DETERMINAÇÃO DE NITRATOS EM ÁGUAS DOCE, SALINA E SALOBRA UTILIZANDO UM MÉTODO ALINHADO COM OS PRINCIPIOS DA QUIMICA VERDE

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1 DETERMINAÇÃO DE NITRATOS EM ÁGUAS DOCE, SALINA E SALOBRA UTILIZANDO UM MÉTODO ALINHADO COM OS PRINCIPIOS DA QUIMICA VERDE Ana Alice Gomes 1, Elcide Dobloni Marques Muna 2, Marcos Paulo Lavatori 3, Genilda Pressato Rocha 4 1 FIRJAN/SENAI, Rio de Janeiro, Brasil, aagdsilva@firjan.org.br 2 FIRJAN/SENAI, Rio de Janeiro, Brasil, edobloni@firjan.org.br 3 FIRJAN/SENAI, Rio de Janeiro, Brasil, mlavatori@firjan.org.br 4 FIRJAN/SENAI, Rio de Janeiro, Brasil, grocha@firjan.org.br RESUMO Demonstrar estatisticamente através de estudo de validação a viabilidade do monitoramento de nitratos por cromatografia iônica, alinhado com os princípios da química verde e visando atender normas ambientais Resolução CONAMA 357, 396, 420 e Portaria 2914 referente à potabilidade. Palavras-chave: nitrato, cromatografia Iônica, química verde. 1. INTRODUÇÃO A presença de nitratos em águas naturais é um assunto que tem preocupado muito a comunidade científica, visto o grande prejuízo que pode causar a saúde e ao meio ambiente. O nitrato também se apresenta como uma das principais espécies químicas relacionadas ao efeito de eutrofização de corpos aquáticos. O seu monitoramento permite correlacionar o grau de eutrofização de um corpo hídrico e a progressão dos projetos de remediação ambiental. Os valores referenciados para esse tipo de monitoramento são trinta vezes inferiores aos níveis relacionados à potabilidade. Os es Máximos Permitidos (VMPs), estabelecidos nas normas ambientais, se apresentam inferiores à própria norma para fins de potabilidade (da ANVISA) evidenciando a sensibilidade do meio ambiente em relação ao nitrato e a importância de seu monitoramento, sendo esses os principais motivos do desenvolvimento e validação de uma metodologia integrada ao conceito da química verde. Existem diversas metodologias disponíveis para quantificação de nitratos em águas, mas dentre as mais comumente utilizadas destacam-se as por colorimetria, potenciométria e cromatografia. A determinação de nitratos por colorimetria mais precisa é a que reduz nitratos a nitritos em meio alcalino pela passagem do extrato em coluna contendo cádmio, com posterior quantificação do nitrito, onde o resultado é obtido pela diferença dos valores obtidos. Este método é lento, possui diversas etapas analíticas que ampliam a incerteza de medição e demanda dedicação exclusiva do analista, além de gerar como resíduo, o cádmio, que necessita um descarte especial em função do seu elevado grau de toxicidade ao meio ambiente e a saúde. Já a técnica por potenciometria, analisa nitratos por meio de um sensor seletivo (eletrodo) que desenvolve um potencial através de uma membrana hidrofóbica fina, porosa e inerte que contém um trocador de íons. Quando essa membrana entra em contato com uma solução contendo nitratos, um potencial é desenvolvido através da membrana e medido contra um potencial constante de referência, utilizando-se um medidor de milivoltagem. Este é um excelente método, porém, sofre interferência direta de outros ânions, em especial do cloreto. Analisar nitratos por cromatografia de troca iônica é de excelente aplicação. O método é sensível e capaz de atingir limites de quantificação que atendam as mais exigentes legislações, além de ter baixo custo e demanda quantidades muito pequenas de amostra e reagentes, quando comparada a outras técnicas. Para esta metodologia, desenvolvemos a validação, de acordo com a DQO-CGCRE-008, revisão 04-Jul/ OBJETIVOS Apresentar a validação de uma metodologia por cromatografia de íons, como uma alternativa a metodologia clássica, para fins da quantificação do teor de nitrato em diversos tipos de águas, atendendo aos limites estabelecidos nas normas ambientais brasileiras; CONAMA 357, CONAMA 396, CONAMA 420 e PORTARIA 2914 e alinhada com os princípios da química verde e aplicações como avaliação de grau de eutrofização e acompanhamento de revitalização e corpos hídricos. 3. MÉTODOS E MATERIAIS Utiliza-se para este método uma alíquota de 1,5mL de amostra, sem necessidade de preservação, mas respeitando o prazo de validade do parâmetro, que é de 48 horas após a coleta. Amostras que apresentem partículas maiores que 0,45µm deverão ser filtradas, para evitar que danifiquem a coluna e/ou o sistema de fluxo. 1

2 A leitura da concentração do analito é feita no Cromatógrafo Iônico com amostrador automático, da marca DIONEX, modelo ICS 5000, com injeção de 10 µl em temperatura ambiente, pressão aproximada de 1700 psi, vazão da bomba de 1,0 ml/min e corrente da supressora 100 ma, com eluente de hidróxido de potássio 33,0 mm em regime isocrático. A coluna utilizada é a IonPac AS-18 (4 x 250mm). O estudo de validação do método foi feito baseado no documento do INMETRO DOC-CGCRE-008 rev.04 e o método de referencia utilizado para determinação de nitratos por cromatografia de troca iônica foi o EPA-9056A. Foram avaliados os parâmetros seletividade, linearidade, repetibilidade, recuperação e reprodutibilidade. A avaliação da recuperação do nitrato, em matriz água de consumo e água salina foi realizada utilizando-se água da torneira e água da Baía de Sepetiba/RJ, ambas fortificadas com Material de Referência Certificado (marca Fluka, lote BCBK9683V) de concentração de 1000 mg/l de nitrato. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1. Validação do Método Matriz Água de Consumo Humano Os resultados obtidos nas análises demonstraram coeficientes de determinação (R 2 ) superiores a 0,99 e nenhuma tendência na dispersão de resíduos, homocedástico de acordo com teste de Cochran, C calculado (0,4979) < C tabelado (0,6161). A seletividade foi estudada através da comparação entre os valores de coeficiente angular obtidos das curvas analíticas de padrão puro (em água ultrapura) e de matriz água de consumo (água de consumo humano, coletada da torneira), onde foi possível comprovar estatisticamente pelo teste de igualdade das inclinações que não há interferência de matriz. Todos os valores obtidos na composição das curvas analíticas foram submetidos ao teste de Grubbs, a fim de se verificar a ocorrência de valores aberrantes. A inexistência dos mesmos foi evidenciada pela observação da não transposição dos valores de e. A tabela 1 apresenta os dados gerados na composição das curvas analíticas (sem matriz e em matriz água de consumo), as equações obtidas, os coeficientes de correlação linear e os valores do teste de Grubbs. Nitrato Sem matriz Nitrato Com matriz água de consumo 0,050 0,100 0,200 0,500 0,750 1,000 0,060 0,085 0,057 1,124 0,792 0,050 0,054 0,056 0,053 0,105 0,101 0,101 1,013 0,987 0,100 0,098 0,099 0,095 0,199 0,196 0,198 0,817 1,115 0,200 0,195 0,196 0,193 0,488 0,491 0,491 1,133 0,759 0,500 0,489 0,489 0,489 0,743 0,743 0,743 0,837 1,107 0,750 0,742 0,744 0,743 1,008 1,009 1,009 1,147 0,691 1,000 1,009 1,015 1,016 1,154 0,602 1,025 0,973 0,832 1,109 1,134 0,756 0,873 1,091 1,147 0,688 Equação da reta: y = 0,2181x - 0,0012 Equação da reta: y = 0,2170x - 0,0003 Coeficiente de Correlação (R 2 ): 0,9995 Coeficiente de Correlação (R 2 ): 0,9989 Tabela 1. Teste de Grubbs para valores aberrantes. Obs: Matriz Água de Consumo 2

3 A recuperação do nitrato foi estudada através da adição de concentrações conhecidas de material de referência certificado (MRC- FLUKA, 1000mg/L ± 4, Lote: BCBK9683V) na matriz água de consumo, obtendo-se uma faixa de recuperação no intervalo 90 a 110%, respeitando o erro relativo de 10% e coeficiente de variação (CV%) inferior a 4%, de acordo com a tabela 2. nominal Recuperação do MRC na matriz água de consumo Lida Recuperação (%) Coeficiente de Variação (CV%) 0,10 0,1010 0,10 0, ,95 3,06 0,10 0,0950 0,50 0,4912 0,50 0, ,96 0,25 0,50 0,4894 1,00 1,0085 1,00 1, ,85 0,40 1,00 1,0159 Tabela 2. Recuperação de Material de Referência Certificado em matriz água de consumo. Os valores de recuperação foram comparados através do teste t-student para verificação de equivalência entre os mesmos. Obtendo-se tcalculado< ttabelado (0,373 < 2,032), garantindo dessa forma a igualdade dos valores comparados. Os resultados dos demais parâmetros de validação estão demonstrados de forma resumida na tabela 3. Parâmetros Nitratos Homocedasticidade (Teste de Cochran) C c (0,4979) < C t (0,6161) Repetibilidade (CV %) 1,381 Recuperação (%) Média 99,17% Limite de detecção Limite de quantificação 0,006 mg/l 0,050 mg/l Tabela 3. Resultado da validação do Nitrato em Matriz Água de Consumo por Cromatografia de Íons Matriz Água Salina Da mesma forma se comportou o analito em matriz salina, apresentando coeficientes de determinação (R 2 ) superiores a 0,99 e livre de tendência na dispersão de resíduos, homocedástico de acordo com teste de Cochran, C calculado (0,4640) < C tabelado (0,6161). A seletividade foi estudada através da comparação entre os valores de coeficiente angular obtidos das curvas analíticas de padrão puro (em água ultrapura) e de matriz água salina (água de mar, coletada da Baía de Sepetiba/RJ), e estatisticamente foi comprovado pelo teste de igualdade das inclinações que a não há interferência de matriz. Todos os valores obtidos na composição das curvas analíticas foram submetidos ao teste de Grubbs, a fim de se verificar a ocorrência de valores aberrantes. A inexistência dos mesmos foi evidenciada pela observação da não transposição dos valores de e. A tabela 4 apresenta os dados gerados na composição das curvas analíticas (sem matriz e em matriz água salina), as equações obtidas, os coeficientes de correlação linear e os valores do teste de Grubbs. 3

4 Nitrato Sem matriz Nitrato Com matriz água salina 0,050 0,100 0,200 0,500 0,750 1,000 0,060 0,049 0,057 1,124 0,792 0,050 0,043 0,056 0,055 0,105 0,110 0,101 1,013 0,987 0,100 0,105 0,099 0,113 0,199 0,195 0,198 0,817 1,115 0,200 0,195 0,196 0,200 0,488 0,481 0,491 1,133 0,759 0,500 0,502 0,489 0,498 0,743 0,759 0,743 0,837 1,107 0,750 0,734 0,744 0,740 1,008 1,008 1,009 1,147 0,691 1,000 1,000 1,015 1,014 1,019 0,980 0,961 1,035 1,142 0,718 0,774 1,129 1,126 0,784 0,973 1,025 Equação da reta: y = 0,2181x - 0,0012 Equação da reta: y = 1585,058x 75,7030 Coeficiente de Correlação (R 2 ): 0,9995 Coeficiente de Correlação (R 2 ): 0,9999 Tabela 4. Teste de Grubbs para valores aberrantes. Obs: Matriz Água Salina. Foi feito um estudo de recuperação do nitrato através da adição de concentrações conhecidas de material de referência certificado (MRC- FLUKA, 1000mg/L ± 4, Lote: BCBK9683V) na matriz água salina. A recuperação ficou compreendida no intervalo de 90 a 110%, respeitando o erro relativo de 10% e o coeficiente de variação (CV%) inferior a 4%, de acordo com a tabela 5. nominal Recuperação do MRC na matriz água salina Lida Recuperação (%) Coeficiente de Variação (CV%) 0,10 0,1096 0,10 0, ,57 3,49 0,10 0,1129 0,50 0,4810 0,50 0, ,19 2,26 0,50 0,4975 1,00 1,0078 1,00 1, ,78 0,72 1,00 1,0144 Tabela 5. Recuperação de Material de Referência Certificado em matriz água salina. Através do teste t-student, foi verificada a equivalência dos valores de recuperação e de acordo com os resultados obtidos neste teste tcalculado< ttabelado (0,405 < 2,032) podemos a igualdade estatística dos valores comparados. 4

5 Os resultados dos demais parâmetros de validação estão demonstrados de forma resumida na tabela 6. Parâmetros Nitratos Homocedasticidade (Teste de Cochran) C c (0,4640) < C t (0,6161) Repetibilidade (CV %) 1,384 Recuperação (%) Média 102,18% Limite de detecção Limite de quantificação 0,006 mg/l 0,050 mg/l Tabela 6. Resultados da validação do Nitrato em Matriz Água Salina por Cromatografia de Íons Comparação das normas Avaliando os VMPs das normas consideradas para essa aplicação, observa-se claramente maior restrição para as águas salina e salobra, referentes à norma Conama 357 Classificação de corpos de água, do que para as águas dedicadas ao consumo humano, caso da Portaria 2914, específica para padrões de potabilidade. A razão de incidência desses VMPs mais baixos associa-se ao equilíbrio da flora aquática e manutenção dos ecossistemas, os quais apresentam grande sensibilidade e influência à variação dos valores de nitrato. A única norma que aponta um limite de quantificação para o seu atendimento é a Conama Enquadramento das águas subterrâneas, no entanto, a mesma relaciona somente os limites em função da forma de utilização dessa água. Dessa forma, observa-se que a norma mais restritiva em termos da espécie química nitrato é a Conama classificação dos corpos de água, conforme pode ser observado na tabela 7. NORMAS VMP OBSERVAÇÕES Portaria MS 2914 Anvisa Resolução Conama 357 Resolução Conama 396 Resolução Conama ,0 mg/l - Água doce Classe 1 Classe 2 Classe 3 10,0 mg/l Água salina Classe 1 Classe 2 Classe 3 0,4 mg/l 0,7 mg/l NA Água salobra Classe 1 Classe 2 Classe 3 0,4 mg/l 0,7 mg/l NA Consumo humano 10,0 mg/l Consumo animal 90,0 mg/l Irrigação NA Recreação 10 mg/l *Sem VMP Tabela 7. Normas ambientais - comparação de VMPs. - A norma aponta um limite de quantificação praticável 0,3 mg/l A norma cita a água subterrânea atribuindo valores de potabilidade oriundos da Port. 518 (Atual Port. 2914) 5

6 5. CONCLUSÕES O método validado está alinhado com os princípios da química verde, apresentando baixo consumo de reagentes e geração de resíduos de análise, garantindo mais uma vantagem em relação aos métodos clássicos. A baixa manipulação e preparo das amostras atribui considerável robustez ao método desenvolvido, já que reduz as fontes de incerteza oriundas dessas etapas. Todas as normas apresentadas podem ser atendidas pelo método proposto, com ênfase para a Conama 357, que se apresenta como a mais restritiva de todas as citadas. Esse método apresenta processo de validação completo e enquadramento adequado a essa aplicação. O limite de quantificação, consideravelmente inferior ao VMP mais baixo estabelecido, viabiliza a extensão de aplicabilidade do método para outras questões ambientais, como avaliação do grau de eutrofização de corpos hídricos e principalmente para o acompanhamento de processos de revitalização de lagos, rios, mares e etc. RECONHECIMENTOS Os autores agradecem ao Sistema Firjan pelo estímulo a produção científica e a seus colaboradores, além do apoio da FINEP pelo projeto RESAG. REFERÊNCIAS [1] EPA 9056A: Determination of Inorganic Anions by Ion Chromatography [2] INMETRO- Orientações sobre validação de métodos analíticos- DQO-CGCRE-008, revisão 04-Jul/2011. [3] CONAMA, Resolução nº 357/2005. Ministério do Meio Ambiente, Conselho Nacional de Meio Ambiente. Brasília, [4] CONAMA, Resolução nº 396/2008. Ministério do Meio Ambiente, Conselho Nacional de Meio Ambiente. Brasília, [5] CONAMA, Resolução nº 420/2009. Ministério do Meio Ambiente, Conselho Nacional de Meio Ambiente. Brasília,