AMEAÇA INVISÍVEL NO AR: ANÁLISE ISOTÓPICA DE PM2,5 E DE MICROPLÁSTICOS

Resumo

Dados da OMS mostram que quase toda a população mundial respira ar contaminado por poluentes, entre eles as partículas finas (PM_2,5), associadas a vários efeitos adversos à saúde, e os microplásticos atmosféricos (AMPs), poluentes persistentes com impactos ainda pouco compreendidos. No Brasil, faltam estudos sobre microplásticos na atmosfera, especialmente em relação a seus tipos e distribuição. Este projeto visa monitorar a qualidade do ar, combinando análises de PM_2,5 e AMPs para identificar fontes emissoras dessas partículas, tipos predominantes de microplásticos e sua dispersão espacial. Utilizamos análise isotópica de δ¹³C e espectrometria μFTIR para detecção e caracterização desses poluentes. Os resultados revelam forte influência antrópica, com δ¹³C (-23,113‰ a -27,07‰) indicando emissões pela combustão de combustíveis fósseis e de biomassa. Detectou-se a predominância de poliamida (93,8%) e de acrilatos/poliuretanos/verniz (2,9%) nas áreas estudadas, evidenciando a relevância do monitoramento contínuo de AMPs, bem como as fontes de emissão dos poluentes.

Introdução

A poluição atmosférica engloba vários componentes, entre eles, o material particulado recebe atenção especial por apresentar riscos comprovados à saúde humana (Han et al., 2021). Dados revelam que das 8,1 milhões de mortes totais devidas à poluição atmosférica em 2021, 58% foram de mortes por PM_2,5 no ambiente (Health Effects Institute, 2024). Devido ao seu tamanho reduzido, esse poluente penetra profundamente os pulmões e alcança a corrente sanguínea se espalhando para todo corpo (Feng et al., 2016). A outra classe de substância presente na atmosfera são os microplásticos (MPs), partículas menores que 5 milímetros, que representam uma fonte subestimada de exposição por inalação com potenciais riscos à saúde, sendo uma das principais vias de plástico para o corpo humano (Choudhury et al., 2023). Globalmente, as implicações dos microplásticos atmosféricos (AMPs) são pouco compreendidas e, no Brasil, a maior parte dos estudos se concentram no litoral e em organismos (do Amparo et al., 2023), indicando que esse tema ainda é pouco explorado e requer mais pesquisas abrangentes. Este trabalho visa o monitoramento da qualidade do ar, com foco no PM_2,5 e nos AMPs, buscando identificar suas fontes emissoras, os tipos de AMPs encontrados e compreender sua distribuição espacial.

Métodos

Para a coleta do PM_2,5 foi utilizado um amostrador de ar de alto volume (modelo AGV MP2,5), onde o material particulado foi depositado sobre um filtro de fibra de vidro no interior do equipamento. As estações estavam localizadas na região metropolitana, e uma estação na região serrana, do Estado do Rio de Janeiro. Para a determinação da razão isotópica de ¹³C, foi utilizado o Analisador Elementar (Flash 2000, Thermo Fisher Scientific) acoplado a um sistema de Espectrometria de Massa de Razão Isotópica (Delta v plus, Thermo Fisher Scientific) (EA-IRMS). E para a análise de MPs, os filtros com o material particulado coletado foram cortados em frações de 4x4 cm, e passaram por um protocolo para a separação dos MPs, seguidos da análise por Espectrometria de Infravermelho com Transformada de Fourier com Microscopia (µFTIR - Lumos II, Bruker) equipado com matriz de plano focal (FPA). Realizou-se a contagem de partículas caracterizadas com o software da OPUS^© (Bruker) (Primpke et al., 2017), e para avaliação da qualidade analítica, utiliza-se o método de Quantidade Mínima Detectável (MDA) para um único alvo, quando se tem somente 1 branco (n = 1), através da equação: 

MDA_B = N_b + 3 + 4,65 √N_b              (1)

Resultados e Discussão

Os valores de δ¹³C obtidos por IRMS variaram entre -23,113‰ a -27,664‰, como mostrados na Figura 1. As porcentagens de carbono variaram de 0,11% (filtro em branco) a 3,29% (Barão de Mauá). Nesta última, o δ¹³C não plotado no gráfico, sugere saturação do detector do IRMS. As amostras de Recreio dos Bandeirantes e Vilar dos Teles apresentaram valores de -23,113‰ e -23,328‰, respectivamente, sugerindo a contribuição de combustíveis fósseis, como queima de carvão ou emissões veiculares. Já em Teresópolis, cujas amostras foram coletadas durante um incêndio na região, os valores foram de -26,965‰ e -27,07‰, nos dias 29/06/2023 e 04/07/2023, respectivamente, compatível com emissões da queima de biomassa (Lim et al., 2022; Xie et al., 2023). Contudo, será necessário estudos complementares e com maior número de amostras.

Figura 1. Resultado de amostras de filtro com material particulado para análise de δ¹³C.

Para os resultados de MPs, aplicou-se o método MDA_B, onde N_B são as partículas caracterizadas pelo OPUS^©, e as partículas caracterizadas do branco após aplicação da equação 1 estão discriminadas na tabela 1, abaixo.

Tabela 1. Resultados da caracterização de polímeros para o branco após aplicação do MDA_B.

O elevado número de polímeros detectados no branco sugere uma contaminação, possivelmente devido ao armazenamento inadequado do filtro ou à manipulação durante o preparo das amostras.

Sendo assim, após a subtração das partículas encontradas no branco das amostras de filtros com material particulado, temos a caracterização de MPs representada pela Figura 2. Nela, é possível observar que obtivemos uma grande quantidade de polímeros na região da Gávea, especialmente da poliamida.

Figura 2. Localização das estações de coleta para microplásticos. As estações estão indicadas pelo alfinete vermelho e, próximo delas, estão os gráficos com os polímeros encontrados nas respectivas regiões.

Conclusões

Esse estudo mostra a importância de se monitorar a qualidade do ar, tendo como foco a identificação das fontes de PM_2,5 e de AMPs. Os resultados demonstraram a presença significativa de polímeros na atmosfera, alertando para um contaminante emergente ainda negligenciado em políticas públicas, e a relevância das assinaturas de δ¹³C para rastrear as origens dos poluentes. É necessário estudos futuros com expansão do monitoramento para outras regiões, além de controle das amostras em branco para melhora da metodologia e diminuição de erros e interferências externas.

Agradecimentos

Agradecemos ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e a Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ) JCNE FAPERJ concedido a Fabiana de Oliveira (Processo E-26/201.320/2022) e suporte do INCT-FNA 464898/2014-5. Agradecemos também ao Instituto Estadual do Meio Ambiente (INEA-RJ) pelas estações de monitoramento e por ter concedido as amostras de filtro com o material particulado.

Referências

CHOUDHURY A. et al. (2023). Atmospheric microplastic and nanoplastic: The toxicological paradigm on the cellular system. Ecotoxicology and Environmental Safety, 259, 115018. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2023.115018.

FENG S. et al. (2016). The health effects of ambient PM2.5 and potential mechanisms. Ecotoxicology and environmental safety, 128, 67-74. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2016.01.030.

HAN M. et al. (2021). A bibliometric and visualized analysis of research progress and frontiers on health effects caused by PM2.5. Environmental Science and Pollution Research, 28, 30595-30612. https://doi.org/10.1007/s11356-021-14086-z.

HEALTH EFFECTS INSTITUTE (2024). State of Global Air 2024: Special Report. Boston, MA: Health Effects Institute. Available at: https://www.stateofglobalair.org/resources/report/state-global-air-report-2024.

DO AMPARO S.Z. et al. (2023). Microplastics as contaminants in the Brazilian environment: an updated review. Environmental Monitoring and Assessment, 195, 1414. https://doi.org/10.1007/s10661-023-12011-0.

LIM S. et al. (2022). Robust evidence of 14C, 13C, and 15N analyses indicating fossil fuel sources for total carbon and ammonium in fine aerosols in Seoul megacity. Environmental science & technology, 56(11), 6894-6904. https://doi.org/10.1021/acs.est.1c03903.

PRIMPKE S. et al. (2017). An automated approach for microplastics analysis using focal plane array (FPA) FTIR microscopy and image analysis. Analytical Methods, 9, 1499-1511. https://doi.org/10.1039/C6AY02476A.

XIE L. et al. (2023). Atmospheric deposition as a direct source of particulate organic carbon in region coastal surface seawater: Evidence from stable carbon and nitrogen isotope analysis. Science of the Total Environment, 854, 158540. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.158540.