Aula 8

Química da Atmosfera - Parte III

AMOSTRAS DE “AR”: - Aspectos analíticos - Métodos de análise - Legislações

Prof. Rafael Arromba de Sousa

Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química

Juiz de Fora, 2o semestre de 2017

Química Ambiental

1

Aulas 6 e 7:

Composição química e os principais poluentes da atmosfera

Características gerais da atmosfera

Transporte de substâncias na biosfera e os Ciclos biogeoquímicos

Principais problemas ambientais relacionados à poluição atmosférica

Relembrando ... www.youtube.com/watch?v=3AlMryEKpNI

2

COMO MONITORAR O “AR”/ ATMOSFERA:

Aspectos analíticos

Legislação

Métodos de análise

As amostras de ar

3

“Outdoor” sampling “Indoor” sampling

Avaliar contaminações por

Gases provenientes do solo Compostos voláteis no ambiente de trabalho (saúde ocupacional)

A contaminação de ambos os ambientes podem ser prejudiciais à saúde humana !!

Atm

osfe

ras abert

as

Atm

osfe

ras in

tern

as

Amostragem de ar - definição

4

Obtenção da amostra laboratorial considerando a representatividade da mesma NECESSÁRIA quando não se tem disponível um equipamento para monitoração em tempo real

AMOSTRAS AMOSTRAGEM

Significados ??

Amostragem de ar - definição

5

PROCEDIMENTO GERAL

Retenção/ Pré-concentração dos analitos seguida de uma extração ou dessorção

Soxhlet Ultrasom

Extração com fluido supercrítico

Sorção em suportes/ dispositivos a base de: - sílica gel - fibras específicas - polímeros orgânicos MODIFICADOS QUIMICAMENTE OU NÃO Equipamentos específicos “Monitor Beta”

Usado para coleta de material particulado

Injetor GC

Amostragem de ar

6

Exemplos de amostradores de “ar”:

A-TSP (Total suspended particle sampler)

Coleta partículas do ar que flui (vazão e tempo determinados) por um filtro (fibra de vidro)

PERMITE realizar as análises no laboratório e se adéqua à determinação de “traços”

Técnicas instrumentais usuais (tipo: depende do analito)

Possibilitada a etapa de pré-concentração

B- PM-10 samplers

Coleta partículas com ᶲ < 10 µm Usa filtros de: - fibra de vidro - teflon

1) AMOSTRADORES DE “GRANDES VOLUMES”

Amostragem de ar

7

Exemplos de amostradores de “ar”

PERMITE realizar as análises no laboratório e se adéqua à determinação de traços

AMOSTRADORES DE “GRANDES VOLUMES”

Amostragem de ar

8

c) PS-1 Para baixas concentrações de SVOCs, PCBs, pesticidas e dioxinas cloradas

2) AMOSTRADORES PORTÁTEIS

Exemplos de amostradores de “ar”

A- Canister samplers ou Tedlar bag O ar é “aprisionado” em diferentes tipos

de recipientes, dependendo da concentração esperada

B- “Amostrador de fita” (Monitor Beta) Para materiais particulados, filtra o ar usando um material enrolado na forma de uma fita

C- Tubos sorventes ou “impingers” Tubos com materiais sorventes ou com líquidos (impingers) nos quais os analitos ficam

sorvidos ou dissolvidos

VERIFICAR IMAGENS NO GOOGLE...

Inerte Impermeável

Transparente ou não

Amostragem de ar

9

O “ar” ou constituintes do ar são SEMPRE retidos em um RECIPIENTE/ MATERIAL ÚNICO MAS existem também diversos termos técnicos aplicáveis apenas a esse contexto

de amostragem

... “Em resumo”:

Ex: 1) Termo “amostragem de fonte”: amostragem de chaminé 2) Termo “amostragem individual”: “Amostragem ... realizada com a finalidade de avaliar razão de exposição ... Utiliza como instrumento equipamento carregado individualmente”. (Para exemplos de amostradores individuais, acessar http://www.sensidyne.com/)

Qualidade do ar e Legislação

10

HISTÓRICO 1) Resolução CONAMA nº 05, de 15 de junho 1989, que instituiu o Programa Nacional de

Controle da Qualidade do Ar "PRONAR”

2) Resolução CONAMA nº 03, de 28 de junho de 1990

Estabeleceu os padrões nacionais de qualidade do ar Definiu a forma de amostragem: - Amostrador de grandes volumes (Hi-vol) ou equivalente Definiu os métodos para a monitoração de diferentes parâmetros - Quantidade de partículas totais em suspensão - Concentração de SO2

- Concentração de CO - Concentração de O3

- Fumaça - Quantidade de partículas inaláveis - Concentração de NO2

Qualidade do ar e Legislação

11

HISTÓRICO 1) Resolução CONAMA nº 05, de 15.06.89, que instituiu o Programa Nacional de Controle

da Qualidade do Ar "PRONAR

2) Resolução CONAMA n0 03, de 28 de junho de 1990 Padrões estabelecidos (limites máximos): - Saúde da população - Danos à fauna e à flora Define que “poluente atmosférico” é qualquer forma de matéria ou energia que afetem o ar alterando seus padrões de qualidade Exige estratégias de controle das emissões para manter ou atingir os padrões de qualidade estabelecidos Esclarece que a monitoração de partículas e espécies químicas é importante e frequentemente necessária. Existem métodos recomendados !

12

Monitoração de partículas e espécies químicas – Entendendo os métodos

Microscopia óptica para a quantificação das partículas

Espectrofotometria no UV-Vis (“colorimetria”)

Espectrofotometria no IR

13

Monitoração de partículas e espécies químicas – Entendendo os métodos

ANALITOS x MÉTODOS

SO2

O3

NO2

Espectrofotometria UV-Vis

Reação com: 1- formaldeído; 2- p-rosanilina; λ= 548 nm

Reação com KI em meio de amido ; λ= 366 nm OU

Medição da absorbãncia no Vis (λ= 548 nm)

Reação com: 1- amina orgânica; 2- N-(1-naftiletilenodiamina) ; λ= 540 nm

Amostra gasosa

Borbulhada em soluções específicas Formação de

produtos coloridos “Impregnada” em um

filtro (contendo agentes específicos)

Reações “específicas”

Medida de absorção e análise quantitativa

Medidas de absorção (A):

- Obtidas a partir de medidas de transmitância (T) - Quanto menor a transmitância, maior a absorbância

A absorbância aumenta com a concentração da espécie absorvedora - depende da substância (absortividade molar) - depende do espaço físico ocupado pela amostra (caminho óptico)

A= - log T= + log P0/P

15

Monitoração de partículas e espécies químicas – Entendendo os métodos

ALGUNS DETALHES

Determinação de SO2:

Reação 1: SO2 + CH2O + H2O HOCH2SO3H (reação de oxidação do SO2: formação do ác. metilssulfônico)

Reação 2: HOCH2SO3H + p-rosanilina ác. p-rosanilinametilsulfônico

CH2SO3H

CH2SO3H

CH2SO3H

H

16

Monitoração de partículas e espécies químicas – Entendendo os métodos

ALGUNS DETALHES

Determinação de O3:

Reação 1: O3 + 2 KI + H2O 2 KOH + O2 + I2 (reação de redução do O3)

Reação 2: I2 + amido complexo azul

amilose

17

Determinação de NO2:

Reação 1 HIDRÓLISE PARA FORMAÇÃO DO ÁC. NITROSO: 2 NO2 + H2O HNO2 + H+ + NO3

-

Reação 2 REAÇÃO COM AMINA ORGÂNICA (formação do íon diazônio)

Reação 3 REAÇÃO COM N-(1-NAFTILETILENODIAMINA)

18

Monitoração de partículas e espécies químicas – Entendendo os métodos

Os ANALITOS e os MÉTODOS:

CO

CO2

Absorção em:

2165 – 2183 cm -1

Absorção em:

2342 cm -1

Espectrofotometria IR

... Esses MÉTODOS baseados na espectrofotometria UV-Vis não são mais considerados métodos “avançados”

Mas são adequados e confiáveis para estas aplicações!

Espectrofotometria no Infra-vermelho:

19

Espectro de Infra-vermelho do CO:

http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C630080&Type=IR-SPEC&Index=0,

acesso em 03-10-17

20

Espectro de Infra-vermelho do CO2:

http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C630080&Type=IR-SPEC&Index=0,

acesso em 03-10-17

21

Monitoração de partículas e espécies químicas – Entendendo os métodos

Os ANALITOS e os MÉTODOS – Aspectos práticos

Espectrofotometria no IR: CUBETAS OU CELAS caminhos ópticos “longos” ... 10 cm para analitos em concentrações “altas” 20 – 100 m para analitos em concentrações “baixas” Janelas ópticas de KBr ...

22

Monitoração de partículas e espécies químicas – Entendendo os métodos

Espectrofotometria no IR pode ser aplicada a outros gases e substâncias: O3, NO, SO2, ácido fórmico, VOCs e HPAs

Espectros de referência para mais de 100 compostos! www.epa.gov/ttn/emc/ftir/welcome.html

Melhorar a detectabilidade a EPA recomenda o uso da Cromatografia Gasosa

Além disso ...

23

Monitoração de partículas e espécies químicas – Entendendo os métodos

- Espectrofotometria no UV-Vis (“colorimetria”) exemplos importantes

- Espectrofotometria no IR

Microscopia óptica - quantificação de partículas (PSD)

Para estudar/ analisar essas partículas:

Qualidade do ar e Química analítica

24

Espécies orgânicas

Espécies inorgânicas

Monitoração “completa” da qualidade do ar

Espécies químicas gasosas

Espécies químicas adsorvidas em sólidos

Análise da atmosfera: trabalho complexo e um campo com muitos aspectos a serem estudados/ estabelecidos

Qualidade do ar e Química analítica

25

LITERATURA RECOMENDADA:

Espécies orgânicas

Espécies inorgânicas

Yaman, M. & Erela, E. Combining Preconcentration Methods for the Determination of Lead and Nickel in Ambient Air by FAAS, At. Spectros. 33 (2012) 212

Camel, V. M. & Cauda, M. Trace Enrichtment Methods for the Determination of Organic Pollutants in Ambient

Air, J. Chromatogr. A. 710 (1995) 3

Air Pollution Control Technology Handbook.

K. B. Schinelli & C. A. Brown; CRC, 2002

26

Perguntas ?

Curiosidades ? ?

De

mai

s R

efe

rên

cias

Baird, C. Química Ambiental; Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera, 2 ed, Porto

Alegre, Bookman, 2002.

Mozeto, A. Química Nova na Escola , Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, 2001, 41.

http://www.clu-in.org/issues/default.focus/sec/vapor_intrusion/cat/site_investigation_tools/,

acessado em 16-07-13.

Zhang, C. C. Fundamentals of Environmental Sampling and Analysis, Canada, John Wiley & Sons, 2007.

http://www.uregina.ca/science/chem-biochem/facilities/TAF1/Air%20Sampling.html, acessado em 17-07-13.

http://blogs.dallasobserver.com/unfairpark/2012/04/meet_the_most_scrutinized_frac.php,

acessado em 17-07-13.

http://www.newterra.com/solutions/tedlar-gas-sampling-bags/, acessado em 17-07-13.

http://www.ibama.gov.br/areas-tematicas-qa/programa-proconve, acessado em 19-07-13.

http://www.mma.gov.br/estruturas/163/_arquivos/promot_163.pdf , acessado em 19-07-13.

FUNDACENTRO. O Tamanho das Partículas de Poeira Suspensas no Ar do Ambiente de Trabalho, Ministério

do Trabalho e Emprego, 2001.

Campos, V. P. et al. Química Nova, 29, 2006, 872.

http://www.relma.com.br/global/produtos/13831316400.jpg , acessada 20-07-13.

27