OTIMIZAÇÃO DA METODOLOGIA PARA ANÁLISE DE HIDROCARBONETOS POLICÍCLICOS AROMÁTICOS (HPAs) EM MATERIAL PARTICULADO NA ATMOSFERA

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1 OTIMIZAÇÃO DA METODOLOGIA PARA ANÁLISE DE HIDROCARBONETOS POLICÍCLICOS AROMÁTICOS (HPAs) EM MATERIAL PARTICULADO NA ATMOSFERA RODRIGO STELLET FERREIRA UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE DARCY RIBEIRO UENF CAMPOS DOS GOYTACAZES RJ DEZEMBRO 2016

2 OTIMIZAÇÃO DA METODOLOGIA PARA ANÁLISE DE HIDROCARBONETOS POLICÍCLICOS AROMÁTICOS (HPAs) EM MATERIAL PARTICULADO NA ATMOSFERA RODRIGO STELLET FERREIRA Monografia apresentada ao Centro de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, como parte das exigências para obtenção do título de Licenciatura em Química. Orientadora: Profª Drª Maria Cristina Canela Co-orientadora: M.Sc. Camila Ramos de Oliveira Nunes CAMPOS DOS GOYTACAZES RJ DEZEMBRO 2016 II

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4 Dedico esta monografia aos meus pais que sempre me apoiaram e acreditaram em mim, mesmo quando nem mesmo eu acreditava. IV

5 AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus, por todas as bênçãos que me concedeu e por ter me dado forças para continuar e não desistir dos meus sonhos. Um agradecimento mais que especial a meus pais, Vera e Ozéas, por todo o amor, carinho, broncas, lições e apoio em minhas decisões, e também a toda minha família. Agradeço a minha orientadora, profª Maria Cristina, que de braços abertos me acolheu e me proporcionou uma experiência incrível como seu aluno. Agradeço pelo incentivo, pelos conhecimentos e confiança em mim e em meu trabalho. A minha co-orientadora, Camila, que me ajudou muito desde o começo, por tudo que me ensinou, pelas risadas, pela paciência comigo e pela confiança em mim e no nosso trabalho. Agradeço a todos os meus colegas do laboratório 103 que me receberam de braços abertos, Thayana, Polyana, Ronan, Ruth, Isis, Iago e todos os outros com quem partilhei momentos tão agradáveis e situações tão divertidas. A minha querida professora Cibele, pela ajuda com os resultados do meu trabalho, pela amizade e pelo bacon. A todos os professores do curso de Licenciatura em Química e de outros cursos por me transmitirem os conhecimentos que me trouxeram até aqui. A minhas amigas da graduação, que espero levar para a vida toda, Larissa Maciel, Alves e Manhães, Keila, Raquel, Luiza, Mariana e tantas outras, com quem compartilhei de momentos inesquecíveis de pura alegria e vergonha alheia, amigas que me aguentaram e aconselharam. Um agradecimento em especial, a Izabela, que neste último semestre se tornou uma amiga inseparável, no IC, no estágio, nas aulas e, se Deus quiser, na pós-graduação. Agradeço imensamente por me ajudar tanto com seu conhecimento e por ter me acompanhado nas andanças para buscar tantos documentos na UENF este semestre. Agradeço ao meu irmão de outra mãe, Vitor Cyrino, que me acompanhou na correria de cursar técnico e graduação ao mesmo tempo, sempre me motivando quando estava cansado. A todos que, diretamente ou indiretamente, colaboraram para a minha formação. V

6 SUMÁRIO LISTA DE ABREVIATURAS... VII LISTA DE FIGURAS... VIII LISTA DE TABELAS... IX RESUMO ABSTRACT INTRODUÇÃO Poluição atmosférica Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos Características Ocorrência Legislação Amostragem e análise Amostragem Fase gasosa Amostragem Material particulado (PM10) Análise OBJETIVOS METODOLOGIA Materiais e equipamentos Testes preliminares Seletividade do método Teste de solvente Teste de clean-up Planejamento fatorial Amostragem Análise RESULTADOS E DISCUSSÕES Teste preliminares Planejamento fatorial Amostragens e análise CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS VI

7 LISTA DE ABREVIATURAS CG-EM CLAE CONAMA DCM HEX Hi-vol HPAs MeOH MP MP2,5 MP10 OMS OSHA POPs PUF US EPA Cromatografia a gás acoplada a espectrômetro de massas Cromatografia líquida de alta eficiência Conselho Nacional do Meio Ambiente Diclorometano n-hexano Amostrador de grandes volumes (do inglês high-volume) Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos Metanol Material particulado Material particulado com 2,5 µm de diâmetro Material particulado com 10 µm de diâmetro Organização Mundial da Saúde Occupational Safety and Health Administration Poluentes Orgânicos Persistentes Espuma de poliuretano (do inglês, polyurethane foam) United States Environmental Protection Agency VII

8 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Desenho esquemático de um amostrador passivo Figura 2. Amostrador ativo de grandes volumes (Hi-vol) Figura 3. Desruptor de partículas (ultrassom) utilizado para extração dos HPAs Figura 4. a) Estação meteorológica portátil acoplada a um tripé. b) Tablet para armazenamento dos dados das condições climáticas. c) Tela principal do software utilizado (EasyWeather) Figura 5. a) Amostrador Hi-vol ECO-HVS b) Parte interna da cabeça coletora. c) Suporte interno para filtro de amostragem Figura 6. Esquema da visão aérea do posicionamento dos equipamentos para amostragem no exterior da casa ecológica Figura 7. Cromatógrafo a gás acoplado a espectrômetro de massas utilizado para análise dos HPAs Figura 8. Cromatograma do padrão para análise da seletividade do método Figura 9. Cromatogramas de recuperação sobrepostos do teste com evaporador rotativo Figura 10. Cromatogramas de recuperação sobrepostos: (a) DCM; (b) HEX; (c) MeOH Figura 11. Cromatogramas de recuperação sobrepostos da repetição do teste de solvente utilizando HEX Figura 12. Cromatogramas sobrepostos do teste de clean-up Figura 13. Diagrama de Pareto Figura 14. Gráfico de superfície de resposta (Tempo; Potência) Figura 15. Gráfico de superfície de resposta (Tempo; Volume) Figura 16. Gráfico de superfície de resposta (Potência; Volume) Figura 17. Amostrador Hi-vol e estação meteorológica durante amostragem de material particulado Figura 18. Filtros após as Amostragens (a) 1, (b) 2 e (c) Figura 19. Cromatogramas resultantes da Amostragem 1: (a) Antes do clean-up; (b) Depois do clean-up Figura 20. Cromatograma resultante da Amostragem Figura 21. Cromatograma resultante da Amostragem VIII

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista dos principais HPAs de acordo com o perfil toxicológico. Nome usual, estrutura e a respectiva distribuição fase gasosa/particulado Tabela 2. Parâmetros cromatográficos empregados nas análises Tabela 3. Solventes utilizados na literatura para extração de HPAs Tabela 4. Valores de máximos e mínimos das variáveis definidas para os testes do planejamento fatorial Tabela 5. Condições dos experimentos realizados Tabela 6.Tempos de retenção dos HPAs analisados Tabela 7. Valores calculados dos efeitos Tabela 8. Dados para a construção do diagrama de Pareto Tabela 9. Novos valores de máximos e mínimos das variáveis definidos para os testes do planejamento fatorial Tabela 10. Condições dos novos experimentos realizados Tabela 11. Informações das amostragens IX

10 10 RESUMO A cada ano, os níveis de compostos poluentes emitidos na atmosfera aumentam, assim como a preocupação com a qualidade do ar, já que diversos desses compostos estão diretamente relacionados à saúde da população e também aos desequilíbrios ecológicos. Esta preocupação faz com que o número de estudos voltados para a área de poluição atmosférica venha crescendo. Sendo assim, novas técnicas para identificação e quantificação dos compostos presentes no ar são desenvolvidas e com novas propostas para lidar com a poluição e tentar diminuí-la, ou amenizar suas consequências. Este trabalho tem o intuito de otimizar procedimentos para amostragem e análise de uma das muitas classes de compostos poluentes na atmosfera, os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs). Estes compostos, além de serem provenientes de fontes naturais, são produzidos em maior escala por atividades antrópicas. Neste caso, as maiores fontes emissoras de HPAs da região de Campos dos Goytacazes RJ são as frequentes queimadas das plantações de cana-de-açúcar ao redor da cidade, o cultivo de maior importância econômica da região. A preocupação com o aumento da concentração dessa classe de poluentes na atmosfera se dá pelas comprovadas características carcinogênicas e mutagênicas de algumas substâncias dessa classe. Neste trabalho foi realizado um planejamento fatorial para verificar os melhores parâmetros para a extração destes compostos usando sonda de ultrassom para material particulado contendo HPAs. Também foram realizadas coletas de MP10 (material particulado com diâmetro de 10 µm) utilizando amostragem com amostrador de grande volume no ambiente externo da Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF), para análise desta classe de contaminante. As amostras foram extraídas e analisadas por cromatografia a gás acoplada a espectrômetro de massas (CG-EM) por impacto de elétrons, quadrupolo (70 ev). Os resultados deste trabalho mostraram uma recuperação média de 76,8% usando a extração por sonda, nas condições: 12 minutos de sonicação, 40% de potência do equipamento e 70 ml de solvente. Por outro lado, não foi identificado nenhum HPA no material particulado coletado na UENF, dentro dos limites de detecção do método utilizado.

11 11 ABSTRACT Every year the levels of pollutant compounds emitted in the atmosphere is increased, just like the concern about air quality, as many of these compounds are directly linked to the population s health and also to ecological balance. This concern increases the number of studies in the field of air pollution. Then, new techniques are developed to identify and quantify the compounds found in the air and new ideas to deal with pollution and try to minimize it, or ease its consequences. This study has the goals to optimize sampling and analysis procedures of one of the many pollution compounds classes in the atmosphere, the polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). These compounds, besides being produced by natural sources, are produced in bigger scale by anthropic sources. In this case, the biggest PAHs producers in the region of Campos dos Goytacazes RJ are the frequent burning of sugar cane around the city, the most important agricultural resource for the region s economy. The concern about the increasing concentration of this pollutant class in the atmosphere is based on the carcinogenic and mutagenic features of some substances within this class. In this study a factorial design was carried out to verify the best extraction parameters of these compounds using an ultrasonic probe for particulate matter containing PAHs. Also, PM10 (particulate matter with diameter of 10 µm) samplings were carried out using a high-volume sampler in the external area of Universidade Estaual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF), to analyze this class of contaminants. The samples were extracted and then analyzed by gas chromatography coupled with a mass spectrometer (GC-MS) by electron impact, quadrupole (70 ev). The results of this study show an average recovery of 76.8% using probe extraction, in the conditions: 12 minutes of sonication, 40% of power output and 70 ml of solvent. On the other hand, no PAH was identified in the particulate matter sampled at UENF, within the detection limits of the used method.

12 12 1. INTRODUÇÃO 1.1. Poluição atmosférica Um dos maiores problemas ambientais atualmente é a poluição atmosférica, e isso causa um aumento no número de estudos relacionados a esse tema. Partículas presentes na atmosfera são importantes para a manutenção do sistema climático do planeta, elas podem, por exemplo, absorver ou refletir radiação solar, mantendo um equilíbrio da radiação em nosso planeta, além de participarem na formação de nuvens (Wang et al., 2016). Os compostos presentes na atmosfera podem ser tanto gasosos como sólidos suspensos, que podem ir para a atmosfera tanto por processos naturais (como evaporação da água do mar e partículas carregadas do solo pelo vento) como por processos antropogênicos (queima de biomassa e liberação de gases pelo escapamento de veículos). Os crescentes problemas ambientais envolvendo poluição do ar são atribuídos ao aumento da concentração de material particulado (MP) na atmosfera. Estudos comprovam que o aumento de MP2,5 e MP10 (partículas com diâmetro menores de 2,5 e 10 µm, respectivamente) está causando o aumento do número de doenças respiratórias crônicas, como redução do funcionamento dos pulmões, e de sintomas de bronquite em crianças e adultos, já que as partículas conseguem penetrar no trato respiratório (Zhamsueva et al., 2015; Ferm; Sjöberg, 2015; Santos et al., 2015). Um dos maiores fatores antropogênicos que influenciam a concentração de material particulado na atmosfera é a queima de biomassa. No Brasil, 70% das plantações de cana-deaçúcar utilizam a queimada como método facilitador da colheita, mesmo já existindo uma legislação que limita a utilização das queimadas (AGIETEC), e durante a temporada de queima, essa é a maior fonte de material particulado na atmosfera das áreas que produzem cana-de-açúcar. A exposição da população que vive próxima a essas plantações ocorre por um período de até seis meses por ano. Há muitos casos de problemas respiratórios nos setores de emergência de hospitais que são atribuídos à exposição, tanto breve como contínua a essas partículas (Mazzoli-Rocha et al., 2008) Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos Características Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) são compostos químicos semivoláteis e são formados, no mínimo, por dois anéis aromáticos fundidos e estes anéis podem

13 13 ser formados por seis ou cinco carbonos. A solubilidade dos HPAs é baixa e sua hidrofobicidade é definida pela quantidade de anéis presentes em sua estrutura. Os HPAs mais hidrofóbicos são os que possuem quatro ou mais anéis (Azevedo; Araújo; Silva, 2013; Jamhari et al.,2014; Katsoyannis et al., 2012). Na atmosfera, estes compostos são encontrados tanto na fase gasosa como em material particulado. HPAs formados por 2 ou 3 anéis aromáticos são mais voláteis e mais abundantes na fase gasosa, e os com mais de 5 anéis são menos voláteis e ficam adsorvidos nas partículas atmosféricas, por isso são encontrados em maior quantidade em material particulado (Castro, 2010; Hanedar et al., 2011). Os HPAs são considerados os mais comuns contaminantes orgânicos e há relatos de seus efeitos carcinogênicos e mutagênicos em diversas matrizes ambientais. O aumento do peso molecular de um HPA gera o aumento de sua carcinogenicidade e diminuição de sua toxicidade aguda (Ratola et al., 2006; Azevedo; Araújo; Silva, 2013). Por serem poluentes orgânicos persistentes (POPs), semi-voláteis e possuírem altos valores de tempos de meiavida, eles permanecem no ambiente por longos períodos de tempo causando uma fácil distribuição pelo planeta (Ratola et al., 2006; Callén et al., 2013). Os HPAs associados com material particulado, em sua maioria, são reconhecidos como carcinogênicos (Hanedar at al., 2011). Foi estimado que o risco populacional geral para câncer de pulmão na China causado por exposição à HPAs na atmosfera é de 1,6% (Zhang et al., 2009). A Tabela 1 mostra as estruturas e nomes usuais de 17 HPAs e as fases nas quais a maior parte é encontrada na atmosfera (Ravindra; Sokhi; Grieken, 2008). Tabela 1. Lista dos principais HPAs de acordo com o perfil toxicológico. Nome usual, estrutura e a respectiva distribuição fase gasosa/particulado. HPAs Estrutura Distribuição fase gasosa/particulado Acenafteno Fase gasosa Acenaftileno Fase gasosa

14 14 Antraceno Fase gasosa/particulado Fenantreno Fase gasosa/particulado Pireno Fase gasosa/particulado Benz[a]antraceno Particulado Criseno Particulado Benzo[b]fluoranteno Particulado Benzo[j]fluoranteno Particulado Benzo[k]fluoranteno Particulado Benzo[a]pireno Particulado

15 15 Benzo[e]pireno Particulado Fluoranteno Fase gasosa/particulado Fluoreno Fase gasosa Dibenz[a,h]antraceno Particulado Benzo[ghi]perileno Particulado Indeno[1,2,3-c,d]pireno Particulado Fonte: Adaptado de Ravindra; Sokhi; Grieken, Ocorrência Os HPAs são provenientes tanto de fontes naturais (incêndios florestais e erupções vulcânicas) como de fontes antropogênicas (processo de pirólise da matéria orgânica, combustão incompleta de combustíveis fósseis, produção industrial). No entanto, as fontes antropogênicas são as principais produtoras de HPAs, com a sua concentração sendo maior em regiões de tráfego intenso e onde a dispersão de poluentes atmosféricos é escassa. A

16 16 maioria dos HPAs relacionados com carcinogênese é oriunda de escapamento de veículos (Hanedar et al., 2011; Azevedo; Araújo; Silva, 2013; Jamhari et al., 2014). Como dito anteriormente, os HPAs também são oriundos de incêndios florestais e da queima de biomassa de plantações. Uma prática muito comum em regiões onde há plantação de cana-de-açúcar é a queima antes da colheita, para que o corte possa ser manual. Essas queimadas, além de liberar muita fumaça, também aumentam a concentração de material particulado na atmosfera. Sabe-se que os HPAs podem ser encontrados em material particulado proveniente da queima de biomassa, então, regiões que adotam esse tipo de agricultura têm uma tendência a ter uma maior quantidade de HPAs (entre outros poluentes) em sua atmosfera. Na região Norte Fluminense, esta cultura tem uma grande importância econômica, em especial na cidade de Campos dos Goytacazes, onde se concentra a maior parte da produção, com até 58% do total de área de plantações, representando aproximadamente hectares (Monteiro, 2011). Os impactos causados no ambiente por estas queimadas são de grande preocupação, por isso entidades ambientais desenvolveram uma legislação que rege a prática de queimadas de plantações de cana. A Lei da Queima da Cana (nº /2002) prevê eliminação gradativa das queimadas, obrigando a partir de 2016, uma redução de 80% das queimadas, 100% em áreas mecanizáveis até 2021 e 100% em áreas não-mecanizáveis até 2031 (AGIETEC). A colheita de cana realizada em Campos ainda é manual e até que seja mecanizada, as queimadas seguirão acontecendo. Vários fornecedores atribuem as queimadas a uma exigência do trabalhador, que não realiza o corte da cana, se não houver a queima prévia, devido à presença de animais peçonhentos e facilidade de ferimentos cortantes, pela própria planta (AGIETEC; Smirdele, 2010) Legislação Na legislação brasileira, os HPAs estão dentro da classe de hidrocarbonetos totais e não possuem valores limite próprios, ao contrário de outros países que desenvolveram legislação específica para os HPAs. Nos Estados Unidos, a US EPA (United States Environmental Protection Agency) classificou o benzo[a]pireno como carcinogênico, baseada em evidências em animais, mas com evidências insuficientes em humanos. Para a OSHA (Occupational Safety and Health Administration) o limite estabelecido de HPAs para evitar efeitos à saúde humana é de 0,2 mg m -3. Para a Diretiva da União Europeia, o limite estabelecido é para o benzo[a]pireno, 1 ng m -3 para a fração total de MP10, em um período de

17 17 um ano. O Reino Unido adota um valor limite de 0,25 ng m -3 para o benzo[a]pireno, e a Holanda, 5 ng m -3 (Azevedo; Araújo; Silva, 2013) Amostragem e análise Como os HPAs são encontrados na atmosfera em concentrações pequenas, na faixa de ng m -3 ou pg m -3, é necessário utilizar técnicas de amostragem que possibilitem que estes compostos estejam na faixa de sensibilidade do equipamento utilizado para análise. Muitas vezes também é necessário recorrer a técnicas de pré-concentração da amostra. A amostragem de HPAs pode ser realizada por técnicas chamadas passivas ou ativas. A amostragem ativa é realizada com o intuito de coletar um grande volume de amostra, mas requer eletricidade ou baterias, é limitada a um número de locais de amostragem e, geralmente, necessitam de equipamentos caros. A amostragem passiva, no entanto, foi desenvolvida no intuito de diminuir os gastos com equipamentos e simplificar o processo de amostragem de compostos orgânicos semi-voláteis, porém, necessitam de maior tempo de coleta para obter massa representativa e estão sujeitas a contaminações indesejáveis e esporádicas durante este período (Xie; Ebinghaus, 2008) Amostragem - Fase gasosa HPAs de menor peso molecular estão presentes na atmosfera em fase gasosa, e para coletá-los, podem ser utilizadas técnicas de amostragem passiva. Esta técnica se baseia na difusão dos compostos de interesse em um adsorvente com grande afinidade pelos analitos, que pode ser afinidade química ou física. A interação física entre o adsorvente e os compostos se dá por forças de atração entre o analito e a superfície do material adsorvente; e a interação química se dá pela reação entre o analito e o material adsorvente, formando um produto conhecido que é posteriormente analisado (Ho; Yu, 2004). No caso de interações físicas, a retirada do analito para análise pode ser feita por extração com solventes ou ainda com auxílio de um equipamento de dessorção térmica. A amostragem passiva de compostos gasosos é realizada utilizando membranas semipermeáveis. Os amostradores possuem uma estrutura de apoio que impede a incidência dos raios solares, deposição de material particulado, além de proteger o material adsorvente da chuva (Xie; Ebinghaus, 2008). Alguns trabalhos sugerem a colocação do adsorvente dentro do sistema de um amostrador ativo de grande volume, após o filtro (Ma et al., 2010).

18 18 Suporte de montagem Cúpula de aço inoxidável Circulação de ar Membrana semipermeável Figura 1. Desenho esquemático de um amostrador passivo. (Fonte: Adaptado de MonAirNet) A amostragem ativa é realizada com o auxílio de tubos de vidro contendo os materiais adsorventes, acoplados a bombas de sucção forçando a passagem do ar pelo adsorvente. Os materiais adsorventes podem ser dispositivos de membranas semi-permeáveis, cilindros de PUF (do inglês, polyurethane foam) ou resinas de XAD (Krupa; Legge, 2000). Os materiais adsorventes devem passar por um pré-tratamento para remover possíveis contaminantes orgânicos Amostragem Material particulado (MP10) Os HPAs de maior peso molecular são encontrados em material particulado, e para sua coleta também podem ser utilizadas amostragens passivas ou ativas. Amostragens passivas podem ser realizadas simplesmente fazendo uma varredura na superfície onde se encontra o material particulado e transferido para um saco de polietileno limpo e selado para posterior análise (Soltani et al., 2015) ou através da exposição de um filtro por um determinado tempo. Para amostragem ativa de material particulado, são utilizados amostradores de médio e grande volume (no inglês, medium-volume e high-volume, ou Hi-vol). Vários estudos utilizam-se de amostradores de grandes volumes para coleta de HPAs em material particulado(santos et al., 2015; Jamhari et al. 2014; Callén et al. 2013; Cecinato et al, 2014).A maioria dos trabalhos realiza amostragem de 24 horas de duração. Outro exemplo de amostragem ativa de material particulado é a utilização de aspiradores de pó (Kang et al., 2010; Dong; Lee, 2008).

19 19 Figura 2. Amostrador ativo de grandes volumes (Hi-vol). (Fonte: Adaptado de Queensland State Government, 2013) Os amostradores de grandes volumes possuem uma bomba Hi-vol que força a passagem do ar por um filtro que retém as partículas que podem ser selecionadas pelo seu tamanho com o uso de cabeças com tamanho dimensionado para coletar partículas de tamanhos definidos. Este filtro pode ser de fibra de vidro ou de quartzo, politetrafluoretileno (PTFE) ou nylon, dependendo da característica química do analito ou do método de extração (Borrás; Tortajada-Genaro, 2007) Análise Após a amostragem, várias técnicas podem ser empregadas na extração das amostras, com o intuito de transferir os compostos coletados para um solvente e serem analisados. As principais técnicas de extração de HPAs são por Soxhlet, extração assistida por micro-ondas, extração acelerada por solvente (Accelerated Solvent Extraction, ASE) e banho ultrassônico (Xie; Ebinghaus, 2008). Também existem outras técnicas de extração menos usadas e diferentes, como a utilização de máquina de café expresso de tampa dura (hard cap) para extração de HPAs de amostras de solo e sedimentos. Esta técnica foi desenvolvida no intuito

20 20 de reduzir os custos com equipamentos de extração, volume e composição de solvente e tempo de extração (Armenta; Guardia; Esteve-Turrillas, 2016). Para a extração por Soxhlet vários solventes podem ser utilizados, assim como combinações de solventes como, por exemplo, diclorometano (Callén et al., 2013), n- hexano/dietil-éter (9:1) (Hanedar et al., 2011) ou acetona/diclorometano/n-hexano (1:1:1) (Kang et al., 2010). A desvantagem dessa técnica é o longo período de extração, que pode variar de acordo com a metodologia utilizada de 12 a 24 horas. Os HPAs também podem ser extraídos utilizando-se banho ultrassônico, em que o material adsorvente contendo a amostra é sonicado por períodos de tempo que podem chegar até 30 minutos, e assim como na extração por Soxhlet podem ser utilizados vários solventes, como também combinações de solventes, por exemplo, diclorometano (Borrás; Tortajada-Genaro, 2007), diclorometano/metanol (3:1) (Jamhari et al., 2014) ou n-hexano/diclorometano (1:1) (Soltani et al., 2015). Após o processo de extração, a amostra é concentrada em evaporador rotativo seguido de processo de clean-up para eliminação de possíveis compostos que possam influenciar os resultados dos compostos a serem analisados. O extrato pode ser purificado em colunas de sílica gel (Hanedar et al., 2011; Katsoyiannis et al., 2012), alumina (Cecinato, 2014) ou florisil/sulfato de sódio anidro (Kang et al., 2010) e eluídas com o mesmo solvente utilizado na extração. Em seguida, o extrato purificado é concentrado novamente em evaporador rotativo (evitando total evaporação), transferido para um vial e evaporado com fluxo de gás inerte, como nitrogênio (Borrás; Tortajada-Genaro, 2007; Hanedar et al., 2011) ou argônio, e ressuspenso em um volume conhecido do solvente. O extrato concentrado pode ser analisado por cromatografia a gás (CG) acoplada a um espectrômetro de massas (EM), EM/EM, detector de ionização em chama (DIC) ou detector de condutividade térmica (DCT) (Ratola et al., 2006; Callén et al., 2013; Santos et al., 2015). Se a amostra for gasosa e estiver pré-concentrada em um adsorvente estável termicamente, a mesma pode ser analisada utilizando um equipamento de dessorção térmica acoplado a um equipamento de cromatografia a gás acoplada a um espectrômetro de massas (DT-CG-EM) (Arnoldsson et al., 2015). Amostras líquida também podem ser analisadas por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) acoplada a EM, EM/EM, espectrometria de massas com tempo de vôo (TDV-EM) ou detector de fluorescência e de matriz de díodos (Castro, 2010).

21 21 2. OBJETIVOS Estabelecer parâmetros para novo protocolo para análise de HPAs visando otimização da metodologia para análise de HPAs usando extração com sonda de ultrassom, com o auxílio de um planejamento fatorial; Realizar coletas e análises de MP10 na atmosfera de Campos dos Goytacazes. 3. METODOLOGIA 3.1. Materiais e equipamentos Padrão de HPAs PAH Mix A 500 µg ml -1, SUPELCO; Diclorometano Grau GC, TEDIA ; n-hexano 95% Absolv., TEDIA ; Metanol Grau HPLC/SPECTRO, TEDIA ; Sílica gel 0,2-0,5 mm, para cromatografia em coluna, VETEC ; Sulfato de sódio anidro Na2SO4 P.A., VETEC ; Filtros de fibra de vidro FHV 01, JCTM; Evaporador rotativo a vácuo modelo 550, série , Fisatom; Estação meteorológica portátil ITWH-1080, INSTRUTEMP; Amostrador de grandes volumes (Hi-vol) ECO-HVS , Ecotech; Desruptor de partículas (ultrassom) DESRUPTOR Eco-Sonics, Ultronique; Cromatógrafo a gás CG-2010, Shimadzu; Espectrômetro de massas CG-EM-Q Plus, Shimadzu Testes preliminares Seletividade do método A seletividade é o parâmetro que define se um método é capaz de identificar as substâncias a serem analisadas sem que sejam afetadas por outros componentes que podem estar presentes no meio, como impurezas, produtos de degradação e outros compostos com características químicas similares (Ribani et al., 2004). Para avaliar a seletividade do método foi utilizado 1 µl de um padrão de 250 ppm contendo os HPAs a serem estudados e foi

22 22 injetado em cromatógrafo a gás acoplado a espectrômetro de massas (CG-EM) por impacto de elétrons, quadrupolo (70 ev). Os parâmetros cromatográficos estão listados na Tabela 2. Tabela 2. Parâmetros cromatográficos empregados nas análises. Parâmetros Valor ou especificação Temperatura do injetor 280ºC Temperatura da fonte de íons 200ºC Temperatura inicial do forno 60ºC Pressão constante 116,3 kpa Gás de arraste Hélio Coluna SUPELCO, SLB -5ms (30 m, I.D. 0,25 mm, 0,25 µm) Razão de Split Splitless Volume de injeção 1 µl Tempo total da corrida 49,50 min Rampa de aquecimento Razão Temperatura Tempo de espera - 60ºC 1 min 10ºC min ºC 4 min 5ºC min ºC 0 5ºC min ºC 8 min As condições cromatográficas empregadas nas análises (Tabela 2) foram baseadas nas descritas por Ratola e colaboradores (2006), com algumas modificações, como a última taxa de aquecimento, que foi diminuída de 8 para 5ºC min -1, pois com esta taxa, os últimos picos se sobrepuseram Teste de solvente Para avaliar a possível interferência da utilização do evaporador rotativo a vácuo na concentração das amostras, foi realizado um simples teste de recuperação com o solvente mais volátil a ser utilizado (diclorometano), onde uma quantidade conhecida de amostra foi concentrada no equipamento e injetada em CG-EM. O cromatograma obtido foi comparado com o de um padrão de mesma concentração. Ao concluir que não havia interferência na concentração dos compostos pela utilização do evaporador rotativo, foram realizados testes de recuperação para determinar o melhor solvente a ser utilizado no processo de extração das amostras.

23 23 Para estes testes, foram selecionados três dos solventes mais utilizados na literatura (Tabela 3) sobre extração de HPAs: diclorometano (DCM), n-hexano (HEX)e metanol (MeOH). Tabela 3.Solventes utilizados na literatura para extração de HPAs. Autor Ano Técnica de extração Solvente extrator Callén, et al Soxhlet Diclorometano Hanedar, et al Soxhlet n-hexano/éter dietílico (9:1) Jamhari, et al Ultrassom Diclorometano/metanol (3:1) Katsoyiannis, et al Ultrassom n-hexano/diclorometano (1:1) Ma, et al Soxhlet Diclorometano Ratola, et al Ultrassom n-hexano/diclorometano (1:1) Soltani, et al Ultrassom n-hexano/diclorometano (1:1) Os testes foram realizados em triplicata para cada solvente. O filtro de fibra de vidro foi cortado em quatro partes e cada parte contaminada com uma quantidade de padrão para que a amostra fosse injetada com concentração de 10 pg µl -1. As extrações foram feitas em desruptor de partículas utilizando-se das seguintes condições: 50 ml de solvente; 99% de potência de extração; tempo de 5 minutos; função pulso no valor de 1; utilização da micro-ponteira; bécker com o solvente imerso em banho de gelo. Posterior à extração, o extrato foi transferido para balão de 125 ml e concentrado em evaporador rotativo, em um banho de aproximadamente 45ºC, com rotação de 40 rpm, até quase secura. O balão foi lavado com o solvente utilizado e transferido para um vial de 2 ml. A amostra foi evaporada em fluxo de argônio até secura, ressuspenso em 250 µl do solvente utilizado e analisado em CG-EM (volume de injeção: 1 µl). As áreas de cada composto obtidas nos cromatogramas de cada extrato foram comparadas com as áreas de um padrão de mesma concentração, com o objetivo de determinar o solvente com melhor recuperação.

24 24 Figura 3. Desruptor de partículas (ultrassom) utilizado para extração dos HPAs Teste de clean-up Para eliminar possíveis contaminantes e interferentes da amostra, é necessária uma etapa de clean-up para a retirada dessas substâncias. Para determinar se o processo não reteria as substâncias de interesse foram realizados testes de recuperação, em que uma amostra de padrão de concentração conhecida passou pelo processo e posteriormente analisada por CG- EM e os resultados comparados com os de um padrão de mesma concentração sem ter passado pelo processo de clean-up. O processo de clean-up utilizado foi baseado no descrito em Xie, Ebinghaus (2008) e Xie e colaboradores (2007). Foi preparada uma coluna empacotada com sílica gel e sulfato de sódio anidro. A sílica gel foi limpa em acetona, seca em estufa e calcinada em mufla (450ºC por 12 horas), e o sulfato de sódio foi calcinado em mufla (400ºC por 4 horas). Ambos permaneceram em dessecador para evitar o contato com umidade até o momento do procedimento. A coluna foi empacotada com 2,5 g de sílica gel desativada com 5% (m/m) de água na fase inferior e 2,0 g de Na2SO4 na fase superior. As amostras foram eluídas com 20 ml de n-hexano e concentradas em evaporador rotativo seguindo o procedimento já estabelecido anteriormente.

25 Planejamento fatorial Para determinar as melhores condições possíveis no processo de extração utilizando o desruptor de partículas, foi realizado um planejamento fatorial completo 2³ com triplicata do ponto central, levando em consideração as variáveis: Tempo (V1); Potência do equipamento (V2); Volume de solvente (V3). O n-hexano foi o solvente escolhido para utilização nestes testes por ter apresentado melhor recuperação nos testes preliminares. A Tabela 4 mostra os valores atribuídos para máximos e mínimos de cada variável, e a Tabela 5 traz as condições definidas para cada experimento do planejamento. Também foram realizados dois brancos para comparação. Após o processo de extração, as amostras passaram pelo procedimento anteriormente citado e foram analisadas por CG-EM. Tabela 4. Valores de máximos e mínimos das variáveis definidas para os testes do planejamento fatorial. Nível V1 (min) V2 (%) V3 (ml) Tabela 5. Condições dos experimentos realizados. Experimento V1 V2 V Ponto central Branco O tratamento dos dados foi realizado utilizando um modelo do Excel proposto e disponibilizado por Filho (2015).

26 Amostragem As amostragens foram realizadas no exterior da casa ecológica da Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro RJ. Com o auxílio de uma estação meteorológica portátil, os dados do clima foram obtidos durante o tempo de todas as amostragens realizadas, já que o clima pode influenciar diretamente na concentração de poluentes na atmosfera. Os dados coletados foram: temperatura (ºC), pressão (mmhg), pluviosidade (mm), umidade relativa (%) e velocidade e temperatura do vento (km h -1 ; ºC). Os dados da estação meteorológica geraram uma planilha e gráficos que foram transferidos para um computador através de um software (EasyWeather) específico para uso conjunto com a estação meteorológica portátil. a) b) c) Figura 4.a) Estação meteorológica portátil acoplada a um tripé. b) Tablet para armazenamento dos dados das condições climáticas. c) Tela principal do software utilizado (EasyWeather). As amostragens de material particulado (MP10) foram realizadas utilizando-se um amostrador de grandes volumes, Hi-vol, com cabeça dimensionada para amostragem de material particulado de tamanho igual ou menor a 10 µm. As amostragens foram realizadas com 24 horas de duração e fluxo de ar de 1,13 m 3 min -1 (67,8 m 3 h -1 ).

27 27 b) a) c) Figura 5. a) Amostrador Hi-vol ECO-HVS b) Parte interna da cabeça coletora. c) Suporte interno para filtro de amostragem. Foram utilizados filtros de fibra de vidro de tamanho 254 x 203 mm, previamente tratados segundo Jamhari e colaboradores (2014). O papel foi calcinado por 5 horas a 300ºC com rampa de aquecimento de 35ºC min -1 e posteriormente envelopados em papel alumínio, guardados em saco plástico do tipo zip-lock e armazenados em dessecador. Momentos antes da amostragem, os filtros foram pesados. Após o tempo de amostragem, os filtros foram dobrados ao meio e envelopados em papel alumínio de modo que o material contido no filtro ficasse retido na dobra do filtro e não caísse no envelope, guardados em zip-lock e levados ao laboratório para serem imediatamente pesados. A massa foi determinada para obtenção da massa total de material particulado coletado. Posteriormente, os filtros foram armazenados em dessecador, para que, após aproximadamente 24 horas, fossem pesados novamente para determinar a massa de água retirada pelo dessecador.

28 28 Figura 6. Esquema da visão aérea do posicionamento dos equipamentos para amostragem no exterior da casa ecológica Análise Os papéis de filtros provenientes das amostragens realizadas foram cortados em quatro partes iguais com uma tesoura limpa com o solvente utilizado e extraídos, um de cada vez, por ultrassom nas condições definidas pelos resultados do planejamento fatorial. O extrato da primeira parte do papel foi transferido para um balão de 125 ml e concentrado em evaporador rotativo até quase secura. O extrato da segunda parte do papel foi concentrado no mesmo balão do primeiro extrato, e assim sucessivamente, com o terceiro e quarto. Após concentração do último extrato, seguiu-se o mesmo procedimento anteriormente citado em até ser ressuspenso em 250 µl do solvente. Em seguida, a amostra passou pelo processo de purificação (clean-up) citado em A amostra após eluição na coluna foi transferida para um balão de 125 ml e novamente concentrada em evaporador rotativo até quase secura, lavada com o solvente, transferida para um vial de 2 ml, evaporada em fluxo de argônio e ressuspensa em 250 µl do solvente.após o processo de extração e clean-up, um volume de 1 µl das amostras foram injetadas em cromatógrafo a gás acoplado a espectrômetro de massas nas condições cromatográficas mostradas na Tabela 2.

29 29 Figura 7. Cromatógrafo a gás acoplado a espectrômetro de massas utilizado para análise dos HPAs. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1. Testes preliminares Seletividade do método Inicialmente foi avaliada a seletividade do método. Foi injetado 1 µl do padrão contendo os compostos de interesse em CG-EM. Uma vez obtido o cromatograma, concluiuse que o método é seletivo, pois os picos dos compostos têm tempos de retenção diferentes e todos os compostos presentes no padrão apresentam picos dentro do tempo total da análise (49,50 min). Os espectros de massa de cada um dos compostos são mostrados no ANEXO I. Acenaftileno Fluoreno Fenantreno Antraceno Pireno Benz[a]antraceno Criseno Benzo[b]fluoranteno Benzo[k]fluoranteno Benzo[a]pireno Indeno[1,2,3-cd]pireno Dibenz[a,h]antraceno Benzo[ghi]pirileno Figura 8. Cromatograma do padrão para análise da seletividade do método.

30 30 Tabela 6. Tempos de retenção dos HPAs analisados. Pico Composto Tempo de Retenção (min) 1 Acenaftileno Fluoreno Fenantreno Antraceno Pireno Benz[a]antraceno Criseno Benzo[b]fluoranteno Benzo[k]fluoranteno Benzo[a]pireno Indeno[1,2,3-cd]pireno Dibenz[a,h]antraceno Benzo[ghi]perileno Teste de solvente Para saber se a utilização do evaporador rotativo no processo influenciaria nas concentrações finais dos HPAs de interesse, foi realizado um teste de recuperação. Com os resultados deste teste concluiu-se que o equipamento poderia ser utilizado no processo, pois não influenciaria nas concentrações finais dos compostos. Os resultados deste teste são apresentados na Figura 9. Figura 9. Cromatogramas de recuperação sobrepostos do teste com evaporador rotativo (A linha preta representa o cromatograma do padrão e a linha rosa o da recuperação).

31 31 O teste de solvente foi realizado utilizando-se os três principais solventes para extração de HPAs usados na literatura (Tabela 3): diclorometano (DCM), n-hexano (HEX) e metanol (MeOH). Na figura 10 são apresentados os resultados do teste de solvente. a) b) c) Figura 10. Cromatogramas de recuperação sobrepostos: (a) DCM; (b) HEX; (c) MeOH (A linha preta representa o cromatograma do padrão, a rosa, azul e verde representam, respectivamente, a primeira, segunda e terceira replicata). Ao observar os cromatogramas nota-se um aspecto incomum, pelo fato de que, em algumas análises, os picos aumentavam a cada injeção mesmo todos tendo a mesma

32 32 concentração. Tal comportamento poderia ser corrigido com a utilização de um padrão interno. Ao comparar os três cromatogramas individualmente, percebe-se que o DCM (Figura 9.a) apresenta baixa a média de recuperação dos compostos de interesse (69,1%), o MeOH (Figura 9.c) apresenta uma recuperação ainda menor do que o DCM (35,0%), além da elevação da linha base a partir do tempo de 27,5 minutos, e o HEX (Figura 9.b), apesar dos picos da terceira replicata ultrapassarem os picos do padrão, é o que apresentou melhor média de recuperação entre os três solventes testados (97,5%). Por isso, decidiu-se repetir o teste de solvente, desta vez somente com HEX e em quintuplicata. Os resultados dessa repetição estão mostrados na Figura 11. Figura 11. Cromatogramas de recuperação sobrepostos da repetição do teste de solvente utilizando HEX (A linha preta representa o cromatograma do padrão e a rosa, azul, verde, vermelha e marrom representam, respectivamente, da primeira à quinta replicata). Ao comparar os cromatogramas da repetição do teste de solvente utilizando HEX, pode-se notar o mesmo comportamento do teste anterior, as injeções sequenciais geravam picos levemente maiores que os anteriores. Mas em geral, a média de recuperação foi satisfatória (94,2%) e o solvente n-hexano foi escolhido como solvente a ser utilizado em todo o processo, tanto de extração quanto análise. Teste de clean-up Duas amostras foram preparadas para passar pelo processo de extração e, ao final, a concentração de injeção foi de 1 pg µl -1. Também foi injetado um padrão de mesma concentração para posterior comparação.

33 33 Figura 12. Cromatogramas sobrepostos do teste de clean-up (A linha preta representa o cromatograma do padrão e a rosa e azul representam a primeira e segunda replicada respectivamente). Como é possível observar no cromatograma, os picos apresentaram o mesmo comportamento dos testes anteriores, a cada injeção o pico aumentava, porém, com boa recuperação e proporcionalidade. Logo, concluiu-se que o processo de clean-up não influenciaria na diminuição da concentração das substâncias de interesse Planejamento fatorial O planejamento fatorial tem como objetivo definir as melhores condições de um processo. Os resultados obtidos pelos experimentos realizados (Anexo II) determinaram os efeitos de cada variável e suas interações no processo, simplesmente multiplicando individualmente os resultados (% de recuperação média) pelo nível em que este resultado foi obtido (-1 ou + 1). A soma dos valores para cada experimento foi dividida por 4 (número de repetição dos níveis +1 e -1 em 8 experimentos) e assim, encontrou-se o valor numérico dos efeitos de cada variável e suas interações (Tabela 7). Tabela 7. Valores calculados dos efeitos. Exp. V1 V2 V3 Resp. Interações ,9-50,9-50,9-50,9 50,9 50,9 50,9-50, ,0 71,0-71,0-71,0-71,0-71,0 71,0 71, ,5-71,5 71,5-71,5-71,5 71,5-71,5 71, ,2 66,2 66,2-66,2 66,2-66,2-66,2-66, ,6-76,6-76,6 76,6 76,6-76,6-76,6 76,6

34 ,9 77,9-77,9 77,9-77,9 77,9-77,9-77, ,0-71,0 71,0 71,02-71,0-71,0 71,0-71, ,7 56,7 56,7 56,7 56,7 56,7 56,7 56,7 Efeitos 0,5-2,7 5,7-10,2-7,0-10,7 2,4 Com os valores dos efeitos definidos, seguiu-se o procedimento de análise do planejamento fatorial calculando os efeitos ao quadrado e a porcentagem de cada efeito, gerando assim o diagrama de Pareto (Figura 13), com a finalidade de avaliar as interações como importantes ou desconsideráveis. Tabela 8. Dados para a construção do diagrama de Pareto. Variáveis/Interações Efeito (Efeito) 2 % 23-10,7 113,9 36, ,2 105,0 33,5 13-7,0 49,0 15,6 2-2,7 7,5 2,4 1 0,5 0,2 0, ,4 6,0 1,9 3 5,7 31,9 10,2 40 Diagrama de Pareto % Variáveis/Interações Figura 13. Diagrama de Pareto. Ao analisar o diagrama de Pareto, percebeu-se que as interações geram efeitos maiores do que as variáveis por si só. Como todas as variáveis independentes não colaboram para

35 gerar um efeito maior, nenhuma delas pode ser desconsiderada, e seguiu-se o planejamento fatorial levando em consideração as três variáveis. Para identificar as melhores condições de extração pelo planejamento fatorial, é construído um gráfico de superfície de resposta com duas variáveis, com o auxílio de um modelo de planejamento fatorial. Como nenhuma variável foi desconsiderada, foram construídos três gráficos de superfície, cada um relacionando um par de variáveis (Figuras 14, 15 e 16). Gráfico de Superfície de Resposta (Tempo; Potência) Resposta Tempo 93,1 84,3 75,4 66,6 57,7 48,9 Potência 40,0 Figura 14. Gráfico de superfície de resposta (Tempo; Potência).

36 Gráfico de Superfície de Resposta (Tempo; Volume) Resposta Tempo 66,0 60,0 54,0 48,0 42,0 36,0 Volume 30,0 Figura 15. Gráfico de superfície de resposta (Tempo; Volume). Gráfico de Superfície de Resposta (Potência; Volume) Resposta Potência 66,0 60,0 54,0 48,0 42,0 36,0 Volume 30,0 Figura 16. Gráfico de superfície de resposta (Potência; Volume).

37 37 Analisando os gráficos de superfície de resposta, pode-se ver que para uma melhor resposta do processo de extração dos filtros, as variáveis 1 (tempo de sonicação) e 2 (potência do equipamento) devem estar em níveis opostos, assim como as variáveis 2 e 3 (volume de solvente utilizado). Sendo que a variável 3 deve estar no nível alto (+ 1). Assim, conclui-se que a melhor condição de extração é representada pelo Experimento 3: tempo de sonicação (V1) igual a 12 minutos (+ 1); potência do equipamento (V2) em 40% (- 1); volume de solvente (V3) igual a 70 ml (+ 1). Visando aumentar a porcentagem de recuperação, novos experimentos foram realizados seguindo o padrão das variáveis do Experimento 3, aumentar os níveis das variáveis 1 e 3 e diminuir o nível da variável 2. Assim foram definidos novos valores de máximos e mínimos conforme é mostrado nas Tabelas 9 e 10. Tabela 9. Novos valores de máximos e mínimos das variáveis definidos para os testes do planejamento fatorial. Condição V1 (min) V2 (%) V3 (ml) - 1, , , , , , Tabela 10. Condições dos novos experimentos realizados. Experimento V1 V2 V3 Ponto central Repetição ,3-1,3 + 1, ,6-1,6 + 1, ,9-1,9 + 1,9 Com os resultados obtidos na segunda parte do planejamento fatorial (Anexo III), concluiu-se que o Experimento 3 é realmente o que possui as melhores condições de extração pois conseguiu praticamente reproduzir o resultado anterior, e, nos Experimentos 14, 15 e 16,

38 38 não houve aumento significativo dos resultados, por isso, não houve necessidade de seguir o planejamento com estas novas condições Amostragens e análise Após otimização do processo de extração e análise foram realizadas amostragens para comprovar sua eficiência. Todas as amostragens de MP10 foram realizadas no exterior da casa ecológica da UENF (Figura 16), e, com o auxílio da estação meteorológica, foram coletados dados climáticos nos dias das amostragens (ANEXO IV). Figura 17. Amostrador Hi-vol e estação meteorológica durante amostragem de material particulado. Tabela 11. Informações das amostragens. Amostragem Início Final Duração /07/ :20 h 27/07/ :00 h 04/08/ :00 h 22/07/ :19 h 28/07/ :59 h 05/08/ :59 h Fluxo de amostragem Massa de MP10 obtida Clima 24 horas 67,8 m 3 h -1 0,0401 g Nublado 24 horas 67,8 m 3 h -1 0,0635 g Ensolarado 24 horas 67,8 m 3 h -1 0,0389 g Nublado

39 39 Com a massa de MP10 obtida, pode-se comparar estes valores com a legislação estipulada pelo CONAMA para partículas inaláveis (MP10 e MP2,5). A Resolução CONAMA nº 3, de 28 de junho de 1990, que regulamenta o controle de poluição do ar, estipula valores limite de partículas inaláveis de 50 µg m -3 (média anual) e 150 µg m -3 (24 h).levando em conta as recomendações da OMS (Organização Mundial da Saúde), os padrões de qualidade do ar para material particulado são de 10 (média anual) e 25 µg m -3 (24 h) para MP2,5, e 20 (média anual) e 50 µg m -3 (24 h) para MP10 (Castro; Araújo; Silva, 2013). Neste trabalho, as concentrações encontradas, utilizando a massa e o volume amostrado, estão dentro da legislação para a média de 24 horas: 24,64 µg m -3 ; 39,02 µg m -3 ; 23,91 µg m -3, mostrando que no local amostrado, não grande circulação de material particulado mesmo quando há queima e colheita da cana-de-açúcar. a) b) c) Figura 18. Filtros após as Amostragens (a) 1, (b) 2 e (c) 3. Os filtros passaram pelo processo de extração utilizando as condições definidas pelo planejamento experimental e foram analisadas por CG-EM. A Figura 19, mostra os cromatogramas obtidos após injeção do extrato obtido do MP10 da Amostragem 1 antes e depois do processo de clean-up. a)

40 40 b) Figura 19. Cromatogramas resultantes da Amostragem 1: (a) Antes do clean-up; (b) Depois do clean-up. O cromatograma resultante da primeira amostragem (Figura 19.b) mostra pequenos picos e nenhum deles característico dos HPAs de interesse. O cromatograma também mostra o potencial do processo de clean-up realizado anteriormente a análise, pois houve uma grande diminuição de picos provenientes de sujeira atmosférica. Por um problema no tablet de armazenamento de dados da estação meteorológica não foi possível anexar os dados meteorológicos do dia da amostragem. Esta amostragem foi realizada mais próxima à época de queima da cana-de-açúcar e, por mais que não apresente HPAs, percebe-se visualmente que o conteúdo coletado no filtro era mais escuro do que o das outras amostragens realizadas nas semanas seguintes (Figura 18.a). Figura 20. Cromatograma resultante da Amostragem 2. O cromatograma da segunda amostragem (Figura 20) não revela muitas informações devido a um acidente na hora da evaporação do solvente após ressuspenso, ao girar a válvula para liberar o gás para evaporação, ele saiu com um fluxo muito forte e fez o vial com os

41 41 extratos transbordar, provavelmente causando a perda de grande parte dos compostos coletados no processo de amostragem. O cromatograma da terceira amostragem (Figura 21), mais uma vez não revela informações pertinentes, pois não apresenta picos dos HPAs de interesse. Figura 21. Cromatograma resultante da Amostragem 3. Ao observar a coloração dos filtros após as amostragens pode-se perceber que o filtro da Amostragem 2 encontrou-se mais escuro, fato que pode ser explicado pela direção do vento registrada pela estação meteorológica. No dia da Amostragem 2, a direção do vento foi na direção noroeste, sabendo que a sudeste do local de amostragem se encontra São João da Barra, uma cidade que realiza muitas queimadas em suas plantações de cana-de-açúcar. Devido a isso as partículas geradas por essas queimadas podem ter sido carregadas sentido noroeste até o local da amostragem. A Amostragem 3 foi realizada após alguns dias de chuva (umidade relativa média de 79,3%), e, como as partículas suspensas na atmosfera são carregadas para o solo com a água da chuva, sua concentração era menor no dia da amostragem, por isso o filtro referente a essa amostragem se encontra mais claro que as demais. 5. CONCLUSÃO Com este trabalho definiu-se as melhores condições de extração de HPAs de amostras de filtro de fibra de vidro por ultrassom (12 minutos; 40% de potência; 70 ml de solvente) através da utilização do planejamento fatorial. Este trabalho também confirma a utilização da cromatografia a gás acoplada a espectrômetro de massas como uma ótima metodologia de

42 42 análise, devido a sua capacidade de ao mesmo tempo quantificar e qualificar substâncias. Mesmo que não tenham sido encontrados HPAs nas amostras coletadas, nota-se uma alta eficiência no processo como um todo, seja na amostragem, extração ou análise. Os resultados de massa de MP10 também mostraram que há uma baixa concentração de material particulado no local amostrado, provavelmente, devido à grande dispersão em uma região de planície e pouco montanhosa, sem aprisionamento destes materiais na atmosfera. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGIETEC; Agência Embrapa de Informação Tecnológica Implicações. Disponível em: < _ html>. Acesso em 23 nov AGIETEC; Agência Embrapa de Informação Tecnológica Queima. Disponível em: < _ html>. Acesso em 08 nov ARMENTA, S.; GUARDIA, M.; ESTEVE-TURRILLAS, F. A. (2016) Hard cap espresso machines in analytical chemistry: what else? Analytical Chemistry, v. 88, p ARNOLDSSON, K.; MAGNUSSON, R.; HÄGGLUND, L.; LEJON, C.; WINGFORS, H. (2015) Initial evaluation of an axial passive sampler for PAHs and OPAHs using substrates with and without gas sampling capacity and varying diffusion distances. Atmospheric Pollution Research, v. 6, p AZEVEDO, J. A. H.; ARAÚJO, R. S.; SILVA, G. M. M. (2013) Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos atmosféricos de fontes automotivas: uma breve revisão. HOLOS, ano 29, v. 1, p BORRÁS, E.; TORTAJADA-GENARO, L. A. (2007) Characterisation of polycyclic aromatic hydrocarbons in atmospheric aerosols by gas chromatography-mass spectrometry. Analytica Chimica Acta, v. 583, p CALLÉN, M.S.; LÓPEZ, J. M.; ITURMENDI, A.; MASTRAL, A. M. (2013) Nature and sources of particles associated polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the

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47 47 ANEXOS ANEXO I. Espectros de massa dos HPAs analisados. Acenaftileno Fluoreno Fenantreno

48 48 Antraceno Pireno Benz[a]antraceno Criseno

49 49 Benzo[b]fluoranteno Benzo[k]fluoranteno Benzo[a]pireno Indeno[1,2,3-cd]pireno

50 50 Dibenz[a,h]antraceno Benzo[ghi]pirileno

51 51 ANEXO II. Resultados da primeira parte do planejamento fatorial. Composto TR (min) Padrão HEX_01 Rec (%) HEX_02 Rec (%) 1 11, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,492 Composto HEX_03 Rec (%) HEX_04 Rec (%) HEX_05 Rec (%) 1 0 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,387

52 52 Composto HEX_06 Rec (%) HEX_07 Rec (%) HEX_08 Rec (%) 1 0 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,175 Composto HEX_09 Rec (%) HEX_10 Rec (%) HEX_11 Rec (%) 1 0 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,169

53 53 ANEXO III. Resultados da segunda parte do planejamento fatorial. Composto TR (min) Padrão HEX_00 Rec (%) HEX_03 Rec (%) 1 12, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,955 Composto HEX_14 Rec (%) HEX_15 Rec (%) HEX_16 Rec (%) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,201

54 54 ANEXO IV. Dados coletados pela estação meteorológica durante as amostragens (pluviosidade; pressão; temperatura; umidade relativa; temperatura do vento; velocidade do vento). Amostragem 2 (27/07/2016 a 28/07/2016)

55 Amostragem 3 (04/08/2016 a 05/08/2016) 55