Rosso Cresolo Alcalino: La Svolta nei Dosimetri per Radiazioni che Stavi Aspettando!

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi appassiona molto e che potrebbe sembrare uscito da un film di fantascienza, ma è scienza purissima: come misurare le radiazioni in modo più efficace. Nello specifico, vi racconto come ho lavorato su un particolare tipo di “misuratore” di radiazioni, chiamato dosimetro, a base di una sostanza chiamata Rosso Cresolo.

Il Problema: Misurare le Radiazioni, Ma Fino a Che Punto?

Allora, immaginate di dover misurare l’esposizione a radiazioni ionizzanti, quelle usate per sterilizzare strumenti medici, irradiare cibo per conservarlo più a lungo, o in certi processi industriali. Serve uno strumento affidabile, un dosimetro appunto. Da tempo si usano soluzioni acquose di coloranti, perché cambiano colore quando vengono irradiate. Più radiazione assorbono, più il colore cambia. Misurando questo cambiamento con uno strumento chiamato spettrofotometro, possiamo sapere quanta dose è stata assorbita.

Esistono tanti coloranti usati per questo scopo: rosso metile, blu di metilene, e anche il nostro Rosso Cresolo. Sono soluzioni relativamente economiche e facili da preparare. Il problema è che ogni colorante ha i suoi limiti. Il Rosso Cresolo, ad esempio, in una semplice soluzione acquosa (cioè sciolto in acqua distillata), funziona bene ma solo fino a una certa dose, circa 1.65 kGy (kiloGray, l’unità di misura della dose assorbita). Per molte applicazioni industriali, però, servono dosi ben più alte!

L’Idea Brillante: Cambiare l’Ambiente!

Qui entra in gioco l’idea che ho esplorato. Si sapeva già che il Rosso Cresolo è più “a suo agio”, più stabile, in un ambiente alcalino (cioè a pH alto, il contrario di acido). In pratica, le molecole del colorante in ambiente alcalino sono meno inclini a degradarsi o a reagire chimicamente, anche sotto l’effetto delle radiazioni. In ambiente acido, invece, sono più “fragili”.

Mi sono chiesto: e se sfruttassimo questa maggiore stabilità per estendere il range di dosi misurabili? Nessuno ci aveva mai pensato seriamente per applicazioni dosimetriche! L’ipotesi era che, rendendo la soluzione di Rosso Cresolo alcalina, avremmo potuto “smorzare” la sua reazione alle radiazioni, permettendogli di continuare a cambiare colore (anche se più lentamente) fino a dosi molto più elevate prima di “saturarsi” o degradarsi completamente.

Mettiamoci al Lavoro: L’Esperimento

Detto, fatto! Ho preparato una soluzione di Rosso Cresolo (usando il suo sale di sodio, per la precisione) non in semplice acqua, ma in una soluzione di idrossido di sodio (soda caustica, ma molto diluita!) per renderla alcalina (pH intorno a 9 o più). Ho usato una concentrazione di colorante maggiore (1 mM) rispetto agli studi precedenti (0.1 mM), perché in ambiente alcalino il Rosso Cresolo si scioglie molto meglio.

Poi, ho preso queste soluzioni e le ho irradiate usando una sorgente di raggi gamma calibrata (una Gamma Chamber-1200), esponendole a diverse dosi, da 100 Gy fino a oltre 3000 Gy. Dopo l’irradiazione, ho misurato l’assorbanza delle soluzioni con uno spettrofotometro UV-visibile. In ambiente alcalino, il picco di assorbimento del Rosso Cresolo si sposta a una lunghezza d’onda maggiore (573 nm, nel giallo-rosso) rispetto all’ambiente neutro o acido (dove assorbe nel blu, a 434 nm). Questo è dovuto a come cambia la struttura elettronica della molecola quando perde un protone in ambiente basico.

I Risultati? Sorprendenti!

Ebbene, i risultati sono stati fantastici! Analizzando come cambiava l’assorbanza a 573 nm al crescere della dose, ho visto che la relazione non era lineare, ma seguiva una curva polinomiale di terzo ordine. Ma la cosa più importante è che il sistema funzionava in modo affidabile fino a circa 3000 Gy (3 kGy)! Questo è quasi il doppio (1.8 volte, per essere precisi) del range precedentemente riportato per il Rosso Cresolo in acqua!

Perché questa estensione? Proprio come ipotizzato: l’ambiente alcalino rende il colorante più resistente. Le specie chimiche reattive (come i radicali idrossilici ·OH) che si formano durante l’irradiazione e che normalmente degradano il colorante, in ambiente fortemente alcalino (pH ≥ 9) si trasformano in specie meno reattive (O·−), riducendo così la degradazione del colore. Questo significa che possiamo misurare dosi molto più alte! Pensate che con questo range esteso, il nostro dosimetro diventa utile per oltre il 65% delle applicazioni comuni nel processamento a radiazioni (come l’inibizione della germogliazione nelle patate, il ritardo della maturazione della frutta, la disinfestazione da insetti, l’estensione della shelf-life di pesce e carne), rispetto al solo 38% coperto dalla versione precedente.

Stabilità e Affidabilità: Le Prove del Nove

Ovviamente, non basta estendere il range. Un buon dosimetro deve essere anche stabile e riproducibile. Così ho fatto un po’ di test.

• Riproducibilità: Ho preparato diversi campioni e li ho irradiati alla stessa dose (ho provato a 400, 1450 e 2500 Gy). La variazione nella misura tra campioni diversi è risultata molto bassa, sempre entro il 6%. Ottimo!
• Stabilità alla Luce: Il Rosso Cresolo può essere sensibile alla luce UV. Ho conservato campioni non irradiati e irradiati sia alla normale luce del laboratorio (LED + luce diurna diffusa) sia completamente al buio. Come previsto, la luce riduce un po’ la stabilità. Le soluzioni non irradiate sono stabili per circa 8 mesi alla luce e 10 al buio. Quelle irradiate per 7 mesi alla luce e 9 al buio. Morale della favola: meglio conservarle al buio per massimizzare la durata!
• Stabilità alla Temperatura: La temperatura può influenzare il colore. Ho testato i campioni conservandoli a temperature tra 10°C e 60°C, sia prima che dopo l’irradiazione. Ho scoperto che tra 10°C e 30°C la risposta del dosimetro non cambia significativamente. Sopra i 40°C, invece, si nota una diminuzione del colore. Quindi, è importante conservare e misurare le soluzioni in questo range di temperatura (10-30°C) per avere risultati accurati.

A Cosa Serve Tutto Questo?

Insomma, modificando semplicemente l’ambiente chimico in cui si trova il Rosso Cresolo, rendendolo alcalino, siamo riusciti a creare un dosimetro:

• Con un range di dose quasi raddoppiato (fino a 3 kGy).
• Adatto a una gamma molto più ampia di applicazioni industriali e alimentari (>65%).
• Con una stabilità e riproducibilità quantificabili e decisamente buone per l’uso pratico, a patto di conservarlo al buio e a temperature controllate (10-30°C).

È una soluzione robusta, relativamente semplice ed economica per monitorare processi che usano radiazioni gamma a dosi intermedie.

Guardando al Futuro

Questo lavoro apre nuove porte. Potremmo esplorare condizioni ancora più alcaline per vedere se riusciamo a migliorare ulteriormente sensibilità e stabilità. E, naturalmente, il prossimo passo sarà validare questi dosimetri in scenari reali di processamento industriale per confermare la loro utilità pratica sul campo.

È affascinante come a volte basti cambiare un piccolo dettaglio, come il pH di una soluzione, per ottenere un miglioramento così significativo in una tecnologia! Spero che questa piccola incursione nel mondo della dosimetria vi sia piaciuta!

Fonte: Springer