Metodo colorimetrico DPD per cloro libero e totale

Principio fisico-chimico

Il metodo DPD si basa sull'ossidazione del reagente N,N-dietil-p-fenilendiammina (DPD), un'ammina aromatica incolore, da parte del cloro libero (HOCl e OCl⁻) presente in acqua a pH leggermente acido (6,2-6,5). Il prodotto di ossidazione è un radicale colorato rosa-magenta (Würster Dye) con massimo di assorbimento a 515 nm, la cui intensità è proporzionale alla concentrazione di cloro libero secondo la legge di Lambert-Beer.

La reazione è stechiometrica e immediata: il cloro libero ossida il DPD direttamente, mentre le cloramine (cloro combinato) reagiscono molto più lentamente. Aggiungendo dopo la prima lettura una piccola quantità di ioduro di potassio (KI), si ottiene la liberazione di iodio dalle cloramine che a sua volta ossida il DPD residuo, producendo una seconda colorazione. La differenza tra la seconda e la prima lettura fornisce la concentrazione di cloro combinato; la somma fornisce il cloro totale.

Il pH del tampone è cruciale: a pH troppo bassi le cloramine reagiscono prematuramente alterando la discriminazione libero/totale; a pH troppo alti la sensibilità del DPD diminuisce. I tamponi commerciali (DPD No. 1, DPD No. 3) sono pre-formulati con fosfato disodico/monosodico per garantire pH ottimale.

Strumentazione

Per uso di laboratorio si impiega uno spettrofotometro UV-Vis di banco con cuvette da 1 cm e lettura a 515 nm. Per uso di campo o di routine si utilizzano fotometri compatti dedicati al cloro (Hach Pocket Colorimeter, Lovibond MD100, Palintest Photometer 7100) che leggono direttamente in mg/L Cl₂ tramite curve di calibrazione interne pre-impostate. La precisione tipica dei fotometri portatili è ±0,02 mg/L nel range 0-1 mg/L.

I kit colorimetrici a confronto visivo (comparator block) sono adatti solo per controlli rapidi indicativi a basso costo (0,30 EUR per misura) ma con risoluzione di 0,2-0,5 mg/L; non sono accettati nei contesti accreditati ISO/IEC 17025.

Per controllo continuo in acquedotti si installano analizzatori automatici online (amperometrici o colorimetrici DPD) con campionamento continuo e ciclo di lettura di 1-15 minuti.

Preparazione del campione

Il campione viene prelevato direttamente dal punto di interesse (rubinetto, piscina, vasca di accumulo) in un contenitore in vetro pulito, senza spazio di testa, e analizzato immediatamente entro 15 minuti per evitare degradazione del cloro libero per esposizione alla luce e calore. Il volume tipico è 10 mL.

Nessun trattamento preliminare è richiesto per acque chiare; in caso di torbidità si filtra preliminarmente su filtro a siringa 0,45 µm per evitare interferenze di scattering. Per acque con alto contenuto di manganese (>0,1 mg/L) si applica una correzione con bianco contenente solo DPD (senza KI) e arsenito di sodio per neutralizzare l'interferenza ossidante del Mn(IV).

Per l'analisi del biossido di cloro (ClO₂) separatamente dal cloro libero si applicano protocolli specifici a pH controllato (pH 7,0 con glicina aggiunta per mascherare il cloro libero), permettendo la determinazione selettiva del ClO₂ residuo.

Procedura operativa standard

Procedura per cloro libero e totale in acqua potabile (UNI EN ISO 7393-2): 1) prelevare 10 mL di campione in cuvetta; 2) aggiungere una bustina di DPD No. 1 (DPD + tampone fosfato); 3) miscelare e leggere immediatamente l'assorbanza a 515 nm (= cloro libero); 4) aggiungere una bustina di DPD No. 3 (KI + tampone); 5) attendere 2 minuti e leggere nuovamente (= cloro totale); 6) calcolare cloro combinato = totale - libero.

Per fotometri portatili la procedura è semplificata: il display mostra direttamente mg/L Cl₂ libero, totale e combinato dopo lettura del bianco (cuvetta con acqua del campione senza reagente) e del campione reagito. Il tempo totale di analisi è 1-2 minuti per la sequenza completa libero + totale.

Calibrazione e validazione

I fotometri di campo includono curve di calibrazione preimpostate dal produttore, ma la verifica periodica con standard certificati a concentrazione nota (0,2, 0,5, 1,0, 2,0 mg/L Cl₂ preparati da NaOCl titrato amperometricamente) è obbligatoria in laboratori accreditati. La verifica giornaliera con almeno uno standard di controllo conferma la stabilità di lettura.

La validazione per accreditamento ISO/IEC 17025 include: linearità r² > 0,99 nel range 0,05-5 mg/L, LOD = 0,02 mg/L, LOQ = 0,05 mg/L, recupero 95-105% su matrici fortificate, precisione ripetibilità RSD <5% a 0,5 mg/L. Partecipazione a confronti interlaboratorio almeno semestrali (UNICHIM, LGC AQUACHECK).

Applicazioni nel ciclo idrico

Il metodo DPD è lo standard mondiale per il controllo della disinfezione delle acque destinate al consumo umano e ricreative. In Italia il D.Lgs. 18/2023 non fissa un limite numerico per il cloro libero residuo ma richiede che la disinfezione sia 'efficace' e che il residuo sia mantenuto in rete per garantire la stabilità microbiologica; le linee guida dell'Istituto Superiore di Sanità raccomandano 0,2 mg/L come valore obiettivo al punto d'uso.

Per le piscine pubbliche italiane il D.M. Sanità 18 marzo 1996 fissa i limiti: cloro libero 0,7-1,5 mg/L, cloro combinato <0,4 mg/L. Il monitoraggio DPD è obbligatorio almeno tre volte al giorno con registrazione su libretto sanitario.

Negli acquedotti il DPD è utilizzato sia in misure di campo durante ispezioni di rete sia in monitoraggio continuo online. La verifica del residuo lungo la rete permette di identificare zone morte, biofilm in via di sviluppo e perdita di disinfettante per consumo eccessivo (parametro che indica contaminazione organica recente).

• Monitoraggio quotidiano della disinfezione in piscine e centri benessere
• Verifica del residuo lungo la rete di acquedotto comunale
• Controllo di routine in autocontrollo HACCP per B&B, hotel, ristoranti
• Validazione di sistemi di clorazione domestici (UV + clorazione di backup)
• Indagini su episodi di odore di cloramine in ambienti chiusi

Vantaggi e limiti

I vantaggi del DPD sono enormi nella pratica operativa: rapidità (1 minuto per lettura), basso costo (frazioni di euro per kit colorimetrico), strumentazione portatile e robusta, capacità di discriminare cloro libero, combinato e totale in un unico protocollo, ampia accettazione normativa internazionale.

I limiti includono: interferenze da manganese ossidato (richiede correzione), da bromo e iodio (che reagiscono come il cloro e vengono sovrastimati come cloro), e da agenti riducenti organici che consumano DPD prematuramente. La precisione a concentrazioni <0,05 mg/L è limitata e richiede metodi amperometrici per maggiore sensibilità.

Per acque clorate con biossido di cloro (ClO₂) o con sistemi combinati ozono/cloro, il DPD legge globalmente tutti gli ossidanti reagenti con DPD: è necessario applicare protocolli specifici per discriminare gli ossidanti.

Confronto con metodi alternativi

Rispetto al metodo titrimetrico DPD-FAS (UNI EN ISO 7393-1) il metodo colorimetrico DPD è meno preciso (LOQ 0,05 vs 0,01 mg/L) ma molto più rapido e adatto al campo. Per controllo di routine in piscine e acquedotti la rapidità prevale sulla precisione assoluta.

Rispetto al metodo amperometrico (sensori a membrana selettiva per cloro libero) il DPD è meno sensibile a basse concentrazioni (<0,05 mg/L) ma non richiede calibrazione frequente del sensore né manutenzione di elettrodi. L'amperometria è preferita in monitoraggio continuo industriale a flusso, il DPD in misure puntuali manuali o semi-automatizzate.

Il metodo del rosso-fenolo (orto-tolidina) è obsoleto e non più raccomandato per problemi di cancerogenicità del reagente; tutti i kit moderni sono basati su DPD.

Conformità ISO/IEC 17025

La UNI EN ISO 7393-2:2018 disciplina la determinazione del cloro libero e totale con metodo colorimetrico DPD ed è la norma di riferimento europea per laboratori accreditati. La UNI EN ISO 7393-1:2018 disciplina il metodo titrimetrico DPD-FAS per misure di precisione superiore. Standard Methods 4500-Cl G fornisce il riferimento statunitense equivalente.

Il laboratorio accreditato documenta la procedura interna, la calibrazione e verifica dei fotometri, la partecipazione a confronti interlaboratorio, e l'incertezza estesa di misura (k=2) tipicamente di 10-15% nel range operativo. Per misure di campo eseguite da operatori non analisti (gestori di piscine, idraulici, manutentori) sono previsti corsi di formazione e protocolli semplificati.