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Aula 8Aula 8
Química da Atmosfera Química da Atmosfera -- Parte IIIParte III
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Instituto de Ciências ExatasDepartamento de Química
QUI 106 - Química Analítica Ambiental
Química da Atmosfera Química da Atmosfera -- Parte IIIParte III
AMOSTRAS DE “AR”: - Aspectos analíticos
- Métodos de análise
Prof. Rafael Arromba de SousaJuiz de Fora, 2013
1
Aulas 5 e 6:Aulas 5 e 6:
Composição química e os principais poluentes da atmosferaComposição química e os principais poluentes da atmosfera
Características gerais da atmosferaCaracterísticas gerais da atmosfera
Transporte de substâncias na biosfera e os Ciclos biogeoquímicosTransporte de substâncias na biosfera e os Ciclos biogeoquímicos
Principais problemas ambientais relacionados à poluição atmosféricaPrincipais problemas ambientais relacionados à poluição atmosférica
Relembrando ...
Principais problemas ambientais relacionados à poluição atmosféricaPrincipais problemas ambientais relacionados à poluição atmosférica
2
11ºº TVCTVCQuestãoQuestão 55:: ConsiderandoConsiderando queque osos fenômenosfenômenos meteorológicosmeteorológicos ee asas atividadesatividadeshumanashumanas ocorremocorrem apenasapenas nana troposfera,troposfera, expliqueexplique::
a) O porquê das outras camadas da atmosfera ter influência na qualidade de vidados seres vivos.b) Se a poluição da troposfera pode afetar as camadas superiores, citando umexemplo.
As amostras de ar
“Outdoor” “Outdoor” samplingsampling “Indoor” “Indoor” samplingsamplingA
tmosfe
ras abert
as
Atm
osfe
ras abert
as
Atm
osfe
ras in
tern
as
Atm
osfe
ras in
tern
as
3
Monitoração ambientalMonitoração ambiental
�� Ambientes contaminados:Ambientes contaminados:
- Gases provenientes do solo- Compostos voláteis no ambiente de trabalho (saúde ocupacional)
���� A contaminação de ambos os ambientes podem ser prejudiciais à saúde humana !
Atm
osfe
ras abert
as
Atm
osfe
ras abert
as
Atm
osfe
ras in
tern
as
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ras in
tern
as
Amostragem de ar
PROCEDIMENTO GERALPROCEDIMENTO GERAL
Retenção/ Retenção/ PréPré--concentração dos concentração dos analitosanalitos seguida de uma seguida de uma extração extração ou ou dessorçãodessorção
Obtenção da amostra laboratorial considerando a representatividade da mesmaNECESSÁRIA quando não se tem disponível um equipamento para monitoração em tempo realNECESSÁRIA quando não se tem disponível um equipamento para monitoração em tempo real
Sorção em suportesSorção em suportes::
4
SoxhletSoxhletUltrasomUltrasom
Extração Extração com fluido supercríticocom fluido supercrítico
Sorção em suportesSorção em suportes::-- sílica gelsílica gel-- fibrasfibras-- polímeros orgânicospolímeros orgânicos
MODIFICADOS QUIMICAMENTE OU NÃOMODIFICADOS QUIMICAMENTE OU NÃO
Equipamentos específicosEquipamentos específicos
“Monitor Beta” Usado para coleta de material particulado
Amostragem de ar
Exemplos de Exemplos de amostradoresamostradores de “ar”de “ar”
Total suspended particle sampler
PERMITE realizar as análises no laboratório e se adéqua à determinação de traços
Técnicas instrumentais usuaisTécnicas instrumentais usuais(tipo: depende do (tipo: depende do analitoanalito))
Possibilitada pela Possibilitada pela etapa de préetapa de pré--concentraçãoconcentração
PM-10 samplers
5
Total suspended particle sampler
(TSP)
ColetaColeta parículasparículas dodo arar queque fuifui((vazãovazão ee tempotempo determinadosdeterminados))porpor umum filtrofiltro ((fibrafibra dede vidrovidro))
PM-10 samplers
ColetaColeta partículaspartículas comcom ᶲɸ << 1010 µmµmUsaUsa filtrosfiltros dede::- fibra de vidro- teflon
Amostradores de “grandes volumes”
Amostragem de ar
High volume PS-1 samplers
ParaPara baixas concentrações de baixas concentrações de SVOCsSVOCs, , PCBsPCBs, , pesticidaspesticidas e e dioxinas cloradasdioxinas cloradas
PersonalPersonal samplingsampling pumpspumps::
Exemplos de Exemplos de amostradoresamostradores de “ar”de “ar”
CanisterCanister samplerssamplers ou ou TedlarTedlar bagbag
6
CanisterCanister samplerssamplers ou ou TedlarTedlar bagbag
O ar é “aprisionado” em diferentes tipos O ar é “aprisionado” em diferentes tipos de recipientes, dependendo da de recipientes, dependendo da
concentração esperadaconcentração esperada
““AmostradorAmostrador de fita” (de fita” (Monitor BetaMonitor Beta))ParaPara materiais particulados, filtra o ar usando um material enrolado na forma de uma fitamateriais particulados, filtra o ar usando um material enrolado na forma de uma fita
Tubos Tubos sorventessorventes ouou impingersimpingers
Tubos com materiais Tubos com materiais sorventessorventes ou com líquidos (ou com líquidos (impingersimpingers) nos quais os ) nos quais os analitosanalitos ficam ficam sorvidos ou dissolvidossorvidos ou dissolvidos
InerteInerte
ImpermeávelImpermeável
Transparente ou nãoTransparente ou não
Amostragem de ar
OO ““arar”” ouou constituintesconstituintes dodo arar sãosão retidosretidos emem umum RECIPIENTE/RECIPIENTE/ MATERIALMATERIAL ÚNICOÚNICO
ExistemExistem diversosdiversos termostermos técnicostécnicos parapara diferenciardiferenciar asas formasformas ee frequenciafrequencia dadaamostragemamostragem ��
Considerações importantes:Considerações importantes:
7
ExEx::
1) Amostragem de fonte (chaminé)1) Amostragem de fonte (chaminé)
2) Amostragem individual2) Amostragem individual
““Amostragem ... realizada com a finalidade de avaliar razão de exposição Amostragem ... realizada com a finalidade de avaliar razão de exposição ... Utiliza como instrumento equipamento carregado individualmente” ... Utiliza como instrumento equipamento carregado individualmente”
Qualidade do ar e Legislação
HISTÓRICO
1)1) ResoluçãoResolução CONAMACONAMA nºnº 0505,, dede 1515..0606..8989,, queque instituiuinstituiu oo ProgramaPrograma NacionalNacional dedeControleControle dada QualidadeQualidade dodo ArAr "PRONAR”"PRONAR”
2)2) Resolução/CONAMAResolução/CONAMA// nnºº 003 de 28 de junho de 1990003 de 28 de junho de 1990
�� Estabeleceu os padrões nacionais de qualidade do arEstabeleceu os padrões nacionais de qualidade do ar
8
�� Definiu a forma de amostragem: Definiu a forma de amostragem: -- Amostrador de grandes volumes (Hi-vol) ou equivalente
�� Definiu os métodos para a monitoração de diferentes parâmetrosDefiniu os métodos para a monitoração de diferentes parâmetros-- Partículas totais em suspensão-- SO2
-- COCO-- O3
-- Fumaça-- Partículas inaláveis-- NO2
Qualidade do ar e Legislação
HISTÓRICO
1)1) ResoluçãoResolução CONAMACONAMA nºnº 0505,, dede 1515..0606..8989,, queque instituiuinstituiu oo ProgramaPrograma NacionalNacional dede ControleControledada QualidadeQualidade dodo ArAr "PRONAR"PRONAR
2)2) Resolução/CONAMA/nºResolução/CONAMA/nº 003003 dede 2828 dede junhojunho dede 19901990
���� Padrões estabelecidos:- Saúde da população
9
- Saúde da população- Danos à fauna e à flora
���� Define que “poluente atmosférico” é qualquer forma de matéria ou energiaque afetem o ar alterando seus padrões de qualidade
���� Manter ou atingir os padrões de qualidade torna-se um objetivo que exigeestratégias de controle das emissões
���� Monitoração de partículas e espécies químicas é importante efrequentemente necessária. Métodos recomendados:
Resolução/CONAMA/N.º Resolução/CONAMA/N.º 003 de 28 de junho de 1990003 de 28 de junho de 1990
���� Monitoração de partículas e espécies químicas é importante e frequentemente necessária. Métodos recomendados:
10
Padrão PRIMÁRIO: valor MÁXIMO permitido Padrão PRIMÁRIO: valor MÁXIMO permitido -- Padrão SECUNDÁRIO: valor desejávelPadrão SECUNDÁRIO: valor desejável(1) Valor que não deve ser excedido mais de 1x ao ano;
(2) Valor média geométrica anual; (3) Valor média aritmética
Monitoração de partículas e espécies químicas – Entendendo os métodos
�������� ExcetoExceto parapara “partículas”“partículas” (quantificação(quantificação dasdas partículas)partículas)::métodosmétodos ópticosópticos parapara osos analitosanalitos dada legislaçãolegislação
-- EspectrofotometriaEspectrofotometria nono UVUV--VisVis (“(“colorimetriacolorimetria”)”)-- EspectrofotometriaEspectrofotometria nono IRIR
�������� AnáliseAnálise químicaquímica dasdas partículaspartículas diversasdiversas técnicastécnicas podempodem serser aplicadasaplicadas::
11
Monitoração de partículas e espécies químicas – Entendendo os métodos
Os ANALITOS e os MÉTODOSOs ANALITOS e os MÉTODOS
SO2
O3
NO2
Espectrofotometria Espectrofotometria UVUV--VisVis
Reação com: 1- formaldeídoformaldeído; 2- pp--rosanilinarosanilina
Reação com KI em meio de amidocom KI em meio de amido
Reação com: 1- amina orgânicaamina orgânica; 2- NN--(1(1--naftiletilenodiamina)naftiletilenodiamina)
Espectrofotometria Espectrofotometria UVUV--VisVis
Espectrofotometria Espectrofotometria UVUV--VisVis
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NO2 1- amina orgânicaamina orgânica; 2- NN--(1(1--naftiletilenodiamina)naftiletilenodiamina)UVUV--VisVis
Amostra gasosa
BorbulhadaBorbulhada em solução em solução específicasespecíficas Formação de
produtos coloridosImpregnadaImpregnada em um em um
filtro (contendo agentes filtro (contendo agentes específicos)específicos)
Reações com reagentes Reações com reagentes específicosespecíficos
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 confiáveisadequados e confiáveis para estas aplicações!
�������� ALGUNS DETALHES
Determinação de SOSO22:
Reação 1: : SOSO + CH+ CH O + HO + H O O �� HOCHHOCH SOSO H (reação de oxidação do SOH (reação de oxidação do SO ))
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Reação 1: : SOSO22 + CH+ CH22O + HO + H22O O �� HOCHHOCH22SOSO33H (reação de oxidação do SOH (reação de oxidação do SO22))
Reação 2: : HOCHHOCH22SOSO33H + pH + p--rosanilinarosanilina �� ácác. p. p--rosanilinametilsulfônicorosanilinametilsulfônico
CHCH22SOSO33HH
CHCH22SOSO33HH
CHCH22SOSO33HH
HH
Monitoração de partículas e espécies químicas – Entendendo os métodos
�������� ALGUNS DETALHES
Determinação de OO33:
Reação 1: :
14
OO33 + 2 KI + H+ 2 KI + H22O O �� 2 KOH + 2 KOH + OO22 + I+ I22
(reação de redução do O(reação de redução do O33))
Reação 2: :
II22 + amido + amido �� complexo azulcomplexo azul
ββ-- amiloseamilose
Determinação de NONO22:
Reação 1: : FORMAÇÃO DO ÁC. NITROSO FORMAÇÃO DO ÁC. NITROSO --2 NO2 NO22 + H+ H22O O �� HNOHNO22 + H+ H++ + NO+ NO33
--
Reação 2: : REAÇÃO COM REAÇÃO COM AMINA ORGÂNICAAMINA ORGÂNICA(formação do íon (formação do íon diazôniodiazônio))
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Reação 3: : REAÇÃO COM REAÇÃO COM NN--(1(1--NAFTILETILENODIAMINA)NAFTILETILENODIAMINA)
Monitoração de partículas e espécies químicas – Entendendo os métodos
Os ANALITOS e os MÉTODOSOs ANALITOS e os MÉTODOS
CO
CO2
Absorção em: 2165 2165 –– 2183 2183 cm -1
Absorção em: 23422342 cm -1
Espectrofotometria Espectrofotometria IRIR
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���� EspectrofotometriaEspectrofotometria nono IRIR podepode serser aplicadaaplicada aa outrosoutros gasesgases::
O3, NO, SO2, ácido fórmico, VOCs e HPAs
Espectros de referência para mais de 100 compostos:wwwwww..epaepa..gov/ttn/emc/ftir/welcomegov/ttn/emc/ftir/welcome..htmlhtml
���� MelhorarMelhorar aa detectabilidadedetectabilidade aa EPAEPA recomendarecomenda oo usouso dada CromatografiaCromatografia GasosaGasosa
Monitoração de partículas e espécies químicas – Entendendo os métodos
Os ANALITOS e os MÉTODOSOs ANALITOS e os MÉTODOS
���� EspectrofotometriaEspectrofotometria nono IRIR (aspectos(aspectos práticos)práticos)::
CUBETASCUBETAS OUOU CELASCELAS �� caminhoscaminhos ópticosópticos “longos”“longos”
1010 cmcm �� analitosanalitos emem concentraçõesconcentrações “altas”“altas”
17
2020 –– 100100 mm �� analitosanalitos emem concentraçõesconcentrações “baixas”“baixas”
janelasjanelas ópticasópticas dede KBrKBr
1)1) Resolução/CONAMA/nº Resolução/CONAMA/nº 003 de 28 de junho de 1990003 de 28 de junho de 1990
���� Monitoração de partículas e espécies químicas é importante e frequentemente necessária. Métodos recomendados:
� Métodos propostos pelo INMETRO ou IBAMA**
� Responsabilidade dos Estados
� Plano de emergência para episódiosepisódios críticoscríticos dede poluiçãopoluição::
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EpisódioEpisódio CríticoCrítico dede PoluiçãoPoluição dodo ArAr:: presença de altas concentrações de
poluentes na atmosfera em curto período de tempo, resultante da ocorrência
de condições meteorológicas desfavoráveis à dispersão dos mesmos
� Estados de ATENÇÃOALERTA
EMERGÊNCIA
(*) Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Hídricos(*) Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Hídricos
Qualidade do ar e LegislaçãoHISTÓRICO
1)1) Resolução CONAMA nº 05, de 15.06.89, que instituiu o Programa Nacional de Controle da Resolução CONAMA nº 05, de 15.06.89, que instituiu o Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar "PRONARQualidade do Ar "PRONAR
2)2) Resolução/CONAMA/nº Resolução/CONAMA/nº 003 de 28 de junho de 1990003 de 28 de junho de 1990
33)) Resolução/CONAMA/nºResolução/CONAMA/nº 1818 dede 66 dede maiomaio dede 19861986:: PROCONVE - Programa de Controle da Poluição
do Ar por Veículos Automotores
19
�� “Controlar”“Controlar” aa poluiçãopoluição dodo arar porpor veículosveículos automotoresautomotores (carros)(carros)
-- ExigênciasExigências tecnológicastecnológicas (prazos)(prazos)
-- LimitesLimites máximosmáximos dede poluentespoluentes
Limites máximos de emissão dos compostos de chumbo não são regulamentados no Brasil, em função
de ter sido abolido o uso do chumbo tetraetila como aditivo da gasolina na década de 80
POLUENTES
LIMITES
Fase L-4(1) Fase L-5 Fase L-6(2)
desde1º/1/2005
a partir de1º/1/2009
a partir de1º/1/2012
monóxido de carbono (CO em g/km) 2,70 2,70 2,00
hidrocarbonetos (HC em g/km) 0,50(3) 0,50(3) 0,50(3)
hidrocarbonetos não metano (NMHC em g/km) 0,20 0,06 0,06
óxidos de nitrogênio (NOx em g/km) 0,43(4) ou 1,00(5) 0,25(4) ou 0,43(5) 0,25(4) ou 0,35(5)
material particulado(5) (MP em g/km) 0,10 0,06 0,04
33)) Resolução/CONAMA/nºResolução/CONAMA/nº 1818 dede 66 dede maiomaio dede 19861986:: PROCONVE - Programa de Controle da Poluição
do Ar por Veículos Automotores
20
aldeídos(4) (CHO g/km) 0,06 0,04 0,03
emissão evaporativa (g/ensaio) 2,0 2,0 1,5(4)(7) ou 2,0(4)(6)(7)
emissão de gás no cárter nula nula nula
(1) Permanece em vigor nos anos de 2009, 2010 e 2011, somente para os veículos Diesel, por força de Acordo Judicial homologado pelo Juízo federal no estado de São Paulo(2) Em 2012 -> Inicia para os veículos Diesel dos signatários do Acordo Judicial;
A partir de 2013 -> para todos os veículos Diesel;
A partir de 2014-> para os novos lançamentos de veículos do ciclo Otto;A partir de 2015 -> para todos os veículos comercializados.
(3) Aplicável somente a veículos movidos a GNV;(4) Aplicável somente a veículos movidos a gasolina ou etanol;(5) Aplicável somente a veículos movidos a óleo diesel;(6) Aplicável aos ensaios realizados em câmera selada de volume variável(7) Aplicável a todos os veículos a partir de 1º/1/2012
Qualidade do ar e Legislação
“... enquanto um carro roda em média 30 quilômetros por dia, as motos de entrega percorram até “... enquanto um carro roda em média 30 quilômetros por dia, as motos de entrega percorram até
180 quilômetros, poluindo tanto quanto 120 automóveis”180 quilômetros, poluindo tanto quanto 120 automóveis”
�������� PROMOTPROMOT –– ProgramaPrograma dede ControleControle dada PoluiçãoPoluição dodo ArAr porpor MotociclosMotociclos ee VeículosVeículos SimilaresSimilares(Resolução/CONAMA(Resolução/CONAMA// nº 297 de 2002)nº 297 de 2002)
-- Característica do Programa: encontraCaracterística do Programa: encontra--se atualmente na FASE 3 (Mse atualmente na FASE 3 (M--3), iniciada em 2009, que 3), iniciada em 2009, que
21
-- Característica do Programa: encontraCaracterística do Programa: encontra--se atualmente na FASE 3 (Mse atualmente na FASE 3 (M--3), iniciada em 2009, que 3), iniciada em 2009, que contempla todos os modelos de ciclomotores, motociclos e veículos similares novos e veículos em contempla todos os modelos de ciclomotores, motociclos e veículos similares novos e veículos em
produçãoprodução
Observou-se que entre 20002000 e 20092009 houve uma redução de 2/3 nas emissões de COCO !
Qualidade do ar e Qualidade do ar e Química analíticaQuímica analítica
FerramentaFerramentaimportanteimportante
EspéciesEspéciesorgânicasorgânicas
EspéciesEspéciesinorgânicasinorgânicas
Monitoração “completa”Monitoração “completa”da qualidade do arda qualidade do ar
22
da qualidade do arda qualidade do ar
Espécies químicas Espécies químicas gasosasgasosas
Espécies químicas Espécies químicas adsorvidas em adsorvidas em
partículaspartículas
�Análise da atmosfera: trabalho complexo e um campo commuitos aspectos a serem estudados
Qualidade do ar e Química analítica
FerramentaFerramentaimportanteimportante
EspéciesEspéciesorgânicasorgânicas
EspéciesEspéciesinorgânicasinorgânicas
LITERATURA RECOMENDADA
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YamanYaman, M. & , M. & ErelaErela, E. , E. Combining PreconcentrationMethods for the Determination of Lead and Nickelin Ambient Air by FAAS, At. , At. SpectrosSpectros. 33 (2012) 212. 33 (2012) 212
CamelCamel, V. M. & Cauda, M. , V. M. & Cauda, M. Trace Enrichtment Methodsfor the Determination of Organic Pollutants in Ambient
Air, J. , J. ChromatogrChromatogr. A. 710 (1995) 3. A. 710 (1995) 3
Ref
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nci
as u
sad
as n
est
a au
la
BairdBaird,, CC.. QuímicaQuímica AmbientalAmbiental;; TraduçãoTradução MariaMaria AngelesAngeles LoboLobo RecioRecio ee LizLiz CarlosCarlos MM.. Carrera,Carrera, 22 eded,, PortoPorto
Alegre,Alegre, BookmanBookman,, 20022002..
MozetoMozeto,, AA.. QuímicaQuímica NovaNova nana EscolaEscola ,, CadernosCadernos TemáticosTemáticos dede QuímicaQuímica NovaNova nana Escola,Escola, 20012001,, 4141..
http://www.clu-in.org/issues/default.focus/sec/vapor_intrusion/cat/site_investigation_tools/,,
acessadoacessado emem 1616--0707--1313..
Zhang,Zhang, CC.. CC.. FundamentalsFundamentals ofof EnvironmentalEnvironmental SamplingSampling andand AnalysisAnalysis,, Canada,Canada, JohnJohn WileyWiley && Sons,Sons, 20072007..
http://www.uregina.ca/science/chem-biochem/facilities/TAF1/Air%20Sampling.html,, acessadoacessado emem 1717--0707--1313..
http://blogs.dallasobserver.com/unfairpark/2012/04/meet_the_most_scrutinized_frac.php,,
acessadoacessado emem 1717--0707--1313..
Ref
erê
nci
as u
sad
as n
est
a au
la
acessadoacessado emem 1717--0707--1313..
http://www.newterra.com/solutions/tedlar-gas-sampling-bags/,, acessadoacessado emem 1717--0707--1313..
http://www.ibama.gov.br/areas-tematicas-qa/programa-proconve,, acessadoacessado emem 1919--0707--1313..
http://www.mma.gov.br/estruturas/163/_arquivos/promot_163.pdf ,, acessadoacessado emem 1919--0707--1313..
FUNDACENTROFUNDACENTRO.. OO TamanhoTamanho dasdas PartículasPartículas dede PoeiraPoeira SuspensasSuspensas nono ArAr dodo AmbienteAmbiente dede Trabalho,Trabalho, MinistérioMinistério
dodo TrabalhoTrabalho ee Emprego,Emprego, 20012001..
Campos,Campos, VV.. PP.. etet alal.. QuímicaQuímica Nova,Nova, 2929,, 20062006,, 872872..
http://www.relma.com.br/global/produtos/13831316400.jpg ,, acessadaacessada 2020--0707--1313..
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