Fotômetro portátil construído com materiais alternativos com potencial para quantificação de ozônio atmosférico

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Ambiental

Autores

Neto, C.Q.S. (IFMT CAMPUS CUIABA BELA VISTA) ; Souza, I.S. (IFMT CAMPUS CUIABA BELA VISTA) ; Alves, L.G.S. (IFMT CAMPUS CUIABA BELA VISTA) ; Cavalcanti, T.H. (IFMT CAMPUS CUIABA BELA VISTA) ; Gomes, A.A. (IFMT CAMPUS CUIABA BELA VISTA) ; Santos, O.A.C. (IFMT CAMPUS CUIABA BELA VISTA) ; Santos, O.A.M. (IFMT CAMPUS CUIABA BELA VISTA)

Resumo

O ozônio troposférico provoca diversos danos à saúde humana, trata se um dos principais gases do efeito estufa tem ação fitotóxica com históricos de causar grandes prejuízos financeiros e nutricionais a produtos agrícolas. Neste trabalho foi construído fotômetro portátil, para tanto, foi utilizado um diodo emissor de luz (LED) com comprimento de onda especifico (600nm), conectado a uma bateria de 9 volt, intermediada com o uso de um resistor. A luz emitida pelo LED foi direcionada, por fibra ótica, a uma cubeta capilar contendo amostra com a espécie de interesse (analito). A curva de calibração foi desenvolvida com solução de corante índigo trissulfonado de potássio e quantificação no fotômetro portátil utilizando um LED com emissão de luz de 600 nm.

Palavras chaves

Química da atmosfera; Poluentes atmosféricos; Corante índigo

Introdução

A poluição atmosférica provocada pela presença do ozônio é uma preocupação atual, pois afeta grandes áreas do planeta com impactos gerais nos ecossistemas, com comprovados danos à saúde e ao ambiente (PAYNE et al., 2017; DIAS-JUNIOR et al., 2017; DERWENT et al., 2018). O ozônio se enquadra como um dos poluentes com maior poder fitotóxico (GUERRA et al., 2004; PLEIJEL, H. et al., 2018; MORVAN-QUÉMÉNER et al., 2018). O ozônio troposférico não é emitido para a atmosfera por nenhuma fonte conhecida, ele é formado como resultado de reações químicas, na presença de luz solar, entre os poluentes emitidos por automóveis, usinas elétricas, caldeiras industriais, refinarias, fábricas de produtos químicos e outras fontes de emissões (GARCIA, 2009; EPA, 2015; PAYNE et al., 2017; LI et al., 2018). Os efeitos da exposição aguda mais importantes são lesões celulares, morte das células pulmonares, decréscimo na atividade pulmonar, inflamação das vias respiratórias, aparecimento de sintomas como tosse, dor no peito, dificuldade em realizar movimentos inspiratórios profundos, cefaleia, náuseas, asma, decréscimo da função pulmonar e câncer de pulmão (WHO, 2003; EPA, 2015). A maioria dos métodos para quantificações de ozônio troposférico utilizam espectrofotometria, trata-se de equipamento com alto custo financeiro e procedimentos operacionais, incluindo manutenção, que apresentam uma certa complexidade. A disponibilização de técnicas analíticas e ou equipamentos de baixo custo pode ser a alternativa viável para monitoramento de poluentes, como o ozônio, em locais onde a disponibilidade de recursos instrumentais não seja plenamente acessível.

Material e métodos

A base do fotômetro será construída com caixa de tomada retangular em PVC, caixa comumente utilizado na construção civil para instalações de tomadas e interruptores. Na caixa de tomada foi instalado uma chave “liga/desliga”, que ligou a bateria de 9 volts ao LED, através de um resistor, Figura 1. Foi utilizado um LED com comprimento de onda de 600nm, conectado a um pedaço de fibra óptica de aproximadamente 4cm, com a função de direcionar a luz produzida pelo LED para o capilar contendo a amostra. O capilar utilizado para fazer a leitura das amostras é o mesmo utilizado na quantificação de hematócritos nos exames de triagens dos hemocentros. Após a transferência da amostra para o capilar, uma das extremidades foi vedada usando massa de modelar. E o capilar contendo amostra foi colocado no espaço construído para esse fim interceptando a luz proveniente do LED, a luz transmitida foi registrada pelo fotoresistor e medida em corrente elétrica pelo medidor de voltagem. O método de determinação de ozônio a ser utilizado baseia-se na reação específica de ozonólise com o corante índigo trissulfonado de potássio. A reação atualmente descrita na literatura para a reação é a quebra da dupla ligação entre os átomos de carbono com a formação de uma carbonila em cada molécula formada na reação (GARCIA, 2009). Como descrito por Garcia (2009), a concentração de ozônio é proporcional ao descoramento provocado em soluções de índigo trissulfonado de potássio, consequentemente o fotômetro que quantifique concentrações padrões de índigo trissulfonado de potássio pode ser utilizado na quantificação de ozônio atmosférico

Resultado e discussão

A validação do fotômetro portátil construído com materiais alternativos foi feita a partir de uma curva analítica de soluções padrões de índigo trissulfonado de potássio. Para o preparo das soluções padrões foram utilizados o índigo trissulfonado de potássio com grau analítico, produto certificado e comercializado pela Sigma Aldrich. Foram preparadas soluções de de índigo trissulfonado de potássio com as seguintes concentrações, em µmol L-1: 1,45, 1,94, 2,42, 2,91, 3,39, 3,88, 4,36 e 4,85. A partir dos valores registrados de corrente elétrica para cada uma das leituras foi elaborada uma curva de calibração. O valor de R2 mostra-se com boa correlação entre as concentrações padrões de índigo trissulfonado de potássio e o sinal analítico. O registro do sinal analítico em baixas concentrações do corante índigo trissulfonado de potássio, e ainda, registros em pequenas variações nas concentrações das soluções de corante, podem representar vantagens em relação a sensibilidade do fotômetro desenvolvido. O que pode ser indicativo que o fotômetro apresenta potencial para quantificações de ozônio em matriz atmosféricas, uma vez que espera-se concentrações na ordem de ppb

Distribuição e organização dos componentes do fotômetro portátil


Curva analítica para soluções padrões de corante índigo trissulfonado de potássio utilizando o fotômetro construído com materiais alternativo

Conclusões

A construção de um fotômetro portátil, de baixo custo, para quantificação de ozônio troposférico, pode oportunizar instrumentação analítica com viabilidade econômica para monitoramento ambiental deste poluente. Considerando a estequiometria entre a reação do corante índigo trissulfonado de potássio com o ozônio e a sensibilidade, pode-se afirmar que o fotômetro construído com materiais alternativos tem potencial para quantificar ozônio em matriz atmosférica, cuja amostragem pode ser feita de forma passiva, o que representa vantagens econômicas e instrumentais

Agradecimentos

A Pró-Reitoria de Pesquisa e Inovação - Propes Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia – Campus Bela Vista

Referências

DERWENT, R. G et al. Uncertainties in models of tropospheric ozone based on Monte Carlo analysis: Tropospheric ozone burdens, atmospheric lifetimes and surface distributions. Atmospheric Environment, Atmospheric Environment, v. 180, p. 93-102, 2018.

DIAS-JUNIOR, C. Q. et al. Convective storms and non-classical low-level jets during high ozone level episodes in the Amazon region: An ARM/GOAMAZON case study. Atmospheric Environment, v. 155, p. 199-209, 2017.

GARCIA, G. Construção e calibração de amostrador passivo para determinação de ozônio troposférico. 2009. 78 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Química, Universidade Estadual Paulista, Araraquara, 2009.

GUERRA, J.C.et al. Study on the formation and transport of ozone in relation to the air quality management and vegetation protection in Tenerife (Canary Islands). Chemosphere, v. 56, n. 11, p.1157-1167, 2004.

LI, P. et al. Nationwide ground-level ozone measurements in China suggest serious risks to forests. Environmental Pollution, v. 237, p. 803-813, 2018.

MORVAN-QUÉMÉNER, A. et al. Impact of parameterization choices on the restitution of ozone deposition over vegetation. Atmospheric Environment, v. 178, p. 49–65, 2018.

PAYNE, R. J. et al. Impacts of tropospheric ozone exposure on peatland microbialConsumers. Soil Biology & Biochemistry, v. 115, p. 124-128, 2017.

PAYNE, R. J. et al. Impacts of tropospheric ozone exposure on peatland microbialConsumers. Soil Biology & Biochemistry, v. 115, p. 124-128, 2017.

PLEIJEL, H. et al. Current surface ozone concentrations significantly decrease wheat growth, yield and quality. Science of the Total Environment, v. 613, p. 687-692, 2018.

UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (EPA). 2019. Health Effects of Ozone Pollution. Disponível em: . Acesso em: 09 mai. 2019.

WORD HEALTH ORGANIZATION (WHO). 2003. Health Aspects of Air Pollution with Particulate Matter, Ozone and Nitrogen Dioxide. Disponível em: . Acesso em: 09 mai. 2019.