Estudo de nitro-hidrocarbonetos policíclicos aromáticos em partículas atmosféricas ultrafinas associadas a técnicas analíticas de cromatografia gasosa com detecção por captura de elétrons e sensoriamento remoto

Abstract

Os nitro-hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (NPAHs – nitro-polycyclic aromatic hydrocarbons) são compostos orgânicos constituídos de dois ou mais anéis benzênicos ligados ao grupo nitro (NO2). Tais compostos são amplamente distribuídos no meio ambiente e associados a partículas atmosféricas. O objetivo do presente estudo foi identificar os grupos funcionais dos NPAHs associados ao PM1.0 por espectroscopia de infravermelho termal com transformada de Fourier (FTIR – Fourier Transform Infrared Spectroscopy), determinar a concentração de tais compostos e avaliar a sazonalidade em uma área de influência veicular na região Metropolitana de Porto Alegre (MAPA – Metropolitan Area of Porto Alegre). Além disso, estudaram-se variáveis meteorológicas e outros poluentes (NO, NO2, NOx, O3) com a finalidade de relacioná-los com os NPAHs. Partículas atmosféricas (PM1.0) foram coletadas usando filtros de PTFE (polytetrafluorethylene) no amostrador automático PM162M. Após, o espectrorradiômetro FTIR portátil, da Designs & Prototypes, modelo 102, foi utilizado para realizar medidas espectrais de transmitância e emissividade dos padrões sólidos dos NPAHs: 1-NP e 2-NF e das amostras de partículas atmosféricas. As análises por cromatografia gasosa com detecção por captura de elétrons (GC-ECD - gas chromatography with electron capture detector) foram precedidas por isolamento/derivação, sendo essas as técnicas de determinação e extração, respectivamente, de NHPAs (1-NNa, 2-NF, 3-NFl, 1-NP e 6-NChr) associados a PM1.0. Para validar o método analítico foi usado o Material de Referência Padrão – SRM 1649b – do National Institute of Standards and Technology (NIST, USA). As análises espectrais resultantes de transmitância e emissividade apresentaram bons resultados, possibilitando identificar as ligações C-N e grupo NO2, assim como alguns grupos funcionais orgânicos característicos dos padrões 1-NP e 2-NF, indicando que este método pode ser aplicado no material particulado atmosférico. Com o método empregado foi possível identificar o 1-NP em todas as amostras, enquanto que 2-NF foi identificado apenas em Canoas 1 e Sapucaia do Sul 1 e 2. As concentrações de NPAHs foram mais elevadas no inverno e Sapucaia do Sul foi o local que apresentou maiores níveis destes compostos, exceto o 6-NChr. Os NPAHs associados a PM1.0 mostraram correlações com os poluentes óxidos de nitrogênio (NO e NOx), assim como NPAHs com as variáveis meteorológicas: temperatura e velocidade do vento. Os resultados indicaram a contribuição dos veículos com motores a diesel. Isto foi confirmado pelo estudo das razões NPAHs/PAHs, 1-NP/Py, 6-NChr/Chr.

The nitro-polycyclic aromatic hydrocarbons (NPAHs) are organic compounds that consisting of two or more benzene rings linked by a nitro group (NO2). These compounds are widely distributed in the environment and are mainly found associated with atmospheric particles. The objective of this study was to identify the functional groups of NPAHs associated with PM1.0 by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), determine the concentration of these compounds and evaluate the seasonality in an area of vehicular influence in the Metropolitan area of Porto Alegre (MAPA). Summed to that, meteorological variables and other pollutants (NO, NO2, NOx, O3) were studied in order to relate them with the NPAHs. Atmospheric particles (PM1.0) were collected using PTFE (polytetrafluorethylene) filters in autosampler PM162M. After that, the portable spectroradiometer FTIR, model 102 of Designs & Prototypes, was used for spectral measurements of transmittance and emissivity of solid standards of NPAHs: 1-NP and 2-NF and the atmospheric particles samples. Analyses by gas chromatography with electron capture detector (GC-ECD) were preceded by isolation / derivation, those being the determination and extraction techniques, respectively, of NHPAs (1-NNa, 2-NF, 3-NFl, 1-NP and 6-NChr) associated with PM1.0. To validate the analytical method it was used the Standard Reference Material - SRM 1649b - of National Institute of Standards and Technology (NIST, USA). The spectral analysis resulting of transmittance and emissivity showed good results, allowing to identify the CN bands and NO2 group, as well as some characteristic organic functional groups of 1-NP and 2-NF standards, indicating that this method can be applied in atmospheric particulate matter. With the employed method it was possible to identify the 1-NP in all samples, while the 2-NF was identified only in Canoas 1 and Sapucaia do Sul 1 and 2. The NPAHs concentrations were higher in winter and Sapucaia do Sul was the place that had the highest levels of these compounds, except to 6-NChr. The NPAHs associated with the PM1.0 showed correlations with the nitrogen oxides (NO and NOx) pollutants, as the NPAHs with the meteorological variables: temperature and wind speed. The results indicated the contribution of vehicles with diesel engines. It was confirmed by the reasons study of NPAHs/PAHs, 1-NP/Py, 6-NChr/Chr.