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A poluição do ar é definida pela Organização Mundial da Saúde (OMS) como “contaminação do ambiente interno ou externo por qualquer agente químico, físico ou biológico que modifique as características naturais da atmosfera” [1]. Quando os níveis de poluição do ar são elevados, isto pode levar a problemas respiratórios, doenças cardíacas e outras doenças (por exemplo, cancro). Também pode causar chuva ácida, danificar colheitas, reduzir o crescimento e a produtividade das plantas e prejudicar a vida selvagem. Uma vez que 99% da população global respira ar que excede os limites das diretrizes de qualidade da OMS [1,2], este é um problema generalizado. Entre os vários poluentes atmosféricos, assunto particular e aerossóis são particularmente preocupantes. Este artigo do blog discute esses contribuintes para a poluição do ar e destaca dois instrumentos dedicados ao monitoramento contínuo dos parâmetros de qualidade do ar.
Breve introdução ao material particulado e aerossóis
O material particulado (PM) é geralmente definido como pequenas partículas sólidas suspensas em um gás, enquanto os aerossóis são gotículas líquidas mais finas ou partículas sólidas que permanecem suspensas em gases por períodos significativos de tempo. Ambos podem afetar negativamente a saúde humana, especialmente quando seus diâmetros são inferiores a 2,5 µm (PM2,5, figura 1). Aerossóis e PM podem ser criados por ocorrências naturais, como erupções vulcânicas, bem como por atividades antropogênicas, como operações industriais e transporte. Portanto, é importante analisar a composição química destes poluentes não só para determinar os efeitos a longo prazo após a exposição, mas também para identificar as suas fontes, a fim de tomar medidas para reduzir as emissões.
Uma vez no ar, essas partículas minúsculas podem ser transportadas por longas distâncias, causando complicações longe de sua fonte. Quanto menor o tamanho das partículas, mais profundamente elas podem se infiltrar no sistema respiratório. Vários estudos associaram PM a problemas de saúde (por exemplo, problemas respiratórios) e ambientais (por exemplo, deficiência de visibilidade) [4–6]. Embora partículas de poeira mais grossas (PM10) são retidos principalmente pelos pelos nasais, partículas finas (PM2,5) pode penetrar profundamente nos pulmões e causar irritação. Os aerossóis, por outro lado, são ainda menores que as partículas PM e podem, portanto, permanecer no ar na atmosfera por longos períodos.
Para obter uma melhor compreensão dos efeitos da poluição atmosférica na nossa saúde e no ambiente, são necessárias medições precisas que determinem a quantidade e a composição química das partículas suspensas numa elevada resolução temporal. No entanto, o coleta de amostras representativas e o associado análise são as partes mais desafiadoras de monitoramento do ar.
Monitoramento do ar – antes e agora
Tradicionalmente, a análise de PM e aerossóis consiste em duas etapas: coleta e análise de amostras. Para coletar amostras representativas, é importante usar equipamentos e técnicas de amostragem apropriados.
A etapa de coleta de amostra geralmente emprega um processo de filtração. As partículas são coletadas em substratos com filtros que são removidos após determinado período de tempo para extração com água deionizada para posterior análise [7]. No entanto, este método só é capaz de determinar médias durante um período de 24 horas ou mais. Além disso, o método é complicado e tem baixa precisão, impossibilitando medições contínuas on-line.
Amostragem contínua é de extrema importância, pois permitirá o monitoramento sensível das mudanças na composição iônica dos aerossóis. Mas como isso pode ser feito?
Metrohm Process Analytics é um conhecido fornecedor de soluções analíticas para análise de ar e aerossóis, com vasta experiência e conhecimento na área. Oferecemos um portfólio abrangente de instrumentos avançados, software e acessórios que permitem medições precisas e confiáveis de partículas transportadas pelo ar.
Os instrumentos mais promissores para coleta de aerossol, muitas vezes referido como dispositivos de coleta de vapor, são mostrados em Figura 2: o amostrador Metrohm Aerosol (MARS) e o Monitor 2060 para Aerossóis e Gases no Ar Ambiente (MARGA).
A respeito de químico análise, o dispositivo MARS (Figura 3) é acoplado a analisadores químicos úmidos, como um cromatógrafo de cátions e/ou ânions (IC) ou um sistema voltamétrico, enquanto o 2060 MARGA integrou ICs de ânions e cátions (veja o vídeo abaixo).
Ambos os instrumentos incluem desnudadores de gás (Wet Rotating Denuder «WRD», Figura 4), um amostrador de crescimento de partículas de condensação (Steam-Jet Aerosol Collector «SJAC», Figura 5), bem como dispositivos de bombeamento e controle. Esses instrumentos aplicam o método de crescimento de partículas de aerossol em gotículas em um ambiente supersaturado de vapor de água. Previamente misturadas com água transportadora, as gotículas coletadas são alimentadas continuamente em loops de amostra ou colunas de pré-concentração para análise.
MARTE vs. 2060 MARGA – qual é a escolha certa?
Embora o MARS tenha sido projetado para amostrar apenas aerossóis, o 2060 MARGA determina adicionalmente gases solúveis em água. Comparado aos desnudadores clássicos que removem gases da amostra de ar a montante do coletor de aerossol (câmara de crescimento), o 2060 MARGA coleta as espécies gasosas em um WRD para análise on-line. Ao contrário dos gases, os aerossóis têm baixas velocidades de difusão e, portanto, passam pelo WRD sem interferência.
O 2060 MARGA vem em duas configurações: R (pesquisa) e M (monitoramento). A versão 2060 MARGA R destina-se a campanhas de pesquisa, como o estudo da variabilidade sazonal da qualidade do ar. Quando não estiver em uso, o cromatógrafo de íons pode ser desacoplado e reaproveitado para outras pesquisas laboratoriais. Para uma solução mais permanente, o 2060 MARGA M é utilizado para monitoramento da qualidade do ar 24 horas por dia, 7 dias por semana.
Em comparação, o MARS pode ser usado como unidade de pré-condicionamento para diversas técnicas analíticas (Figura 7) em ambientes ambientais ou industriais, como um CI, um instrumento voltamétrico (VA), um espectrômetro de massa (MS) ou um analisador de carbono orgânico total (TOC). Alternativamente, amostras para determinação off-line podem ser coletadas usando um amostrador automático. Para avaliar imediatamente os resultados, o MARS também pode ser conectado remotamente a qualquer sistema de análise. Por outro lado, o 2060 MARGA possui dois CIs integrados, portanto nenhuma outra técnica analítica pode ser acoplada.
Tabela 1. Diferenças entre o 2060 MARGA e o MARS. O 2060 MARGA R é para fins de pesquisa com um cromatógrafo de íons destacável, enquanto o 2060 MARGA M é destinado ao monitoramento dedicado da qualidade do ar com seus dois ICs integrados.
| MARTE | 2060 MARGA | |
|---|---|---|
| Tamanho da amostra | Grandes amostras de ar: 0,5–1,0 m3/h | Grandes amostras de ar: 0,5–1,0m3/h |
| Tipo de poluentes | Adequado para apenas aerossóis análise Aerossóis: Cl-, NÃO3-, ENTÃO42-, F-, NH4+, N / D+, Ca2+, MG2+, K+ |
Aerossóis e gases análise Aerossóis: Cl-, NÃO3-, ENTÃO42-, F-, NH4+, N / D+, Ca2+, MG2+, K+ Gases: HCl, HNO3, HONO (HNO2), ENTÃO2, NH3, frequência cardíaca |
| O MARS pode medir vários poluentes, como sulfato, nitrato e íons de amônio. | O MARGA pode medir vários poluentes, como sulfato, nitrato e íons de amônio, bem como gases residuais, incluindo dióxido de enxofre e amônia. | |
| Método de análise | Pode ser combinado com diferentes técnicas de análise (por exemplo, IC, VA, etc.) | Dois CIs integrados |
| Técnicas de análise única ou múltipla | Técnica de análise única | |
| Resolução de tempo | Monitoramento contínuo do ar | Monitoramento contínuo do ar |
| Método de coleta de amostra | SJAC | WRD e SJAC |
| Dimensões em mm (L/A/P) | 660/605/605 | 2060 MARGA R: 660/930/605 2060 MARGA M: 660/1810/605 |
| Uso pretendido | Pesquisar | 2060 MARGA R – Campanhas de pesquisa 2060 MARGA M – Monitoramento contínuo dedicado |
A seção a seguir compara os resultados para ver se há alguma correlação entre a amostragem e medição de aerossol 2060 MARGA e MARS. Como os resultados do aerossol do MARGA 2060 são conhecidos por serem precisos [8], uma boa correlação indicaria que o MARS também mede aerossóis com precisão.
Os gráficos abaixo mostram os resultados de aerossóis do ar ambiente em Schiedam, na Holanda, medidos entre 6 e 9 de junho de 2022 com os sistemas 2060 MARGA e MARS usando cromatografia de íons (Figura 6). O 2060 MARGA tem um tempo de ciclo de 60 minutos (tempo de ciclo normal), enquanto o MARS tem um tempo de ciclo de 30 minutos. Os dados mostram uma tendência semelhante entre os dois sistemas, mas como o MARS gera o dobro dos dados, os seus dados de concentração de aerossóis são mais elevados em comparação com os do 2060 MARGA. Se os dados forem corrigidos para 60 minutos usando uma média móvel, então as concentrações fornecidas pelo MARS e pelo 2060 MARGA são semelhantes.
Conclusão
A monitorização da poluição atmosférica é crucial porque nos permite compreender os tipos e níveis de poluentes presentes no ar que respiramos. A exposição à poluição do ar pode causar vários problemas de saúde, incluindo doenças respiratórias, doenças cardiovasculares e até câncer. Também pode prejudicar o meio ambiente, causando chuva ácida, destruição da camada de ozônio e contribuindo para as mudanças climáticas. É importante medir a qualidade do ar utilizando ferramentas como o MARS ou 2060 MARGA da Metrohm Process Analytics para compreender o seu impacto e desenvolver estratégias eficazes para reduzir a exposição. Ao fazer isso, podemos trabalhar no sentido de criar um ambiente mais saudável e sustentável para todos.
Referências
[1] Organização Mundial de Saúde. Poluição atmosférica - Visão geral. https://www.who.int/health-topics/air-pollution (acessado em 22/06/2023).
[2] Diretrizes Globais de Qualidade do Ar da OMS: Material Particulado (PM2,5 e PM10), Ozônio, Dióxido de Nitrogênio, Dióxido de Enxofre e Monóxido de Carbono; Organização Mundial da Saúde: Genebra, 2021. https://www.who.int/publications/i/item/9789240034228
[3] EPA dos EUA. Noções básicas sobre material particulado (PM). https://www.epa.gov/pm-pollution/particular-matter-pm-basics (acessado em 22/06/2023).
[4] Venners, S. A.; Wang, B.; Xu, Z.; e outros. Partículas, dióxido de enxofre e mortalidade diária em Chongqing, China. Meio Ambiente. Perspectiva de Saúde. 2003, 111 (4), 562–567. DOI:10.1289/ehp.5664
[5]Zhang, J.; Canção, H.; Tong, S.; e outros. Concentração ambiental de sulfato e mortalidade por doenças crônicas em Pequim. Ciência. Meio Ambiente Total. 2000, 262 (1–2), 63–71. DOI:10.1016/s0048-9697(00)00573-8
[6] EPA dos EUA. Efeitos do material particulado (PM) na saúde e no meio ambiente. https://www.epa.gov/pm-pollution/health-and-environmental-effects-particular-matter-pm (acessado em 27/03/2023).
[7] Wang, D.; Jiang, J.; Deng, J.; e outros. Um amostrador para coleta de partículas finas em suspensões líquidas. Aerossol Air Qual. Res. 2020, 20 (3), 654–662. DOI:10.4209/aaqr.2019.12.0616
[8] Laubli, M. Monitoramento do ar por cromatografia de íons – uma revisão de referência da literatura, 2018. https://www.metrohm.com/en/products/a/ir_m/air_monitoring_icv2.html
Suas conclusões de conhecimento
Amostrador Metrohm Aerosol «MARS»
2060 MARGA – Monitor de Aerossóis e Gases no Ar Ambiente
Blogue: Flexibilidade incomparável na análise de íons on-line: O 2060 IC Process Analyzer
