Química da Atmosfera - Parte III

Transcrição

1 Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química QUI163 Química Ambiental Aula 8 Química da Atmosfera - Parte III AMOSTRAS DE AR : - Aspectos analíticos - Métodos de análise - Legislações Prof. Rafael Arromba de Sousa Juiz de Fora, 1 o semestre de

2 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 COMO MONITORAR O AR / ATMOSFERA: Aspectos analíticos Métodos de análise Legislação 2

3 As amostras de ar Amostras externas Amostras internas 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!! 3

4 Amostragem de ar - definição AMOSTRAS AMOSTRAGEM Obtenção da amostra laboratorial considerando a representatividade da mesma NECESSÁRIA quando não se tem disponível um equipamento para monitoração em tempo real Significados?? 4

5 Amostragem de ar - procedimento PROCEDIMENTO GERAL Retenção/ Pré-concentração dos analitos seguida de uma extração ou dessorção Sorção em suportes/ dispositivos a base de: - sílica gel - fibras específicas - polímeros orgânicos MODIFICADOS QUIMICAMENTE OU NÃO Soxhlet Ultrasom Extração com fluido supercrítico Injetor GC Equipamentos específicos Monitor Beta Usado para coleta de material particulado 5

6 Amostragem de ar PERMITE realizar as análises no laboratório e se adéqua à determinação de traços Técnicas instrumentais usuais (tipo: depende do analito) Possível usar métodos para pré-concentração Exemplos de AMOSTRADORES DE AR : 1) AMOSTRADORES DE GRANDES VOLUMES A-TSP (Total suspended particle sampler) Coleta partículas do ar que flui (vazão e tempo determinados) por um filtro (fibra de vidro) B- PM-10 samplers Coleta partículas com ᶲ < 10 µm Usa filtros de: - fibra de vidro - teflon 6

7 Amostragem de ar PERMITE realizar as análises no laboratório e se adéqua à determinação de traços Exemplos de amostradores de ar AMOSTRADORES DE GRANDES VOLUMES 7

8 Amostragem de ar Exemplos de amostradores de ar c) PS-1 sampler Para baixas concentrações de SVOCs, PCBs, pesticidas e dioxinas cloradas 2) AMOSTRADORES PORTÁTEIS A- Canister samplers ou Tedlar bag O ar é aprisionado em diferentes tipos de recipientes, dependendo da concentração esperada Inerte Impermeável Transparente ou não 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... 8

9 Amostragem de ar... Em resumo, não é algo complicado: 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 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 9

10 Legislação e Qualidade do ar 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 SO 2 - Concentração de CO - Concentração de O 3 - Fumaça - Quantidade de partículas inaláveis - Concentração de NO 2 10

11 Qualidade do ar e Legislação HISTÓRICO 1) Resolução CONAMA nº 05, de , que instituiu o Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar "PRONAR 2) Resolução CONAMA n 0 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 afete 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! 11

12 Monitoração de partículas e espécies químicas Conhecendo os métodos Microscopia óptica para a quantificação das partículas Espectrofotometria no UV-Vis ( colorimetria ) Espectrofotometria no IR 12

13 Monitoração de partículas e espécies químicas ANALITOS x MÉTODOS SO 2 Reação com: 1- formaldeído; 2- p-rosanilina; λ= 548 nm O 3 NO 2 Espectrofotometria UV-Vis 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 A reação química na prática Amostra gasosa Borbulhada em soluções específicas Impregnada em um filtro (contendo agentes específicos) Reações específicas Formação de produtos coloridos 13

14 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= - log T= + log P 0 /P A absorbância aumenta com a concentração da espécie absorvedora - depende da substância (absortividade molar) - depende do espaço físico ocupado pela amostra (caminho óptico)

15 Monitoração de partículas e espécies químicas ALGUNS DETALHES SOBRE AS REAÇÕES Determinação de SO 2 : Etapa 1: SO 2 + CH 2 O + H 2 O HOCH 2 SO 3 H (reação de oxidação do SO 2 : formação do ác. metilssulfônico) Etapa 2: HOCH 2 SO 3 H + p-rosanilina ác. p-rosanilinametilsulfônico CH 2 SO 3 H H CH 2 SO 3 H CH 2 SO 3 H 15

16 Monitoração de partículas e espécies químicas ALGUNS DETALHES SOBRE AS REAÇÕES Determinação de O 3 : Etapa 1: O KI + H 2 O 2 KOH + O 2 + I 2 (reação de redução do O 3 ) Etapa 2: I 2 + amido complexo azul amilose 16

17 Determinação de NO 2 : Etapa 1 HIDRÓLISE PARA FORMAÇÃO DO ÁC. NITROSO: 2 NO 2 + H 2 O HNO 2 + H + + NO 3 - Etapa 2 REAÇÃO COM AMINA ORGÂNICA (formação do íon diazônio) Etapa 3 REAÇÃO COM N-(1-NAFTILETILENODIAMINA) 17

18 Monitoração de partículas e espécies químicas... 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: Os ANALITOS e os MÉTODOS: CO CO 2 Espectrofotometria IR Absorção em: cm -1 Absorção em: 2342 cm -1 18

19 Espectro de Infra-vermelho do CO: acesso em

20 Espectro de Infra-vermelho do CO 2 : acesso em

21 Monitoração de partículas e espécies químicas Os ANALITOS e os MÉTODOS Aspectos práticos Espectrofotometria no IR: CUBETAS OU CELAS caminhos ópticos longos cm para analitos em concentrações altas m para analitos em concentrações baixas?? Janelas ópticas de KBr 21

22 Monitoração de partículas e espécies químicas Além disso... Espectrofotometria no IR pode ser aplicada a outros gases e substâncias: O 3, NO, SO 2, ácido fórmico, VOCs e HPAs Espectros de referência para mais de 100 compostos! Melhorar a detectabilidade a EPA recomenda o uso da Cromatografia Gasosa 22

23 Monitoração de partículas e espécies químicas - Espectrofotometria no UV-Vis ( colorimetria ) - Espectrofotometria no IR exemplos importantes Microscopia óptica - quantificação de partículas (PSD)... Para estudar/ analisar essas partículas: 23

24 Qualidade do ar e Química analítica Espécies orgânicas Espécies inorgânicas Monitoração completa da qualidade do ar Espécies químicas (analitos) gasosas Espécies químicas (analitos) adsorvidas em sólidos Análise da atmosfera: trabalho complexo e um campo com muitos aspectos a serem estudados/ estabelecidos 24

25 Qualidade do ar e Química analítica LITERATURA RECOMENDADA: Air Pollution Control Technology Handbook. K. B. Schinelli & C. A. Brown; CRC, 2002 Espécies orgânicas Espécies inorgânicas Yaman, M. & Erela, E. Combining Preconcentration Methods for the Determination of Lead and Nickel in Ambient Air by F AAS, 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 25

26 Perguntas? Curiosidades?? 26

27 Atividade Escrever um parágrafo contendo pelo menos 5 palavras dentre as seguintes: Absorbância Amostrador de volume constante Gases poluentes Infravermelho não dispersivo Lei de Beer Medições espectroscópicas Resoluções do CONAMA Medições remotas Análise instrumental MP10 MP2,5 Qualidade do ar 27

28 Demais Referências Baird, C. Química Ambiental; Tradução Maria Angeles Lobo Recio e Liz Carlos M. Carrera, 2 ed, Porto Alegre, Bookman, Mozeto, A. Química Nova na Escola, Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, 2001, acessado em Zhang, C. C. Fundamentals of Environmental Sampling and Analysis, Canada, John Wiley & Sons, acessado em acessado em acessado em acessado em acessado em FUNDACENTRO. O Tamanho das Partículas de Poeira Suspensas no Ar do Ambiente de Trabalho, Ministério do Trabalho e Emprego, Campos, V. P. et al. Química Nova, 29, 2006, acessada