• Nanowires
• River
• Sensor
• Small
• System

L’acqua è un bene essenziale per la vita. Sulla Terra la quantità d’acqua è sempre più limitata e la sua qualità messa sempre più a rischio. Mantenere un’elevata qualità dell’acqua è importante sia per soddisfare la richiesta di acqua potabile che per una produzione alimentare sicura. Al giorno d’oggi l’ozono rappresenta il principale elemento utilizzato per la potabilizzazione delle acque dei fiumi. Con l’innovativo strumento, utilizzato durante il lavoro di tesi, vi è la possibilità di misurare la reale concentrazione dei microrganismi patogeni nelle acque; in modo da poter utilizzare l’esatta quantità di ozono durante la potabilizzazione. Ciò significa: aumentare la sicurezza del processo di potabilizzazione, utilizzando la minor quantità di ozono possibile e dunque rendendo maggiormente economico l’intero processo.
L’obbiettivo di tale lavoro di tesi è il miglioramento del processo di potabilizzazione delle acque dei fiumi, attraverso l’identificazione dei metaboliti volatili (VMs) e dei composti organici volatili (VOCs) liberati dal metabolismo dei microrganismi patogeni delle acque.
Ciò è possibile utilizzando l’innovativo strumento: Small Sensor System (S3).
Lo strumento S3 è formato da un apparato di sei sensori di tipo MOS, dei quali: tre costruiti con la tecnologia RGTO mentre i restanti tre costruiti con l’innovativa tecnologia nanowires.
I sensori nanowires sono realizzati su una base di ossidi metallici semiconduttori ed in particolare presentano tre innovative caratteristiche: la ridotta dimensione, la resistenza alle alte temperature per lunghi periodi di tempo e l’elevata superficie disponibile per l’analisi nonostante le ridotte dimensioni. Questo permette al dispositivo, portatile, di avere un’elevata sensibilità. Contemporaneamente all’analisi con lo strumento Small Sensor System è stata eseguita un’analisi con lo strumento GC-MS con tecnologia SPME, in modo da riconoscere da quali molecole chimiche fossero formati i VMs ed i VOCs rilevati dallo strumento S3.
I microrganismi considerati in questi studio sono stati direttamente isolati dall’acqua del fiume, in particolare: Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Vibrio cholerae and Pseudomonas aeruginosa. Per poter eseguire l’analisi sono stati utilizzati quattro diverse tipologie di campioni: acqua potabile proveniente da bottiglia e da rubinetto e due soluzioni formate con i microrganismi patogeni, alla concentrazione di 500 CFU/mL e 50 CFU/mL. Un volume di 5 mL di campione è stato inserito in 40 vials cromatografiche in modo da poter concentrare i VMs ed i VOCs nello spazio di testa delle vials stesse. Tale operazione è stata eseguita per ogni campione. L’S3, tramite l’analisi dei VMs e dei VOCs non è stato in grado di distinguere i campioni di acqua potabile derivanti dalla bottiglia e dal rubinetto; mentre è in grado di distinguere l’acqua potabile dai campioni contaminati. In particolare, la soluzione alla concentrazione di 50 CFU/mL rappresenta il limite di sensibilità dello strumento.
L’analisi dell’acqua del fiume, attraverso il GC-MS-SPME, indica un’elevata presenza di indolo; tale composto è un marker di riconoscimento rispetto alla contaminazione microbiologica delle acque.
In conclusione lo strumento portatile S3 permette una rapida distinzione tra acqua potabile ed acqua contaminata. Tale analisi potrà essere maggiormente precisa, accurata, sensibile e selettiva tramite la realizzazione di specifici sensori per l’indolo da inserire all’interno dello strumento S3.

Water is essential for life. The amount of fresh water on earth is limited and its quality is under constant threat. Preserving the quality of fresh water is important for the drinking-water supply and food production. Nowadays the most used element for the purification of rivers’ wastewater is ozone, whose quantity is decided on a statistical basis. Thought the new method we are able to detect the real pathogenic microorganisms’ (PM) concentration and therefore the exact used quantity of ozone. That means, increase safety through cheap water purification process. The aim of the thesis work is to improve the river’s wastewater purification process and the management of potable water, through the identification of volatile metabolites (VMs) and volatile organic compounds (VOCs) released from the PM’ metabolism, that typically contaminate water. This is possible by using the innovative device: Small Sensor System (S3). The S3 device is equipped with an array consisting of six MOS gas sensors: three of which prepared by RGTO technology, while the other three constructed with the novel nanowires technology. The nanowire is a gas sensor based on semiconducting metal oxides. In particular, this kind of sensor has three innovative characteristics: the small size, the resistance at the high temperatures for a long period of time and the most important of all, the fact that, despite the small size, the surface area for analysis results to be higher than the other sensors, thanks to the folded structure of nanowires sensors. This gives to the portable device a greater sensitivity, significantly lowering its detection threshold. The Small Sensor System data were supported with classical chemical technique like GC-MS with SPME tech, to correlate the VMs and VOCs detected by S3. The microorganisms considered in this study are: Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Vibrio cholerae and Pseudomonas aeruginosa directly isolated from rivers’ wastewater. In order to carry out the analysis, four different kinds of samples have been used: drinking water from bottle and tap, 500 CFU/mL and 50 CFU/mL river’s wastewater PM. A volume of 5 ml was put into 40 chromatography vials for each sample, in order to take advantage of the sample's headspace. The S3 is used to distinguish between drinking water and contaminated water. Concerning the S3 tool, the two drinking water samples are the same. The S3 is able to distinguish between the drinking water and the 500 CFU/mL, 50 CFU/mL PM’ solutions. In particular, the 50 CFU/ml solution represents the threshold. The GC-MS-SPME river’s wastewater analysis showed the presence of indole VOC; it is used as marker of the water contamination degree. In conclusion the hand-held S3 tool allows on-site simple and rapid distinction between drinking water and contaminated water. The river’s wastewater’s analysis will be more precise, accurate, sensible and selective if S3 will be implemented with the indole high sensible gas sensor.