Química da Atmosfera - Parte III

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1 Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Química Ambiental Aula 8 Química da Atmosfera - Parte III AMOSTRAS DE AR : - Aspectos analíticos - Métodos de análise Prof. Rafael Arromba de Sousa Juiz de Fora, 2 o semestre de

2 Relembrando... 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 2

3 Atmosferas abertas Atmosferas internas As amostras de ar Outdoor sampling Indoor sampling Contaminação ambiental - 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 Obtenção da amostra laboratorial considerando a representatividade da mesma - NECESSÁRIA quando não se tem disponível um equipamento para monitoração em tempo real PROCEDIMENTO GERAL Retenção/ Pré-concentração dos analitos seguida de uma extração ou dessorção Sorção em suportes: - sílica gel - fibras - polímeros orgânicos MODIFICADOS QUIMICAMENTE OU NÃO Soxhlet Ultrasom Extração com fluido supercrítico Injetor GC Equipamentos específicos Monitor Beta Usado para coleta de material particulado 4

5 Amostragem de ar PERMITE realizar as análises no laboratório e se adéqua à determinação de traços Técnicas instrumentais usuais (tipo: depende do analito) Possibilitada pela etapa de pré-concentração Exemplos de amostradores de ar Amostradores de grandes volumes 1) Total suspended particle sampler (TSP) Coleta partículas do ar que flui (vazão e tempo determinados) por um filtro (fibra de vidro) 2) PM-10 samplers Coleta partículas com ᶲ < 10 µm Usa filtros de: - fibra de vidro - teflon 5

6 Amostragem de ar Exemplos de amostradores de ar 3) High volume PS-1 samplers Para baixas concentrações de SVOCs, PCBs, pesticidas e dioxinas cloradas 4) Personal sampling pumps: 1) Canister samplers ou Tedlar bag O ar é aprisionado em diferentes tipos de recipientes, dependendo da concentração esperada Inerte Impermeável Transparente ou não 2) Amostrador de fita (Monitor Beta) Para materiais particulados, filtra o ar usando um material enrolado na forma de uma fita 3) Tubos sorventes ou impingers Tubos com materiais sorventes ou com líquidos (impingers) nos quais os analitos ficam sorvidos ou dissolvidos 6

7 Amostragem de ar... Constatação importante: O ar ou constituintes do ar são SEMPRE retidos em um RECIPIENTE/ MATERIAL ÚNICO MAS existem diversos termos técnicos para diferenciar as formas e frequencia da 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 7

8 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 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 - Partículas totais em suspensão - SO 2 - CO - O 3 - Fumaça - Partículas inaláveis - NO 2 8

9 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 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. Métodos recomendados: 9

10 Monitoração de partículas e espécies químicas Entendendo os métodos Exceto para partículas (quantificação das partículas): métodos ópticos para contagem - Espectrofotometria no UV-Vis ( colorimetria ) - Espectrofotometria no IR Análise química das partículas diversas técnicas podem ser aplicadas: 10

11 Monitoração de partículas e espécies químicas Entendendo os métodos Os ANALITOS e os MÉTODOS: SO 2 Reação com: 1- formaldeído; 2- p-rosanilina O 3 NO 2 Espectrofotometria UV-Vis Reação com KI em meio de amido Reação com: 1- amina orgânica; 2- N-(1-naftiletilenodiamina) Amostra gasosa Borbulhada em soluções específicas Impregnada em um filtro (contendo agentes específicos) Reações pretendidas Formação de produtos coloridos 11

12 Monitoração de partículas e espécies químicas Entendendo os métodos... Os MÉTODOS baseados na espectrofotometria UV-Vis não são mais considerados métodos avançados. Mas são adequados e confiáveis para estas aplicações! ALGUNS DETALHES Determinação de SO 2 : Reação 1: SO 2 + CH 2 O + H 2 O HOCH 2 SO 3 H (reação de oxidação do SO 2 ) Reação 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 12

13 Monitoração de partículas e espécies químicas Entendendo os métodos ALGUNS DETALHES Determinação de O 3 : Reação 1: O KI + H 2 O 2 KOH + O 2 + I 2 Reação 2: (reação de redução do O 3 ) I 2 + amido complexo azul β- amilose 13

14 Determinação de NO 2 : Reação 1 FORMAÇÃO DO ÁC. NITROSO: 2 NO 2 + H 2 O HNO 2 + H + + NO 3 - Reação 2 REAÇÃO COM AMINA ORGÂNICA (formação do íon diazônio) Reação 3 REAÇÃO COM N-(1-NAFTILETILENODIAMINA) 14

15 Monitoração de partículas e espécies químicas Entendendo os métodos Os ANALITOS e os MÉTODOS: CO CO 2 Espectrofotometria IR Absorção em: cm -1 Absorção em: 2342 cm -1 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 15

16 Monitoração de partículas e espécies químicas Entendendo os métodos Os ANALITOS e os MÉTODOS Espectrofotometria no IR (aspectos práticos): CUBETAS OU CELAS caminhos ópticos longos 10 cm para analitos em concentrações altas m para analitos em concentrações baixas janelas ópticas de KBr 16

17 Qualidade do ar e Química analítica 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 17

18 Qualidade do ar e Química analítica 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 18

19 Referências usadas nesta aula 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

20 Paralelamente ao último módulo (Solo e sedimentos) - Seminários... Preparados?? 20