Determinação de íons majoritários no material particulado atmosférico de duas regiões do Distrito Federal

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Ambiental

Autores

Ferreira, V.H.C. (UNIVERSIDADE DE BRASILIA) ; Sodre, F.F. (UNIVERSIDADE DE BRASILIA)

Resumo

Neste trabalho foram estudados dois locais do Distrito Federal que poderiam apresentar concentrações mais críticas de materiais particulados, a Rodoviária de Brasília e a região da Fercal, onde há fábricas de cimento. As amostragens foram realizadas com um sistema de filtros sequenciais ligados a uma bomba com fluxo controlado por 24 horas, obtendo-se as partes fina e grossa do particulado. Foram determinados íons inorgânicos, dentre os quais se destacaram o NO3-, SO42-, Ca2+ e Mg2+ e cujas correlações possibilitaram identificar as prováveis fontes principais das duas localidades. Ao fim, foi possível constatar que para a época estudada, transição entre a época de chuva e a seca, as concentrações de partículas não ultrapassaram os limites diários da OMS na maior parte das vezes.

Palavras chaves

material particulado; distrito federal; íons majoritarios

Introdução

Materiais particulados (MP) são partículas sólidas ou líquidas, de tamanhos variados, encontradas na atmosfera que podem ter origem tanto em fontes que as emitem diretamente na atmosfera, quanto na formação por reações químicas [1]. Os particulados afetam o clima das regiões em que se encontram ao participar da formação de nuvens, funcionando como núcleos de condensação, ou ao dispersarem a radiação solar incidente, além disso, também podem causar problemas à saúde [2]. Como forma de classificar o MP, o diâmetro médio das partículas é utilizado, de modo que partículas maiores que 2,5 µm são classificadas como grossas e partículas com diâmetros menores são consideradas como finas, sendo que quanto menor o tamanho da partícula maior a relação com o aumento de doenças respiratórias e cardiovasculares na população [1,2]. Os particulados mais grossos costumam ser, em sua maioria, provenientes de processos mecânicos em que partículas maiores acabam se dividindo e formando partículas menores por ação do vento, como na suspensão de spray marinho ou na de solo, ao passo que o particulado fino é formado a partir de moléculas provenientes de combustão ou de outras reações químicas que ocorrem na atmosfera [1,2]. Essa diferenciação possibilita o uso de marcadores para determinar as possíveis fontes do MP, como o nitrato, que pode ser um indicador de queima de combustíveis [3]. Marcadores importantes para fontes antrópicas ou naturais podem ser encontrados nas espécies inorgânicas solúveis em água, que são constituintes de grande parte do MP [4]. Este estudo teve como objetivo estudar a composição química do material particulado fino e grosso de regiões específicas do Distrito Federal, assim como determinar a sua quantidade, uma vez que ainda não há trabalhos do tipo na região.

Material e métodos

As amostras foram coletadas na rodoviária de Brasília e na região da Fercal, onde se encontram as fábricas de cimento do Distrito Federal, entre abril e maio de 2015. Esses locais foram escolhidos por não se ter no DF grandes complexos industriais, sendo assim os pontos mais prováveis de se encontrarem as maiores concentrações de MP. A amostragem se deu por meio de um sistema de filtros sequenciais de dois estágios, de forma que o material particulado grosso fosse retido no filtro de policarbonato (Maine Manufacturing LLC, porosidade de 12 µm, diâmetro de 47 mm) e o fino fosse coletado no filtro de teflon (Millipore, porosidade de 1 µm, diâmetro de 47 mm) que se encontrava em sequência [5,6]. As coletas tiveram duração de 24 horas e o fluxo utilizado foi de 24 L/min, resultando na amostragem de cerca de 34 m3 de ar. Os filtros coletados foram armazenados em geladeira a -4 °C até sua posterior análise, quando os íons foram extraídos dos filtros de policarbonato com 10 mL de água ultrapura e dos filtros de teflon com 9,5 mL de água ultrapura adicionados de 0,5 mL de propanol sob agitação intensa por 1 hora. Os ânions cloreto, sulfato, nitrato e fosfato foram determinados usando-se um Cromatógrafo 850 Professional IC da Metrohm e o amônio foi determinado por um Cromatógrafo 882 Compact IC da Metrohm ligado de forma sequencial com o primeiro, possibilitando a determinação de cátions e ânions com uma mesma injeção de amostra. Para a determinação de sódio, potássio, magnésio, cálcio, alumínio e cobre foi utilizado um espectrômetro de emissão atômica acoplado com plasma induzido por micro-ondas (MP-AES 4200, Agilent).

Resultado e discussão

Os níveis de material particulado na rodoviária variaram de 3 a 12 µg m-3 e de 9 a 32 µg m-3, enquanto que na Fercal houve uma variação de 3 a 20 µg m-3 e de 12 a 67 µg m-3 para o MP fino e grosso, respectivamente. Dessa forma, as quantidades de MP fino encontradas nos dois locais e a de grosso da rodoviária estiveram dentro das recomendações estabelecidas pela OMS, de 25 µg m-3 de particulado fino e 50 µg m-3 de grosso para 24 horas, ao passo que o MP grosso da Fercal esteve acima das recomendações em alguns dos dias estudados [7]. Com relação à composição química, encontraram-se concentrações relativamente baixas para todos os compostos analisados, em muitos casos não chegando à ordem de µg m-3. Mesmo assim, foi possível verificar que as maiores concentrações encontradas no MP grosso da rodoviária foram de nitrato (entre 37 e 71 ng m-3) e de sulfato (49 a 106 ng m-3), que apresentaram uma correlação de Pearson de 0,86, indicando uma possível fonte única, nesse caso de fontes veiculares. No MP grosso da Fercal, entretanto, predominaram Ca (580 a 1110 ng m-3), Mg (20 a 44 ng m-3) e SO42- (82 a 497 ng m-3), com as correlações apresentadas na Tabela 1, em que se destacam as significativas para uma probabilidade de 95%. Pela Tabela 1, constata-se que há correlações significativas entre Ca, Mg, NO3-, SO42- e PO43-, que podem ser explicadas pela presença de fábricas de cimento na região estudada, uma vez que Ca e Mg são compostos largamente encontrados no calcário e os ânions mencionados serem comumente associados a queima de óleo, p.e. de caldeiras. Uma análise de clusters aplicada aos dados evidenciou a presença de dois agrupamentos principais, um de particulados grossos e outro de finos, sendo que as distâncias menores entre finos indicam uma maior homogeneidade espacial.

Correlações de Pearson para os metais e íons estudados, com destaque para as correlações significativas para uma probabilidade de 95%.

Conclusões

O material particulado das duas regiões na época estudada esteve na maior parte dentro dos limites da OMS, sendo que o particulado fino que é o mais relevante para a saúde humana sempre esteve dentro das recomendações. Além disso, por conta da baixa quantidade de MP encontrado, os íons analisados raramente tiveram concentrações maiores que 1 µg m-3, mas mesmo assim foi possível observar que os particulados finos são semelhantes, ao mesmo tempo em que há predominância de diferentes compostos no grosso dos dois locais estudados, assim como a existência de correlações de Pearson diferentes.

Agradecimentos

A CAESB pelas análises cromatográficas das amostras.

Referências

1. MELLO, W. Z. et al. CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL PARTICULADO FINO E GROSSO E COMPOSIÇÃO DA FRAÇÃO INORGÂNICA SOLÚVEL EM ÁGUA EM SÃO JOSÉ DOS CAMPOS (SP). Química Nova, 33, n. 6, 2010. 1247-1253.
2. SOLCI, M. C.; FREITAS, A. M. CARACTERIZAÇÃO DO MP10 E MP2,5 E DISTRIBUIÇÃO POR TAMANHO DE CLORETO, NITRATO E SULFATO EM ATMOSFERA URBANA E RURAL DE LONDRINA. Química Nova, 32, n. 7, 2009. 1750-1754.
3. SOUZA, D. Z. et al. Composition of PM2.5 and PM10 Collected at Urban Sites in Brazil. Aerosol and Air Quality Research, 14, 2014. 168-176.
4. DOMINGOS, J. S. et al. A comprehensive and suitable method for determining major ions from atmospheric particulate matter matrices. Journal of Chromatography A, 1266, 2012. 17-23.
5. ALLEN, A. G. et al. Influence of Intensive Agriculture on Dry Deposition of Aerosol Nutrients. Journal of the Brazilian Chemistry Society, 21, n. 1, 2010. 87-97.
6. ALLEN, A. G.; CARDOSO, A. A.; ROCHA, G. O. Influence of sugar cane burning on aerosol soluble ion composition in Southeastern Brazil. Atmospheric Environment, 38, 2004. 5025-5038.
7. WHO. WHO Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide: Global update 2005. 2005.