Amianto: vademecum per l’analisi con il SEM-EDS

Introduzione

L’amianto è il nome dato a un gruppo di minerali fibrosi che in natura si trovano nel suolo e nelle rocce, composti principalmente da silicio e ossigeno e dalla forma di fili lunghi, sottili e resistenti, ampiamente utilizzati in passato per rafforzare e rendere ignifughi i materiali da costruzione. L’Unione Europea ne ha messo al bando l’uso nel 2005, ma l’amianto rimane presente in un certo numero di infrastrutture ed edifici più vecchi.

L’amianto è una sostanza altamente pericolosa, in particolare quando le sue fibre sono inalate, sotto forma di polvere dopo una manipolazione attiva o a seguito del deterioramento di un materiale contenente amianto. I lavoratori che vengono a contatto con l’amianto sono, dunque, particolarmente a rischio. Nonostante sia vietato nell’UE da più di vent’anni, rimane la principale causa dei tumori professionali (il 78% dei casi, fonte Eurostat). Ridurre il contatto con l’amianto è fondamentale per proteggere la salute dei lavoratori e salvare vite umane.

Fig.2 – Casi di tumore professionale correlati all’amianto. Fonte: sito del Consiglio dell’Unione Europea (Link: https://www.consilium.europa.eu/it/press/press-releases/2023/10/23/protection-from-asbestos-at-work-council-votes-to-reduce-exposure-limits/)

Il 27 giugno 2023, il Consiglio dell’Unione Europea e il Parlamento hanno raggiunto un accordo sulle nuove norme per rafforzare la protezione dei lavoratori dall’esposizione all’amianto. L’accordo prevede una riduzione significativa dei limiti di esposizione e l’adozione di metodi più accurati per misurare i livelli di amianto, allineandosi agli sviluppi tecnologici più recenti. Dopo un periodo di transizione massimo di 6 anni (ne sono già passati 2), gli Stati membri dovranno adottare la microscopia elettronica (EM) come metodo di misurazione, più sensibile rispetto alla microscopia a contrasto di fase (PCM) attualmente utilizzata.

Le nuove norme concordate ridurranno il valore limite massimo di esposizione a 0.01 fibre di amianto per cm³, dieci volte inferiore all’attuale limite di 0.1 f/cm³. Dopo aver introdotto la microscopia elettronica, gli Stati membri disporranno di due opzioni:

• misurare le fibre di amianto sottili, nel qual caso il valore limite massimo di esposizione rimarrà a 0.01 f/cm³
• non misurare le fibre di amianto sottili, nel qual caso il valore limite massimo di esposizione sarà ridotto a 0.002 f/cm³.

Nello specifico, se si andranno ad analizzare anche le fibre sottili, oltre alle fibre con una lunghezza superiore a 5 micron, un diametro inferiore a 3 micron e un rapporto lunghezza/diametro superiore a 3:1, andranno prese in considerazione anche le fibre con uno spessore inferiore a 0.2 micron.

(Link al documento pubblicato dal Consiglio dell’Unione Europea: https://data.consilium.europa.eu/doc/document/ST-11528-2023-ADD-1/en/pdf)

Per non perdersi tra le normative

La normativa italiana richiede che i laboratori italiani che effettuano analisi su amianto siano qualificati dal Ministero della Salute (DM 14/05/1996 e accordo CSR/80 07/05/2015). I laboratori in possesso di accreditamento Accredia possono chiedere la qualificazione immediata, senza partecipare al programma di qualificazione ministeriale, accreditando, secondo la norma UNI CEI EN ISO/IEC 17025, le specifiche tecniche analitiche. È inoltre necessario che il laboratorio abbia partecipato, con risultati positivi, a specifici circuiti di interconfronto, organizzati dallo stesso Ministero o da altri enti organizzatori accreditati (Link al documento sul sito del Ministero: https://www.pnrr.salute.gov.it/imgs/C_17_notizie_6563_4_file.pdf).

Le linee guida a livello europeo e nazionale evolvono continuamente. Le attuali direttive enfatizzano l’importanza di metodi analitici affidabili e validati, come SEM (Microscopio Elettronico a Scansione) e EDS (Spettroscopia a Dispersione di Energia), per la rilevazione dell’amianto e l’analisi delle FAV (Fibre Artificiali Vetrose). La tecnica SEM-EDS è considerata un metodo di riferimento per garantire precisione e affidabilità nelle analisi, specialmente quando si tratta di rilevare fibre di amianto nei materiali e nell’aria. Le normative e le linee guida sono principalmente orientate a garantire la sicurezza e l’affidabilità dei metodi di analisi, considerando l’elevato rischio per la salute derivante dall’esposizione all’amianto.

Di seguito le principali normative riguardanti l’amianto attualmente in vigore:

1. Regolamento CE 1272/2008 (CLP): Questo regolamento fornisce indicazioni per la classificazione, l’etichettatura e l’imballaggio delle sostanze e delle miscele chimiche, compreso l’amianto e le FAV. Qualsiasi sostanza contenente amianto deve essere correttamente etichettata e gestita, dopo accurata analisi per verificarne la presenza. In particolare, con il termine “amianto” si indicano i seguenti silicati fibrosi, classificati come sostanze cancerogene di categoria 1A a norma dell’allegato VI, parte 3: a) l’actinolite d’amianto, n. 77536-66-4 del CAS; b) la grunerite d’amianto (amosite), n. 12172-73-5 del CAS; c) antofillite d’amianto, n. 77536-67-5 del CAS; d) il crisotilo d’amianto, n. 12001-29-5 del CAS; e) la crocidolite d’amianto, n. 12001-28-4 del CAS; f) la tremolite d’amianto, n. 77536-68-6 del CAS.
2. Direttiva 2009/148/CE (Sicurezza sul lavoro): Questa direttiva stabilisce le linee guida generali per la protezione dei lavoratori dall’esposizione all’amianto, e raccomanda l’adozione di metodi analitici validati e di alta precisione, per la rilevazione delle fibre di amianto nell’aria e nei materiali da costruzione.
3. Direttiva (UE) 2023/2668: Questa direttiva introduce diverse modifiche alla precedente direttiva 2009/148/CE, alla luce dei nuovi sviluppi scientifici e tecnologici, delle evidenze scientifiche riguardanti gli effetti sulla salute, e della necessità di includere nell’ambito di applicazione della direttiva ulteriori silicati fibrosi quali l’erionite, la riebeckite, la winchite, la richterite e la fluoro-edenite.
4. Decreto D.M. 06/09/94 allegato 2B: Questo decreto ministeriale, nonostante sia stato scritto più di 30 anni fa, rappresenta ancora il punto di riferimento principale per i laboratori che si apprestano ad eseguire analisi sull’amianto. Il documento riporta le metodologie tecniche per il campionamento e l’analisi delle fibre aerodisperse e dei campioni massivi, e le indicazioni relative all’elaborazione dei dati per il calcolo della concentrazione di amianto.
5. Normativa ISO 14966: Questa norma internazionale specifica un metodo che utilizza la Microscopia Elettronica a Scansione per determinare la concentrazione di fibre inorganiche nell’aria. Il metodo prevede l’uso di filtri a membrana rivestiti in oro, attraverso i quali si aspira un volume d’aria noto, e che sono poi analizzati al SEM. La normativa illustra anche i metodi di identificazione delle fibre di amianto con EDS.
6. Normativa ISO 10312: Questa norma internazionale specifica il metodo di analisi per l’identificazione e la quantificazione delle fibre di amianto nell’aria mediante TEM (Microscopio Elettronico a Trasmissione). La norma definisce anche le procedure per l’analisi in termini di preparazione del campione, condizioni operative del TEM, e validazione dei risultati.
7. Normativa UNI EN ISO 16000-7: Questa norma europea specifica le procedure da utilizzare nella pianificazione delle misurazioni di aria per determinare le concentrazioni di amianto presenti in atmosfere interne, ad esempio nel caso di grossi interventi di ristrutturazione di edifici.
8. Normativa ISO 22262-1: Questa norma specifica i metodi per il campionamento e l’identificazione dell’amianto in materiali massivi commerciali, mediante Microscopia Elettronica a Scansione (Cap.8) o a Trasmissione (Cap.9). La norma è applicabile ad esempio all’analisi di asfalto, cemento, prodotti plastici, materiali ignifughi, isolanti termici e altri prodotti o minerali in cui le fibre di amianto possono essere facilmente separate dai materiali della matrice per l’identificazione.
9. Decreto D.P.R. 120/2017 e Decreto D.lgs. 152/2006: Questi decreti si occupano della gestione e dell’analisi dei suoli contaminati da amianto tramite Spettroscopia all’Infrarosso in Trasformata di Fourier (FTIR) e/o della Diffrazione a Raggi X (DRX).
10. L’INAIL (Istituto Nazionale per l’Assicurazione contro gli Infortuni sul Lavoro), infine, si è occupato di redigere negli anni diversi documenti e linee guida allo scopo di armonizzare le normative vigenti e allo stesso tempo colmare molte delle lacune che si riscontrano in questo settore.

Oltre a queste, si aggiungono tutta una serie di direttive e linee guida operative pubblicate a livello regionale a cura degli enti preposti al monitoraggio ambientale, come le varie ARPA (Agenzia Regionale per la Prevenzione e Protezione Ambientale).

Sono inoltre reperibili dei manuali tecnici specifici, come: “Measurement of Fibers” di Paul A. Baron (NIOSH Manual of Analytical Methods); “Method for the Determination of Asbestos in Bulk Building Materials” a cura di R.L. Perkins e B.W. Harvey (EPA, United States Environmental Protection Agency, 1993); “Analytical Method For Determination of Asbestos Fibers in Water” a cura di Eric J. Chatfield and M. Jane Dillon (EPA, United States Environmental Protection Agency, 1993.

Analisi al SEM: cose utili da sapere

Il SEM è una delle tecniche più potenti per studiare la morfologia e la composizione chimica delle fibre di amianto, anche per questo la sua applicazione richiede competenze tecniche e una preparazione accurata dei campioni.

Una delle principali sfide nell’uso del SEM per analizzare l’amianto riguarda proprio la preparazione del campione. Le fibre di amianto, infatti, sono estremamente sottili e fragili. Durante la fase di preparazione (che prevede diversi step, tra cui la macinazione con un mulino, la sospensione in soluzione e la successiva filtrazione), le fibre possono rompersi o alterarsi, compromettendo la qualità dei risultati. Inoltre, l’analisi al SEM richiede che i campioni siano ricoperti attraverso la deposizione di un layer conduttivo, come oro, platino o carbonio (tramite uno Sputter Coater o un Evaporatore). Questo passaggio può introdurre artefatti che vanno tenuti in considerazione durante l’interpretazione dei dati.

Un’altra difficoltà riguarda la differenziazione delle fibre di amianto da altre particelle simili presenti nei campioni. Il SEM, infatti, permette di osservare dettagli molto fini, ma non sempre è facile per l’operatore distinguere le fibre di amianto da altre fibre o materiali che possono avere una struttura simile, come la cellulosa o altre fibre minerali. Inoltre, la variabilità nella forma e nella dimensione delle fibre di amianto, rende a volte difficile una valutazione immediata e sicura, compromettendo la riproducibilità e l’affidabilità dei risultati.

L’esecuzione delle analisi al SEM richiede pertanto precisione, esperienza e l’uso di adeguate procedure per ottenere risultati affidabili. Ecco alcuni consigli pratici per chi si trova a dover eseguire analisi SEM in questo campo:

1. Preparazione del campione: La preparazione dei campioni è un passaggio cruciale. Attenersi scrupolosamente alle procedure descritte nelle normative assicura la riproducibilità dei risultati. D’altra parte è sempre possibile implementare e far convalidare una propria procedura interna, purché si sia in grado di dimostrare che garantisce gli stessi risultati.
2. Scelta dei parametri SEM appropriati: Regolare correttamente la tensione e la corrente del fascio elettronico è fondamentale per ottenere immagini nitide e dettagliate senza danneggiare il campione. L’impostazione dell’ingrandimento e la corretta messa a fuoco sono altrettanto importanti per distinguere anche le fibre di amianto più sottili.
3. Osservazione a basso ingrandimento: Per una prima analisi, è utile osservare il campione a un basso ingrandimento per avere una panoramica dell’area e identificare i potenziali “hot spot” di contaminazione. Successivamente, si può aumentare l’ingrandimento per eseguire un’analisi dettagliata.
4. Limitazione degli artefatti: Il SEM può produrre immagini di alta qualità, ma è importante assicurarsi che non ci siano artefatti causati dalla preparazione (ad es. adesione non ottimale del filtro sullo stub) o dal rivestimento del campione con oro o carbonio.
5. Imaging basato sul contrasto chimico: In molte situazioni, le fibre di amianto possono sembrare simili ad altre fibre o polveri minerali. Per una migliore differenziazione, l’operatore può avvalersi del contrasto composizionale dell’immagine acquisita con detector BSE o di mappe chimiche acquisite con l’EDS, per confermare o meno la presenza di amianto nelle fibre osservate.
6. Identificazione del tipo di amianto: Per quanto attiene l’analisi dell’amianto, esistono metodi di analisi EDS basati sulla misura diretta dei rapporti segnale/rumore dei picchi analitici (principalmente Si, Mg, Fe, Na, Ca) e altri metodi basati invece sull’analisi dei rapporti d’intensità dei picchi, in particolare i rapporti Mg/Si, Fe/Si e Ca/Si, che sono caratteristici di ogni tipologia di amianto.

Automatismi hardware/software per facilitare l’analisi al SEM

L’integrazione della spettroscopia EDS con il SEM consente di ottenere informazioni chimiche precise sul campione, permettendo una facile identificazione delle fibre di amianto in base alla loro composizione chimica. L’EDS è particolarmente utile per distinguere l’amianto da altre fibre minerali, e per identificare la tipologia di amianto presente. Al fine di velocizzare il riconoscimento dell’amianto nel campione, è possibile avvalersi di diversi strumenti:

1. Database di confronto: Il software dell’EDS può essere implementato con una libreria di spettri EDS acquisiti su campioni standard dei 6 principali tipi di amianto, tramite la quale, per confronto, è possibile riconoscere la tipologia di amianto anche per un utente meno esperto.
2. Software di elaborazione delle immagini: L’uso di software avanzati per l’elaborazione delle immagini può migliorare significativamente la qualità dell’analisi. Strumenti di elaborazione come ImageJ o software proprietari dei produttori di SEM possono aiutare a migliorare il contrasto, ridurre il rumore e analizzare con maggiore precisione la forma e la distribuzione delle fibre.
3. Automazione e intelligenza artificiale: L’implementazione di algoritmi di intelligenza artificiale e machine learning per il riconoscimento delle fibre di amianto in tempo reale può ridurre significativamente il tempo di analisi. Utilizzando un software dedicato, è possibile automatizzare completamente l’analisi di un filtro, fornendo risultati in tempi molto più brevi rispetto a quelli richiesti per un’analisi manuale: l’area da scansionare viene analizzata dal software campo per campo, per identificare in un primo momento forma, dimensioni e posizione delle fibre, e in un secondo momento per ottenere la composizione chimica delle stesse, che verranno poi automaticamente classificate in base alla forma, alla dimensione e alla composizione chimica, migliorando così l’efficienza e l’accuratezza dell’intero processo di analisi.

Fig.4 – Spettri EDS delle 6 tipologie di amianto più comuni, simulati con software NIST-DTSA a partire dalla formula chimica bruta.

Fig.5 – Libreria di spettri EDS acquisiti mediante software Oxford su alcuni campioni standard di amianto e utilizzabili per l’identificazione, tramite confronto con lo spettro sperimentale, della tipologia di amianto.

Fig.6 – Interfaccia di acquisizione FiberSan-SEM, con identificazione e classificazione delle fibre completamente automatizzata. Per ciascuna fibra sono memorizzati i dati geometrici (diametro, lunghezza, rapporto di forma), e i dati chimici (composizione in % peso).

Conclusioni

Sebbene non ci sia una data precisa in cui l’uso del Microscopio Elettronico a Scansione sarà obbligatorio in tutta Europa, potrebbero esserci regolamenti o specifiche nazionali che richiedono l’uso del SEM per analisi particolarmente sensibili o in settori ad alto rischio, come quello delle costruzioni, della rimozione di amianto o nell’analisi di materiali di particolari dimensioni o composizione.

Un uso efficace del SEM per analizzare l’amianto richiede una preparazione accurata del campione, una calibrazione periodica dello strumento SEM-EDS e un’opportuna regolazione dei parametri di acquisizione. L’uso di una workstation dedicata basata su tecnologie avanzate, come software di elaborazione delle immagini e automatismi di acquisizione e classificazione delle fibre, permette di incrementare la velocità di analisi e migliorarne la riproducibilità. D’altra parte è sempre il controllo e la verifica dei risultati da parte di un operatore preparato e costantemente aggiornato che garantisce in ultima istanza l’affidabilità delle analisi eseguite.

Fig.7 – FiberScan-SEM: All-In-One Workstation per le analisi sull’amianto e sulle FAV. Il software a corredo del SEM, grazie ad una configurazione modulare con pacchetti personalizzabili, permette di velocizzare le analisi e aiuta l’operatore a fornire risultati affidabili e riproducibili. L’utente ha inoltre a disposizione tutti gli strumenti necessari per poter ottenere l’accreditamento per le analisi al SEM: dallo Sputter Coater per la preparazione del campione, ai campioni standard per la taratura dello strumento.