ARPA Lombardia - Agenzia Regionale per la Protezione dell'Ambiente

Aria

Qualità dei dati

La qualità dei dati prodotti dalla Rete di Rilevamento della Qualità dell'Aria (RRQA) è supportata dalle attività ordinarie di gestione del processo di rilevamento e dall'Ufficio Metrologia della RRQA le cui attività sono orientate verso il miglioramento della qualità del dato attraverso due percorsi complementari di seguito illustrati.

Armonizzazione degli aspetti tecnici

L’armonizzazione degli aspetti tecnici è il primo percorso mediante il quale viene gestito un laboratorio di riferimento che si occupa dell’acquisizione e/o realizzazione dei principali campioni ambientali - ove possibile riferibili alle grandezze del Sistema Internazionale (SI) - che costituiscono il set dei campioni di riferimento regionale. Tale set viene utilizzato per la realizzazione di campagne di disseminazione e/o di valutazione dei campioni utilizzati nelle sedi dipartimentali del CRMQA per le attività di taratura e controllo delle apparecchiature adibite al monitoraggio della qualità dell’aria (ed in futuro anche per quelle adibite al monitoraggio in continuo delle emissioni). Infatti, i campioni gassosi acquisiti localmente dalle varie sedi dipartimentali del CRMQA, pur essendo della migliore qualità metrologica commercialmente disponibile, possono comunque presentarsi con caratteristiche alterate a causa di numerosi fattori collegati sia alla natura del campione, sia al loro non corretto utilizzo, sia ancora alle condizioni ambientali di stoccaggio: diviene quindi estremamente importante, per garantire la comparabilità del dato analitico su scala regionale, la promozione e gestione di attività periodiche di confronto/verifica dei valori dei campioni locali con quelli del set di riferimento gestito centralmente da un laboratorio ad hoc che impiega risorse umane e materiali distinte ed indipendenti (AQ – Assicurazione Qualità) da quelle operanti per la gestione ordinaria (CQ - Controllo Qualità) della RRQA.


Il Laboratorio, compatibilmente con le risorse disponibili, a garanzia del servizio reso, persegue, per i campioni utilizzati, una politica volta al

Sempre nel campo dell'armonizzazione degli aspetti tecnici, l'Ufficio Metrologia provvede dal 1994 alla


a. Miglioramento continuo della qualità metrologica del set campioni regionali

Per la taratura degli analizzatori utilizzati per il monitoraggio della qualità dell’aria, sono disponibili commercialmente campioni gassosi in bombola il cui valore di concentrazione è certificata, riferibile ai campioni nazionali e internazionali. Un caso a parte è costituito dall’ ozono: tale molecola, fortemente reattiva, non è confinabile in recipienti di sorta e conseguentemente non sono disponibili campioni commerciali riferibili. Il problema è stato affrontato dal Laboratorio già dal 1994: è stato allora allestito uno strumento campione regionale basato su uno strumento commerciale, modificato e messo a punto dal Laboratorio stesso, che ha permesso la riduzione della dispersione delle misure di ozono nelle varie reti dipartimentali mediante il varo di campagne di disseminazione annuali del campione. Il problema della riferibilità è stato infine affrontato in una collaborazione, in via di conclusione, con l’Istituto Metrologico “Gustavo Colonnetti” – sezione Lunghezze che ha portato alla caratterizzazione metrologica di un nuovo campione regionale dotato, per la prima volta in Italia per questo parametro, della riferibilità al sistema SI.


b. Avvio ed inserimento in catene di riferibilità metrologica

A partire dal 1994 è stata gradualmente strutturata una catena di riferibilità per la misura della frazione molare dell'ozono in aria ambiente, catena basata sul campione illustrato al punto precedente. L'evolversi delle conoscenze e la disponibilità finanziaria offerta da APAT tramite il CTN-ACE hanno portato all'attribuzione all'Ufficio Metrologia della guida di un progetto per la creazione di tale catena sull'intero territorio nazionale. Il progetto, attivo dal 2004, vede la collaborazione sia dell'Istituto di Metrologia "Gustavo Colonnetti" che dispone del fotometro campione nazionale e garantisce per la riferibilità SI a livello internazionale, sia dell'intero Sistema delle Agenzie che, con ruoli differenziati, sta contribuendo con successo a produrre misure di rete compatibili con il contesto Comunitario.

c. Centro di Taratura Accreditato LAT n.256 per l’ozono

Relations-in-trade  

La riferibilità metrologica delle apparecchiature, insieme alla loro corretta gestione, è un requisito ineludibile per chi sia interessato alla produzione di misure di qualità.

Nel campo del rilevamento della qualità dell’aria, tale affermazione è ribadita dal Legislatore Italiano che, nell’attuazione della Direttiva 2008/50/CE mediante il Decreto Legislativo 155/2010, nell’allegato 1, punto 3, capoverso a), al fine di assicurare il rispetto degli obiettivi di qualità per le misure

dei parametri rilevati e l’accuratezza delle misurazioni, richiede esplicitamente che “le misurazioni della qualità dell’aria effettuate ai sensi del decreto stesso devono essere riferibili ai campioni e agli strumenti di riferimento secondo i requisiti previsti nella sezione 5.6.2.2. delle norma ISO/IEC 17025:2005”. Il soddisfacimento di tale prescrizione è ottenibile mediante l’esecuzione di tarature con campioni materiali o strumentali le cui caratteristiche metrologiche, conosciute con incertezza nota, siano determinate all’interno di una catena di riferibilità metrologica che si origina, ove presente, dal campione nazionale (o, in sua assenza, dal campione di un Paese firmatario di accordo MLA/MRA) che realizza la definizione SI della grandezza misurata.

img_unitaFondamentali  

In tale quadro si colloca il Sistema Nazionale di Taratura istituito con la legge 11 agosto 1991 n° 273 che attraverso i Centri di Taratura, gli Istituti Primari, i Campioni Nazionali ed il Comitato Centrale Metrico, provvede alla disseminazione delle grandezze SI compiendo un passo fondamentale per la comparabilità delle misure ( http://www.sit-italia.it). Se per la taratura degli analizzatori di alcune molecole gassose (SO2, NO, NO2, CO, C6H6) comunemente rilevati dalle Reti automatiche sono commercialmente disponibili miscele gassose il cui valore di concentrazione è riferibile ai campioni SI, per l’ozono il discorso diventa più complesso.

Nel corso degli anni i produttori di miscele gassose in aria o azoto dei composti citati hanno progressivamente approfondito le loro conoscenze e affinato i trattamenti tecnologici delle superfici interne dei contenitori delle miscele (bombole) riuscendo a renderle idonee ad ospitare senza significativo deterioramento, miscele in ppb di composti moderatamente reattivi quali SO2 o NO2. Per l’ozono, a causa della sua fortissima reattività, l’approccio del contenimento in bombola non risulta invece praticabile. La collaborazione avviata nel 2004 tra ARPA Lombardia e l’IMGC (Istituto Metrologico “G. Colonnetti”), successivamente confluito in INRiM, ha dimostrato la fattibilità di un campione nazionale basato sul metodo dell’assorbimento dell’ozono della radiazione UV a 254 nm. La realizzazione di tale campione presso IMGC/INRiM, è stata seguita dall’accreditamento del Laboratorio di Taratura operante presso ARPA Lombardia quale nodo di disseminazione di tale grandezza verso gli Utenti. Il Laboratorio Accreditato di Taratura - LAT 256 il cui campo di attività è la taratura degli analizzatori/calibratori di ozono operanti con metodo UV nel range 0 ÷ 500 nmol/mol è operativo nel rispetto della seguente tabella di accreditamento :

Tabella di accreditamento

Parametro

Apparecchi

Campo di taratura

Incertezza*

Nota

Quantità di sostanza

Analizzatori di frazione molare di ozono in aria x(O3)

0 ÷ 500 nmol/mol

U²=1,4² + x²0,025²

1

* L’incertezza di misura U è espressa con fattore di copertura 2 e un livello di confidenza del 95% 1. Si indica con x il valore di frazione molare di ozono in aria espresso in nmol/mol.

I Certificati di Taratura Accredia (ex CdT SIT) emessi dal Laboratorio sono generalmente riconosciuti in tutti i Paesi Europei aderenti all'Accordo Multi Laterale EA – MLA e nei Paesi aderenti all’Accordo di Mutuo Riconoscimento ILAC – MRA1. Oltre al Cliente Interno per il quale vengono tarati i campioni di trasferimento per l’ozono impiegati per la taratura degli analizzatori di rete della RRQA regionale (disseminazione), il Laboratorio effettua tarature anche per clienti esterni.

d. Controllo volontario dei campioni centrali

Definiamo comparabilità di una misura ambientale come le proprietà godute da misurazioni eseguite

  • con apparecchi basati sullo stesso metodo di misura o su metodi equivalenti o più semplicemente con apparecchi equivalenti
  • con apparecchi tarati e emessi in punto con materiali di riferimento compatibili (riferibili)
  • con prelievi microposizionati in modo simile
  • utilizzando il medesimo intervallo di integrazione temporale
  • alla stessa ora
  • in siti simili
  • in condizioni ambientali simili

La compatibilità di una misura (UNI 4546) è, invece, la condizione che si verifica quando le fasce di valore assegnate in diverse occasioni, come misura dello stesso parametro nello stesso stato, hanno almeno un elemento in comune. È quindi evidente che, soprattutto su territori estesi o appartenenti ad Amministrazioni o Stati diversi, l'aspetto della comparabilità delle misure è di fondamentale importanza per una valutazione della qualità dell'aria da cui possano scaturire politiche ed investimenti corretti. Come abbiamo visto, gli aspetti che intervengono nella comparabilità dei dati sono numerosi ma, ci limiteremo ad esaminare solo l’aspetto legato alle caratteristiche dei campioni. L'accuratezza di una misura, ovvero il grado di vicinanza ad un "valore vero" convenzionalmente accettato, parte dalla qualità dei campioni di taratura utilizzati.

Dati precisi non accurati

Se si utilizzano campioni di taratura non riferibili a un campione di riferimento ampiamente riconosciuto, anche se sono presenti:

  • buona organizzazione
  • personale esperto
  • uso di procedure ben definite

le misure prodotte dalla Rete saranno solo precise.

Dati precisi e accurati  

Il passo logicamente successivo per raggiungere la situazione in figura consiste nell'uso di campioni di taratura riferibili a un riferimento ampiamente riconosciuto e della più elevata qualità metrologica espressa in termini di:

  • incertezza
  • purezza
  • stabilità

Il costo più elevato di questi materiali è compensato dalla migliore qualità della misura, che permette:

  • un miglior supporto ai decision makers
  • l'eliminazione dei costi connessi a decisioni errate

Ovviamente, al pari dei campioni locali (dipartimentali), anche i campioni centrali (regionali) della migliore qualità metrologica possibile possono subire alterazioni dovute, nel caso dei gas

  • ad interazioni con la matrice e/o con le pareti dei contenitori in pressione
  • alla purezza dei gas
  • alle condizioni ambientali
  • ad errori nella loro manipolazione
  • etc

e, nel caso di strumenti:

  • deriva per invecchiamento dell'elettronica
  • sporcizia
  • etc

Per mantenere il proprio set controllato, il Laboratorio ha partecipato, in passato, a campagne di armonizzazione del campione di ozono gestite dal CCR di Ispra garantendo così, in assenza di un campione riferibile SI, l'armonizzazione dello stesso a livello comunitario. Sempre al CCR ci si è rivolti, negli anni addietro, per la verifica di alcune miscele commerciali di monossido di azoto. Poiché si ritiene che la partecipazione/organizzazione di esercizi di interconfronto/armonizzazione di campioni e metodiche gestiti da Uffici/Funzioni di livello pari o superiore, sia interni che esterni al Sistema Agenziale, costituisca la politica alla base della confrontabilità del dato analitico (compatibilità) prodotto dalle RRQA , e vista la crescente richiesta di qualità, il Laboratorio mette a disposizione l'esperienza maturata e le risorse materiali disponibili per la realizzazione di confronti/armonizzazioni dei campioni a livello sovraregionale (ad esempio regioni confinanti o regione padana) per il progressivo miglioramento della comparabilità del dato ambientale su scala più ampia.

QualitaDati_d3  

Nel giugno 2003, il Laboratorio ha quindi promosso e organizzato una duplice sessione di confronto per i campioni di taratura di ozono e ossidi di azoto che ha visto la fattiva partecipazione di altre ARPA (Piemonte, Liguria, Emilia-Romagna) e APPA (Trento e Bolzano) con i rispettivi campioni.

Le sessioni di confronto, in questo primo approccio, si sono svolte attribuendo il medesimo rango metrologico a tutti i campioni partecipanti al confronto: si è scelto cioè di valutare "semplicemente" il grado di dispersione posseduto dai riferimenti utilizzati dalle varie Agenzie per la taratura delle proprie apparecchiature. A ciascun partecipante è stata infine inviata la medesima relazione in cui i dati del confronto erano riportati in modo anonimo e, separatamente, una stringata comunicazione che rendeva possibile il riconoscimento dei risultati conseguiti dalla propria Agenzia. in tal modo concentrando l'attenzione sulle performance dei propri materiali di riferimento in relazione all'insieme dei partecipanti, ciascuna Agenzia dispone uno strumento che, attraverso l'analisi delle criticità e dei punti di forza, permette di acquisire maggiore confidenza, almeno per questo limitato aspetto, con i prodotti delle proprie misurazioni.

e. Esecuzione di Test ciechi CO/NO

L’attività consiste nella stima, mediante analisi eseguita dal personale del CRMQA, della concentrazione di una o più miscele in bombola, di cui viene comunicata la composizione ma non la concentrazione (campione ignoto). Il valore stimato, ottenuto in modo indipendente da ciascun partecipante al test, è indicativo del grado complessivo di accuratezza dei campioni locali utilizzati e delle capacità metrologiche di ciascun partecipante per il parametro sottoposto a prova. Il test viene utilizzato per valutare la compatibilità tra i valori assegnati ai campioni ciechi da parte di ciascun sede dipartimentale del CRMQA ed i valori assegnati agli stessi dal Laboratorio Metrologia: le coppie di misure sono ritenute compatibili quando il valore dell’errore normalizzato è inferiore all’unità.

QualitaDati_e1_big_image  

f. Disseminazione del campione centrale di ozono

QualitaDati_f1  

Annualmente il Laboratorio di Metrologia, accreditato come Centro di Taratura LAT n. 256, provvede alla taratura di otto apparecchi campione Dipartimentali/Areali che a loro volta sono utilizzati per la taratura degli analizzatori di rete. In tal modo si stabilisce una catena di riferibilità tra le misure eseguite dagli analizzatori ed il campione nazionale a sua volta riferibile alle grandezze SI e si soddisfano i requisiti di qualità richiesti dalla normativa vigente nonché dalla Certificazione del SGQ di ARPA Lombardia.

g. Audit a campo (Performance Audit)

Per i Gestori delle RRQA il possesso di campioni locali armonizzati permette di conseguire obbiettivi di qualità espressi in termini di compatibilità analitica, che, come abbiamo visto, è solo il primo passo verso la comparabilità della misura. Un ulteriore passo in questa direzione viene ottenuto mediante l'applicazione di procedure tecniche di taratura e controllo delle apparecchiature condivise su scala regionale.


L'efficacia e la corretta applicazione di tali procedure vengono valutate mediante l'esecuzione di campagne di valutazione strumentale collaborative (performance audit), presso un campione delle stazioni di misura della RRQA, sia pubbliche che private: l'attività è necessaria per una corretta formulazione di piani e programmi futuri per la Rete di Rilevamento della Qualità dell'Aria di ARPA Lombardia.

QualitaDati_g1  

Gli audit, operativamente, avvengono attraverso una serie di verifiche e confronti a campo sull'intero processo di generazione del dato ambientale. I parametri inquinanti interessati alla campagna di valutazione sono attualmente il monossido di azoto, monossido di carbonio e l'ozono ed il particolato nei diametri aerodinamici PM10 e PM2.5 Le prime esperienze del Laboratorio relative alla conduzione di performance audit risalgono al 1994, con la l’esecuzione di una campagna di valutazione del rilevamento dell’ozono condotta su scala regionale in collaborazione con Regione Lombardia. L’esperienza, di notevole importanza per l’individuazione delle criticità presenti nel rilevamento è stata condotta – al pari di tutte le altre eseguite in seguito – stressando l’attenzione dei partecipanti sulla sua non fiscalità. In seguito a tale campagna sono state individuate le azioni necessarie al miglioramento del rilevamento per il parametro indagato, quali la programmazione e l’erogazione di corsi di formazione specifici e la definizione di un embrione (lo spezzone regionale) di catena metrologica per l’ozono. Quest’ultimo aspetto, come già detto, ha avuto un notevole sviluppo negli anni successivi, grazie alla collaborazione con l’Istituto di Metrologia “Gustavo Colonnetti” (IMGC). Analoghi audit sono stati condotti, negli anni successivi, per i parametri monossido di carbonio e ossidi di azoto.

In queste prime campagne le verifiche sono state condotte dividendo in sezioni il sistema automatico di misurazione: sistema di prelievo-analizzatore-data logger-sistema e campioni di taratura e ci si è impegnati, mediante campionamenti e misurazioni indipendenti in parallelo della durata di almeno 48 ore, a fornire informazioni e valutazioni sul funzionamento di ogni singola sezione per individuare le priorità di intervento. Va da sé che un audit condotto con tale dettaglio operativo richiede un notevole impegno di risorse qualificate durante le fasi di preparazione, di conduzione a campo, di analisi dei dati e di reporting e va ben oltre lo scopo minimo di verificare il soddisfacimento o meno degli obbiettivi di qualità dei dati (DQOs) fissati dalla normativa nazionale e comunitaria. Di qui nasce un progetto più recente di audit più “snello” dove il sistema di misurazione viene valutato nel suo insieme ed il reporting viene standardizzato. In tal modo, con un impegno più limitato di risorse umane – non per questo meno qualificate! – ci si prefigge lo scopo di aumentare la consistenza del campione di stazioni visitate nell’arco di un anno e fornire quindi all’utenza, istituzionale e non, un dato la cui qualità sia garantita da una valutazione indipendente eseguita da un’organizzazione/gruppo terzo non coinvolto nella sua produzione sull'intero processo di generazione del dato ambientale. I parametri inquinanti interessati alla campagna di valutazione sono attualmente il monossido di azoto, monossido di carbonio e l'ozono ed il particolato nei diametri aerodinamici PM10 e PM2.5. Le prime esperienze del Laboratorio relative alla conduzione di performance audit risalgono al 1994, con la l’esecuzione di una campagna di valutazione del rilevamento dell’ozono condotta su scala regionale in collaborazione con Regione Lombardia. L’esperienza, di notevole importanza per l’individuazione delle criticità presenti nel rilevamento è stata condotta – al pari di tutte le altre eseguite in seguito – stressando l’attenzione dei partecipanti sulla sua non fiscalità. In seguito a tale campagna sono state individuate le azioni necessarie al miglioramento del rilevamento per il parametro indagato, quali la programmazione e l’erogazione di corsi di formazione specifici e la definizione di un embrione (lo spezzone regionale) di catena metrologica per l’ozono. Quest’ultimo aspetto, come già detto, ha avuto un notevole sviluppo negli anni successivi, grazie alla collaborazione con l’Istituto di Metrologia “Gustavo Colonnetti” (IMGC). Analoghi audit sono stati condotti, negli anni successivi, per i parametri monossido di carbonio e ossidi di azoto.

In queste prime campagne le verifiche sono state condotte dividendo in sezioni il sistema automatico di misurazione: sistema di prelievo-analizzatore-data logger-sistema e campioni di taratura e ci si è impegnati, mediante campionamenti e misurazioni indipendenti in parallelo della durata di almeno 48 ore, a fornire informazioni e valutazioni sul funzionamento di ogni singola sezione per individuare le priorità di intervento. Va da sé che un audit condotto con tale dettaglio operativo richiede un notevole impegno di risorse qualificate durante le fasi di preparazione, di conduzione a campo, di analisi dei dati e di reporting e va ben oltre lo scopo minimo di verificare il soddisfacimento o meno degli obbiettivi di qualità dei dati (DQOs) fissati dalla normativa nazionale e comunitaria. Di qui nasce un progetto più recente di audit più “snello” dove il sistema di misurazione viene valutato nel suo insieme ed il reporting viene standardizzato. In tal modo, con un impegno più limitato di risorse umane – non per questo meno qualificate! – ci si prefigge lo scopo di aumentare la consistenza del campione di stazioni visitate nell’arco di un anno e fornire quindi all’utenza, istituzionale e non, un dato la cui qualità sia garantita da una valutazione indipendente eseguita da un’organizzazione/gruppo terzo non coinvolto nella sua produzione

Nel corso del 2003 stato messo a punto un progetto per l'esecuzione di performance audit a campione sulle stazioni della RRQA che è stato sperimentato su sei stazioni pilota appartenenti a tre sottoreti dipartimentali per metterne in luce le criticità connesse ad elementi, sia tecnici che organizzativi, eventualmente trascurati o non correttamente valutati in fase progettuale.

QualitaDati_g2  

Secondo la nuova impostazione, nella pianificazione del Performance Audit, eseguita su base annuale su un campione delle stazioni, sono presi in considerazione numerosi fattori quali ad esempio la stagionalità delle misure (estiva per i parametri fotochimici, invernale per i parametri derivati da traffico autoveicolare e riscaldamento), la rilevanza ambientale/sanitaria del sito di misura ed i numerosi aspetti legati alla logistica e alla sicurezza degli operatori.

L’auditing condotto limitatamente ai “parametri stagionali” consente l’utilizzo di un sottoinsieme di analizzatori di riferimento che possono essere ospitati direttamente all’interno della stazione visitata ed eliminano la necessità di utilizzare un laboratorio mobile. Si consegue così una notevole riduzione di impegno di risorse qualificate altrimenti impegnate in attività amministrative quali richieste di occupazione di suolo pubblico, stipula di contratti per forniture elettriche temporanee, sorveglianza, etc. I risultati ottenuti confermano la validità della nuova impostazione che, pur essendo più snella, soddisfa le necessità di verifica del rispetto degli obiettivi di qualità richiesti dalla normativa e permette di eseguire annualmente visite presso un campione di circa venti stazioni della RRQA, per un totale di oltre quaranta parametri/apparecchi valutati.

Modalità di esecuzione degli Audit

Definizione Sistema Qualità per la RRQA

La presenza di un efficace ed efficiente Sistema Qualità costituisce l'aspetto complementare della qualità del dato: il Laboratorio, in sintonia con gli standard europei, in particolare quelli indicati dalla European Environment Agency nel Technical Report "Criteria for EUROAIRNET", ha elaborato, all'interno della partecipazione al CTN-ACE, la "Guida al Manuale della Qualità delle RRQA". Non sempre il linguaggio della Qualità risulta di semplice comprensione per chi invece pratica il linguaggio tecnico: la Guida si pone, quindi, l'ambizioso obbiettivo di costituire un ponte tra le due realtà. La Guida elaborata all'interno del progetto CTN mette in risalto la competenza tecnica del personale coinvolto nel rilevamento della qualità dell'aria ed ha i suoi punti di forza nelle sezioni e procedure che interessano più direttamente l'aspetto tecnico quali la gestione delle apparecchiature (identificazione, taratura e riferibilità, controlli, messa a punto), il processo di rilevamento (campionamento, trattamento dei campioni, analisi, validazione, diffusione dati) e, più in generale, la documentazione della struttura Rete


 
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