Desenvolvimento de amostrador analítico miniaturizado para coleta de dióxido de enxofre em ar ambiente e análise in situ por cromatografia de íons

Abstract

O gás dióxido de enxofre (SO2) é encontrado na atmosfera de todo o planeta. Isto porque sua emissão pode ser por fontes naturais ou antrópicas. Após a revolução industrial, o homem passou utilizar combustíveis fósseis em larga escala e os centros urbanos tiveram forte expansão. A forte emissão de SO2 foi uma consequência do uso crescente de combustíveis fósseis. Na atmosfera o SO2 é um gás que quando inalado pode resultar em danos à saúde. Por conta de sua elevada reatividade, na atmosfera o SO2 participa de diversas reações, levando à formação de material particulado fino e formação de ácido sulfúrico, resultando em chuvas ácidas. As consequências podem tanto ter efeitos sobre a saúde humana, quanto ter mudanças na acidez do ambiente, alterar o regime de chuvas, entre outros. Diante desses impactos, é essencial o desenvolvimento de métodos eficientes para a análise do SO2, pois só assim será possível identificar o problema e propor medidas de controle que possam ser avaliadas durante sua implementação. Neste trabalho, propõe-se um método para a determinação de SO2 utilizando uma solução diluída de peróxido de hidrogênio (H2O2). O produto dessa reação é o ácido sulfúrico, um composto estável, possibilitando seu armazenamento. Para a etapa de amostragem, foi proposto o uso de um vial de volume de 2,0 mL como um microamostrador. A principal vantagem desse método é o volume reduzido de amostra, permitindo um tempo de amostragem curto, de aproximadamente 2 minuto. Os estudos iniciais para caracterizar as condições ideais de uso do amostrador indicaram que as melhores condições são: Volume de solução coletora (0,5 ml), concentração de peróxido em solução coletora (0,1%), diâmetro do tubo de borbulhamento (0,45 mm), tamanho das bolhas formadas (5 e 6 mm), vazão máxima de amostragem (0,5 L/min−1), eficiência de coleta superior a 95%, não apresentou interferência para outros poluentes atmosféricos (H2S e NO2). O limite de detecção (LOD) obtido foi de 0,008 ppm, e o limite de quantificação (LOQ) foi de 0,027 ppm. Entre as principais vantagens do método destacam-se: baixa preparação amostral, baixo consumo de reagentes, facilidade de descarte dos produtos químicos utilizados e a portabilidade do sistema de amostragem. Portanto, métodos analíticos confiáveis, rápidos, portáteis e financeiramente acessíveis são indispensáveis para a resolução de problemas relacionados à saúde humana e ao meio ambiente. A proposta apresentada neste trabalho representa uma alternativa viável e eficiente para a detecção e monitoramento do SO2, contribuindo para o controle de suas emissões e mitigação de seus impactos.

Sulfur dioxide (SO2) gas is found in the atmosphere across the entire planet. This is because its emissions can originate from both natural and anthropogenic sources. After the Industrial Revolution, humans began using fossil fuels on a large scale, and urban centers expanded significantly. The substantial increase in SO2 emissions was a consequence of the growing use of fossil fuels. In the atmosphere, SO2 is a gas that, when inhaled, can cause harm to human health. Due to its high reactivity, SO2 participates in various atmospheric reactions, leading to the formation of fine particulate matter and sulfuric acid, resulting in acid rain. The consequences of these processes can include effects on human health, changes in environmental acidity, alterations in rainfall patterns, among others. Given these impacts, the development of efficient methods for analyzing SO2 is essential, as it is the only way to identify the problem and propose control measures that can be evaluated during their implementation. In this study, a method for determining SO2 using a diluted solution of hydrogen peroxide (H2O2) is proposed. The product of this reaction is sulfuric acid, a stable compound, allowing for its storage. For the sampling stage, the use of a 2.0 mL vial as a micro-sampler was proposed. The main advantage of this method is the reduced sample volume, which allows for a short sampling time of approximately 2 minutes. Initial studies to characterize the ideal conditions for using the sampler indicated that the best conditions are: collector solution volume (0.5 mL), hydrogen peroxide concentration in the collector solution (0.1%), bubbling tube diameter (0.45 mm), bubble size formed (5 and 6 mm), maximum sampling flow rate (0.5 L/min), collection efficiency greater than 95%, and no interference from other atmospheric pollutants (H2S and NO2). The obtained limit of detection (LOD) was 0.008 ppm, and the limit of quantification (LOQ) was 0.0027 ppm. Among the main advantages of the method are: low sample preparation, low reagent consumption, ease of disposal of the chemicals used, and the portability of the sampling system. Therefore, reliable, fast, portable, and financially accessible analytical methods are indispensable for addressing various problems related to human health and the environment. The proposal presented in this work represents a viable and efficient alternative for the detection and monitoring of SO2, contributing to the control of its emissions and the mitigation of its impacts.