ammissibile 
Antimonio  0.0050 mg L
-1
 
Arsenico  0.010 mg L
-1 
(As totale) 
Bario  1.0 mg L
-1
 
Boro  5.0 mg L
-1
 
Cadmio  0.003 mg L
-1
 
Cromo 0.050 mg L
-1
 
 Rame  1.0 mg L
-1
 
Cianuro 0.010 mg L
-1
 
Fluoruri  5.0 mg L
-1
 (1.5 mg L
-1 
 acque per l'infanzia) 
Piombo  0.010 mg L
-1
 
Manganese 0.50 mg L
-1
 
Mercurio  0.0010 mg L
-1
 
Nichel  0.020 mg L
-1
 
Nitrati  45 mg L
-1
 (10 mg L
-1 
acque per l'infanzia) 
Nitriti  0.02 mg L
-1
 
Selenio 0.010 mg L
-1
 
 
                                                             
2 Incapacità dell’emoglobina, ossidata a metaemoglobina  sotto l’azione dei nitriti, di legare e trasportare ossigeno. Nei 
neonati è chiamata morbo blu.
5 
 
L’art.5 del D.M. n.542/92, sostituito dall’art 1 del D.M. 29 dicembre 2003 dice: “Dalle 
analisi chimiche e fisico-chimiche deve risultare la determinazione dei seguenti parametri 
relativi all'acqua minerale, oltre alla temperatura dell'aria al momento de prelievo”: 
 
Parametri 
Temperatura alla sorgente Potassio 
pH Calcio 
Conducibilità elettrica specifica a 20°C Magnesio 
Residuo fisso a 180°C Ferro 
Ossidabilità Ammonio 
CO
2
 libera alla sorgente Fosforo totale 
Silice Grado solfidrimetrico 
Bicarbonati Stronzio 
Cloruri Litio 
Solfati Ammonio 
Sodio Bromo 
Iodio  
 
La legislazione italiana in materia di acque minerali e potabili presta scarsa o nessuna 
attenzione verso quelli che sono definiti “inquinanti emergenti”; come il perclorato ClO
4
-
. 
L’anione perclorato è stabile chimicamente ed un energico ossidante. Ha un’elevata solubilità 
un acqua e per queste ragioni trova largo impiego negli esplosivi, come additivo nei 
carburanti per missili, negli air bag ed anche nei fertilizzanti. 
A partire dagli anni ’90, lo sviluppo di metodi analitici sempre più sensibili ha 
consentito di determinare il perclorato in più svariate matrici. In particolare per le acque 
potabili il primo metodo ufficiale è l’EPA 314.0. Questo metodo è in grado di misurare un 
valore MRL
3
 di 4 μg L
-1
. Successivamente, sono stati elaborati ulteriori nuovi metodi 
 
più 
sensibili che hanno permesso di determinare concentrazioni di ClO
4
-
 dell’ordine dei ng L
-1
. 
Grazie allo sviluppo di metodi più sensibili, gli Stati Uniti hanno scoperto di essere il Paese 
più contaminato da perclorato.  
Il ClO
4
-
 è stato rinvenuto nelle acque di falda e in quelle superficiali, può essere 
assorbito dalle piante e accumulato nei loro tessuti. È stato ritrovato in prodotti di consumo 
come la verdura, la frutta e soprattutto nell’acqua potabile. 
È ormai certo che il perclorato ha effetti sulla salute, inibendo, in modo competitivo, 
l’assorbimento dello iodio da parte della tiroide, necessario per la produzione degli ormoni 
                                                             
3
 MRL: coincide normalmente con il valore di concentrazione corrispondente al punto più basso della curva di calibrazione.
6 
 
tiroidei. Un malfunzionamento della ghiandola potrebbe compromettere le funzioni 
metaboliche, la crescita e danneggiare il sistema nervoso. 
Sulla base della sua ubiquità e dei suoi potenziali effetti, l’Agenzia Americana per la 
protezione dell’ambiente (U.S.EPA), ha stabilito dei valori di riferimento. Nel 2005, è stata 
stabilita una dose di riferimento (RfD) pari a 0,7 μg/kg/die equivalente di concentrazione di 
ClO
4
-
 corrispondente a 24.5 μg L
-1
 nelle acque potabili (DWEL
4
). 
Sebbene l’EPA non abbia stabilito un’unica concentrazione limite di perclorato per le 
acque potabili, alcuni Stati hanno regolamentato la presenza del ClO
4
- 
nelle acque potabili. 
Recentemente l’EPA dello Stato della California ha proposto di diminuire il livello di ClO
4
- 
a 
1μg L
-1
 nelle acque potabili per tutelare la salute pubblica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                                             
4
 Per una persona di 70 kg che assume 2 L di acqua al giorno.
7 
 
1.2. Il perclorato nell’ambiente 
Negli anni ’80, fu rivelata la presenza di ClO
4
-
 in natura nei depositi minerali (caliches) 
del deserto Acatama in Cile [7,8]. Questi depositi furono sfruttati per estrarre nitrato di sodio 
NaNO
3
 che costituì la maggiore fonte di fertilizzante azotato nel mondo prima del 1930. Il 
minerale fu trattato per migliorare la purezza del nitrato di sodio, ottenendo così un prodotto 
che conteneva perclorato da 0.07 a 0.2%
peso
. Fu stimata l'entità di questi depositi contenere 
all’incirca 25 milioni di tonnellate di NaNO
3
 prodotti tra il 1830 e il 1980 [7]. L’origine del 
caliche cileno non è conosciuta con certezza; si è ipotizzato che i depositi si siano formati 
dopo l’evaporazione di un mare preistorico interno.  
Nel 2004, uno studio [9] portò avanti l’ipotesi di un’origine atmosferica del perclorato 
[10] sostenendo che il ClO
4
- 
 naturale (proveniente di suoli del deserto cileno Acatama) avesse 
una firma isotopica unica. Infatti, i rapporti isotopici dell’ossigeno δ
18
O
 
(
18
O/
16
O)
 
e δ
17
O 
(
17
O/
16
O) si differenziavano per il perclorato naturale e per quello artificiale; ClO
4
- 
prodotto 
aveva un δ
18
O medio di -18.4‰ mentre il valore di quello naturale oscillava in un range tra - 
4.5 e - 24.8‰.  
I valori δ
18
O e δ
17
O del perclorato artificiale seguivano l’andamento del frazionamento 
isotopico dell’ossigeno terrestre (retta) mentre quelli del perclorato di Acatama deviavano 
dalla retta per un valore positivo anomalo Δ
17
O compreso tra +4.2‰ e +9.6‰ (figura 1): 
 
Figura 1: Distribuzione del δ
18
O e del δ
17
O per il perclorato naturale e commerciale 
 
Questa ricerca può essere usata per l’identificazione della contaminazione da perclorato 
e in più conferma l’origine atmosferica dell’anione e in più una riserva, seppur minima, di 
cloro atmosferico. 
La persistenza del perclorato nei depositi minerali e nelle acque di falda e superficiali, 
pure come l’analisi isotopica indica un’origine atmosferica dell’anione [9]. Dettagli sul