Monitoramento contínuo da qualidade do ar para material particulado nocivo e aerosóis

24 de fev de 2025

Artigo

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]. O monitoramento da poluição do ar industrial é essencial, pois respirar ar altamente poluído leva a problemas respiratórios, doenças cardíacas, câncer e outros problemas graves de saúde. Também pode causar chuva ácida, danificar plantações, reduzir o crescimento e a produtividade das plantas e prejudicar a vida selvagem. Como 99% da população global respira ar que excede os limites das diretrizes de qualidade da OMS [1,2], esse é um problema generalizado. Entre os vários poluentes atmosféricos, o material particulado e os aerossóis são particularmente preocupantes. Este artigo do blog discute esses fatores que contribuem para a poluição do ar e destaca dois instrumentos para o monitoramento contínuo da qualidade do ar ambiente..

Qual é a diferença entre material particulado e aerosóis?

Figura 1. Comparação do tamanho do material particulado. Adaptado da EPA dos EUA [3].

O material particulado (PM) é geralmente definido como pequenas partículas sólidas que estão 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 menores que 2,5 µm (PM2,5, Figura 1).

Os aerosóis e o MP podem ser provenientes de fontes naturais, como erupções vulcânicas, mas também de atividades antropogênicas, como operações industriais e transporte. Portanto, o monitoramento da qualidade do ar industrial desempenha um papel fundamental na identificação das fontes de emissão, na compreensão da composição química e no desenvolvimento de estratégias para reduzir a exposição.

Como é feita a análise de PM e aerosol?

Tradicionalmente, a análise de PM e aerossol consiste em duas etapas: coleta e análise de amostras. Para coletar amostras representativas, é importante usar equipamentos e técnicas de amostragem adequados.

A coleta de amostras geralmente emprega um processo de filtragem. As partículas são coletadas em substratos com filtros que são removidos após um determinado período de tempo para extração com água deionizada para análise subsequente [4]. Entretanto, esse método só é capaz de determinar médias em períodos de tempo de 24 horas ou mais. Além disso, o método é incômodo e impreciso. Isso impossibilita medições contínuas on-line.

A amostragem contínua da composição do aerossol é fundamental para compreender e enfrentar os desafios da qualidade do ar. Os dados em tempo real fornecem informações valiosas sobre as rápidas mudanças na composição do aerossol, permitindo respostas mais rápidas aos eventos de poluição, além de apoiar investigações científicas mais precisas dos processos atmosféricos.

Para superar as limitações dos métodos tradicionais de amostragem, são necessárias tecnologias avançadas para a análise contínua de aerossóis. Os dispositivos de coleta de vapor, como o Metrohm AeRosol Sampler (MARS) e o 2060 Monitor for AeRosols and Gases in ambient Air (MARGA) (Figura 2), oferecem monitoramento contínuo e em tempo real da composição do aerossol. Esses instrumentos utilizam técnicas avançadas para coletar e analisar aerossóis, fornecendo dados valiosos para avaliação e pesquisa da qualidade do ar.

Ambos os instrumentos (2060 MARGA e MARS) incluem desnudadores de gás (Wet Rotating Denuder “WRD”; Figura 4, à esquerda), um amostrador de crescimento de partículas de condensação (Steam-Jet Aerosol Collector “SJAC”; Figura 4, à direita), bem como dispositivos de bombeamento e controle. Esses instrumentos aplicam o método de conversão de partículas de aerossol em gotículas em um ambiente de vapor de água supersaturado. Após serem misturadas com água de transporte, as gotículas coletadas são continuamente alimentadas em loops de amostra ou colunas de pré-concentração para análise.

MARS vs. 2060 MARGA - qual é a escolha certa?

Embora o MARS tenha sido projetado para coletar amostras apenas de aerosóis, o MARGA 2060 também determina gases solúveis em água. Em comparação com os desnudadores clássicos que removem os gases da amostra de ar a montante do coletor de aerosóis (câmara de crescimento), o MARGA 2060 coleta as espécies gasosas em um WRD para análise on-line. Ao contrário dos gases, os aerossóis têm baixa velocidade 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 de laboratório.

Para uma solução mais permanente e monitoramento da qualidade do ar 24 horas por dia, 7 dias por semana, o 2060 MARGA M é mais adequado.

**Tabela 1.** Diferenças entre os recursos de análise dos sistemas MARGA e MARS 2060.
	MARS	2060 MARGA
Tamanho da amostra	Grandes amostras de ar: 0,5-1,0 m3/h	Grandes amostras de ar: 0,5-1,0 m3/h
Tipo de poluentes	Adequado apenas para análise de aerosóis Aerosóis: Cl-, NO3-, SO42-, F-, NH4+, Na+, Ca2+, Mg2+, K+	Análise de aerosóis e gases Aerosóis: Cl-, NO3-, SO42-, F-, NH4+, Na+, Ca2+, Mg2+, K+ Gases: HCl, HNO₃, HONO (HNO₂), SO₂, NH₃, HF
O MARS pode medir vários poluentes, como íons de sulfato, nitrato e amônio.	O MARGA pode medir vários poluentes, como íons de sulfato, nitrato e 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
Possibilidade de 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 amostras	SJAC	WRD and SJAC
Dimensões em mm (L/H/D)	660/605/605	2060 MARGA R: 660/930/605 2060 MARGA M: 660/1810/605
Uso previsto	Pesquisa	2060 MARGA R – Campanhas de pesquisa 2060 MARGA M – Monitoramento contínuo dedicado

A seguir, apresentamos uma comparação dos resultados para determinar se há alguma correlação entre a amostragem e a medição de aerossóis do MARGA 2060 e do MARS. Como os resultados de aerossol do MARGA 2060 são conhecidos por serem precisos [5], uma boa correlação indicaria que o MARS também mede aerossóis com precisão semelhante.

Os gráficos abaixo mostram os resultados de aerossol do ar ambiente em Schiedam, Holanda, medidos entre 6 e 9 de junho de 2022 com os sistemas MARGA 2060 e MARS usando cromatografia de íons (Figura 5). O MARGA 2060 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 para ambos os sistemas, mas como o MARS gera o dobro de dados, seus dados de concentração de aerossol são maiores em comparação com os do MARGA 2060. Se os dados forem corrigidos para 60 minutos usando uma média móvel, as concentrações fornecidas pelo MARS e pelo MARGA 2060 são semelhantes.

Conclusão

O monitoramento da poluição do ar é fundamental porque nos permite entender os tipos e níveis de poluentes no ar que respiramos. A exposição à poluição do ar pode causar vários problemas de saúde, incluindo doenças respiratórias, doenças cardiovasculares e até mesmo câncer. Ela também pode prejudicar o meio ambiente causando chuva ácida, destruição da camada de ozônio e contribuindo para a mudança climática. É importante medir a qualidade do ar usando ferramentas como o MARGA 2060 ou o MARS da Metrohm Process Analytics para entender o impacto de vários poluentes e desenvolver estratégias eficazes para reduzir a exposição. Ao fazer isso, podemos trabalhar para criar um ambiente mais saudável e sustentável para todos.

Referências:

[1] World Health Organization. Air pollution - Overview. https://www.who.int/health-topics/air-pollution (accessed 2025-02-06).

[2] WHO Global Air Quality Guidelines: Particulate Matter (‎PM_2.5 and PM₁₀)‎, Ozone, Nitrogen Dioxide, Sulfur Dioxide and Carbon Monoxide; World Health Organization: Geneva, 2021. https://www.who.int/publications/i/item/9789240034228

[3] US EPA. Particulate Matter (PM) Basics. https://www.epa.gov/pm-pollution/particulate-matter-pm-basics (accessed 2025-02-06).

[4] Wang, D.; Jiang, J.; Deng, J.; et al. A Sampler for Collecting Fine Particles into Liquid Suspensions. Aerosol Air Qual. Res. 2020, 20 (3), 654–662. DOI:10.4209/aaqr.2019.12.0616

[5] Läubli, M. Air Monitoring by Ion Chromatography – a Literature Reference Review, 2018. https://www.metrohm.com/en/products/a/ir_m/air_monitoring_icv2.html