T E C N I C A D I P R E L E V A M E N T O E P U R I F I C A Z I O N E D E I G A S N A T U R A L I E V U L C A N I C I M . SANTANGELO Recentemente sono stati pubblicati f 1 ' 2 ), i risultati di una ricerca sulla composizione isotopica dell'Argon contenuto nei gas provenienti dall'interno della crosta terrestre. In lavori di questo genere uno dei problemi fondamentali è costi- tuito dalla operazione di captazione sul terreno dei campioni e la diffi- coltà più grossa sta nel fatto che, specie nel caso dei vulcani, è molto problematico evitare l'inquinamento da parte dell'aria atmosferica, e ciò sia per la inadeguatezza dei dispositivi di raccolta, sia anche, e questo è più grave, perché l'inquinamento può verificarsi per circola- zione sotterranea di aria prima ancora che i gas vengano in super- ficie ( 3 ). Aggiungasi che questi gas in genere si presentano con elevata tem- peratura, 200-300 "C, da qui la necessità che l'apparecchiatura abbia particolari requisiti. Le difficoltà di cui sopra, naturalmente, scompaiono quando il gas viene incondottato a profondità dell'ordine di qualche centinaio di metri, così come avviene per i soffioni boraciferi di Larderello (To- scana). P e r le ricerche di cui si è fatto cenno (1. e.), presso l'Istituto Nazionale di Geofisica in collaborazione con il Centro di Fisica Nu- cleare di Roma, è stata studiata e realizzata una attrezzatura per il prelevamento e la purificazione dei gas naturali allo scopo di prepa- rare dei campioni di Argon da analizzare con lo spettrografo di massa ( 4 ). Gas vulcanici. — La tecnica impiegata variava a seconda che si trattasse di emanazioni da crepacci di vulcani attivi o di fumarole subacquee: nel primo caso fu costruito un sistema a bombola con aper- tura manovrabile a distanza. La bombola del volume di circa 10 litri (vedi fig. 1) è munita di un dispositivo di chiusura di cui alla fig. 2. Questo dispositivo normalmente resta chiuso a tenuta di vuoto. La bom- bola protetta da un cappuccio metallico viene calata a mezzo di un 28 M . S A N T A N G E L O cavo di acciaio alla profondità massima raggiungibile nel crepaccio da cui provengono i gas che si vogliono captare. Una volta introdotta la bombola, da una distanza clic nei nostri prelevamenti si aggirava attorno agli 8-10 metri, veniva aperta a mezzo di un cavo con anima di acciaio la valvola azionata dalla leva A di fig. 2 : dopo qualche minuto la bombola si riempiva dei gas circolanti nel crepaccio: il vuotometro indicava l'avvenuto riempimento. Per questa operazione si è cercato di scegliere quelle spaccature che presentavano le caratteristiche più opportune perchè i gas captati F i g . 1 F i g . 2 Con questa tecnica furono fatti prelevamenti sull'Etna; ne fu ten- tato anche uno allo Stromboli, ma l'operazione non si potè effettuare con le modalità sopra descritte per il lancio intermittente da parte del vulcano di lapilli infuocati, masse incandescenti e gas tossici. Ì Jtf* j ì i> Fllmarole SlI[H/C(jlH'(', - Il prelevamento ~l presenta plU a~evole e con risultato alquanto più ~icuro nel caso di fumarole ~uhaequec. I !!as ~or!!o!!1ianti nell';u:qua ~ono raccolti in una campana ~li (:in:a 20 litri 16~. 31 che \·ienc (:alata a mezzo (li una picf'ola f!nl, ~irevolc e fw:ilmente tra~portabile, ndlo specchio ~li acqua fmo ai 2 3 del· la sua alte7.za. Del ~hiaccio posto 111 un cilin~lro inne~tato sulla cam- pana, pro\oca la con~len~azione del vapore d'acqua trascinato (lai f!a5 nel tuho ~li rame a spirale imo merso in e~~o; in questo modo l'acqua di con(lensazione rica~lc, mentre ~as residui pervengono attraverso un tubo di ~omma a(l un 5i~tema lfi/!. 41 co~tituito da 2 hocce contenenti una ~oluzione (li NaOH a circa 30'1;, preyentiva· mente di~aerata a ealdo c sotto nlOto. Il manometro B ~el"\'c al: ilUlieare la pre~~ione ~lcl /!as Tl- spetto a quella atmo~feriea. L'opcra7.ionc procc(leva nel ~el!uente mo~lo: si face\'a riempi- re la prima boccia, quindi si seuo· teya la soluzione per a~e\'olare la rca7.ione: così alla fine era possihile a~~or­ bire nclla quasi totalità la CO", che in que~ti ga~ pUÌl ragglLUlgere il 95·98,/" (3) e racco/!liere il gas residuo ~enza che ci fosse pericolo l'aria atmosferica. (li (:ontaminazionl" da partc del- Campioni sono ~tati prelevati ad A~nano Terme, Solfatara ai Poz- zuoli e Bnllicame ~li Viterbo. Prcpflrflzùmp del campione di Argon. - T I!a~ ndcaniei e fuma- rolici contengono prevalentemente H~O. CO", N~ e talvolta H~S, CII~, 28 M . S A N T A N G E L O F i g . 4 H-2 e gas rari. Il metodo usato per la purificazione è quello classico (/'l: per ottenere i campioni di Argon si sfrutta la proprietà dei gas nobili di non reagire chimicamente: il problema si riduce ad una successiva eliminazione di tutti gli altri gas presenti. Non è necessario clic que- sta eliminazione sia quantitativa poiché le misure dei rapporti Ira gli isotopi dell'Argon con lo spettrografo di massa non vengono distur- bate da nessuna delle masse riportate. L'HoO residua viene eliminata facendo passare il gas attraverso tubi ad U contenenti CaCU e P^Or,, la C02 mediante calce sodata, e l'ossigeno, se presente, si fa assorbire in un forno di Pirex, da Cu metallico a 350 °C. L'azoto viene trattenuto sotto forma di azoturo in un forno me- tallico dove è contenuto Ca metallico alla temperatura di circa 700 °C (fig. 5). Il gas residuo composto prevalentemente da Argon e dagli altri gas rari, viene aspirato dal forno a Ca. dove alla fine si raccoglie, m m m m m m m r n M ^ m m F o r n o a Ca A — Manicotti di raffreddamento a c i r c o l a z i o n e di acqua B — G u a r n i z i o n e ad anello di gomma per le tenuta del vuoto C — R i s c a l d a t o r e elettrico D — C i l i n d r o di re tice lla di f e r r o contenente le tornitura di Ca E — T u b o di acciaio esterno a D. con fori per il passaggio del gas • d ...JOT-; T E C N I C A 1)1 P R E L E V A M E N T O E P U R I F I C A Z I O N E D E I GAS N A T U R A L I E V U L C A N I C I 3 1 in un recipiente in cui si fa adsorbire da carbone attivo raffreddato con aria liquida: da qui si manda in un palloncino di vetro di 100 cm3. In fig. 6 è schematizzato l'insieme del dispositivo per la purifi- cazione dei gas. F i g . 6 A — P o m p a rotativa - vuoto preparatorio R e G — Manometri ad Hg C — S e r b a t o i o per il vuoto D — P o m p a in pyrex a diffusione di Hg E — V a c u o m e t r o di P i r a n i F — B o m b o l a contenente il gas da purificare H — T u b i ad U contenenti CaCl? e calce sodata / — F o r n o in pyrex a rame L — T u b i ad U con P,0-, N, O, P — P o m p e di T o e p l e r M — F o r n o metallico a Ca Q — R e c i p i e n t e con C attivo R — P a l l o n c i n o i n cui si raccoglie l'Argon e i gas rari Mi è gradito ringraziare i colleghi dottori G. Boato e G. Careri per l'aiuto prestato durante la preparazione delle apparecchiature qui descritte. Rotila — Istituto Nazionale di Geofìsica — Gennaio 1952. RIASSUNTO In lavori precedenti sono stati resi noti i risultati di analisi sulla composizione isotopica dell' Argon contenuto nei gas naturali. Nella presente nota vengono brevemente esposti i criteri tecnici seguiti nella progettazione ed esecuzione delle apparccliiature neces- sarie al prelevamento dei gas stessi. Si descrivono le tecniche impie- gate per la captazione sia dei gas vulcanici che di quelli delle fuma- role subacquee. Viene infine succintamente esposto il procedimento per la preparazione dei campioni di Argon e dato uno schema del dispositivo usato per tale operazione. 28 M . S A N T A N G E L O SU M MARY The rcsults of mass-spectrometric analysis of the Argon content in naturai gases have been reported in previous papers. The devices employed for picking up naturai gases are reported here. Methods for collecting volcanic and fumarolic gases are described. The method used in preparing Argon samples is also summarized. B I B L I O G R A F I A ( ! ) G . B O A T O - G . C A R E R I - G . N E N C I N I - M . S A N T A N G E L O , Annali di Geofisica. I V - 1 - 1 9 5 1 . ( 2 ) G . B O A T O - G . C A R E R I - M . S A N T A N C E L O , NUOVO Cimento. I X - 1 - 1 9 5 1 . ( 3 ) SBORGI, Annali di Chimica Applicata. V o i . 32 fase. 12, 1 9 1 2 ; DAY, SHEPIIERD, Bullet. Geol. Soc. Volc. Am. 24, 573, 1913. ( 4 ) G . C A R E R I - G . NENCINI, Nuovo Cimento. 7 , 6 4 , 1 9 5 0 . ( A ) P . PASCAL, Traile de cliimie minerale. P a r i ? , 1934.