AVALIAÇÃO DOS ISOTOPOS DE Nd e Sr NO MATERIAL PARTICULADO ATMOSFÉRICO (MP10) DO DISTRITO FEDERAL, BRASIL CENTRAL

AVALIAÇÃO DOS ISOTOPOS DE Nd e Sr NO MATERIAL PARTICULADO ATMOSFÉRICO (MP₁₀) DO DISTRITO FEDERAL, BRASIL CENTRAL

Poliana Dutra Maia ^a*, Artur Moraes Amorim^b, Jeane Grasyelle Silva Chaves^c, Roberto Ventura Santos^c

^aFaculdade de Planaltina, Universidade de Brasília (UnB), Brasília, Distrito Federal, Brasil

^bInstituto de Química, Universidade de Brasília (IQ/UnB), Brasília, Distrito Federal, Brasil

^cInstituto de Geociências, Universidade de Brasília (IG/UnB), Brasília, Distrito Federal, Brasil

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Abstract

Changes in air quality have been documented in urban centers and many regions worldwide. Atmospheric particulate matter (PM), a key air quality parameter, consists of mixed sources, including crustal material, road dust, and industrial or biogenic emissions. Due to the complexity of atmospheric processes, strontium (Sr) and neodymium (Nd) isotopic signatures in PM have been used as tracers to identify particle origins and transport patterns. This study investigates the occurrence of Nd and Sr isotopes in PM₁₀ collected in Brazil’s Distrito Federal, aiming to identify their primary sources and establish the first regional isotopic dataset for PM₁₀. Samples were collected between January 2018 and September 2019 using High-Vol samplers (1 m³ min⁻¹, 24-hour intervals). The isotopic analysis focused on PM₁₀ from the Fercal (n= 11) and Rodoviária (n=9) stations, which exhibited the highest mass concentrations (80,71±28,88 µg/m³; n = 20). In the laboratory, filters were cut, subjected to acid extraction, and analyzed via MC/ICP-MS. The εNd(0) values in Fercal ranged from −13 to −11, consistent with local lithology (Bambuí Group, εNd(0) = −17 to −11). Values between −10 and −8 in both stations suggest a mix of vehicular emissions, cement industry particles, and possible contributions from Amazonian atmospheric PM. The ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios (0,708828–0,721402; n=6) further support these inferred PM₁₀ sources.

Keywords: ATMOSPHERIC PARTICULATE MATTER; PM10, Nd AND Sr ISOTOPES

Introdução

A modificação da qualidade do ar nos centros urbanos e em muitas regiões do planeta tem sido registrada (Pant e Harrison 2012). Um dos paramêtros dessa qualidade é o material particuladao atmosférico (MP) que é composto por fontes mistas, como perfis crustais, de poeira rodoviária, industriais e/ou biogênicos (Quijano et al., 2019). Diante da complexidade dos processos atmosféricos, as assinaturas isotópicas de estrôncio (Sr) e neodímio (Nd) no MP vem sendo estudadas como traçadores de proveniência de particulas atmosféricas e na identificação dos seus padrões de transportes (Widory et al., 2010; Wang et al., 2019). Das et al., 2022 observaram que materiais de concreto/cimento são altamente não radiogênicos em Sr, o que permite distingui-los da poeira do Norte da África. Catalisadores de FCC são extremamente não radiogênicos em Nd, separando as emissões primárias de refinaria de petróleo de outras fontes de aerossóis. A associação de Hf-Nd, diferenciou a poeira do Norte da África de fontes veiculares e do solo dos catalisadores FCC. Recentemente, Huang et al. (2025) mostrou a importância da formação de um banco de dados isotópico baseado em blockchain para pesquisa atmosférica global para rastreamente, quantificação das faixas de transporte e dos fluxos de deposição de MP. Além disso, a integração de big data isotópico com conjuntos de dados de saúde e política pública podem contribuir para avaliações de efeitos na saúde e na formulação dessas políticas. Nesse sentido, o objetivo deste estudo é determinar os isótopos de Nd e Sr no material particulado atmosférico (MP₁₀) coletados na região do Distrito Federal para identificar as principais fontes do MP₁₀, bem como, a criação dos primeiros dados isotópicos no MP₁₀ da região.

Materiais e métodos

Amostras de MP₁₀ foram coletadas por amostradores High-Vol (vazão de 1 m³ min^-1/24h), entre janeiro de 2018 e setembro de 2019, em três estações do Distrito Federal: Fercal – zona de indústria cimenteira, Rodoviária – estação de ônibus e Zoo – área do zoológico. Para análise isotópica, selecionou-se as amostras das estações da Fercal (n = 11) e da Rodoviária (n = 9) as quais apresentaram maiores massas (80,71 ± 28,88 mg/m³; n = 20). Em laboratório, os filtros foram cortados e as massas variaram de 83,47 ± 3,31 mg. Os procedimentos de extração, correções isobáricas, determinação de isótopos de Sm/Nd estam descritos em Goia e Pimental (2015). Para os isótopos de Sr cerca de 20 mg de amostra foram pesadas e realizou-se uma extração ácida com diferentes quantidades de HNO₃ em savilex de Teflon, seguido de separação por resina de troca iônica (Eichrom Sr-Spec®) e eluição com HNO₃ 2,9 mol/L (Tinoco et al., 2021). As razões isotópicas foram quantificadas pelo Neptune Multicollector ICP-MS (Neptune, Thermo Scientific). Essas análises foram realizadas no laboratório de geocronologia do IG/UnB. A reprodutibilidade e acurácia isotópica ocorreu pela análises dos seguintes padrões: NBS1 com ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr = 0,710252±0.000005 (n=5) e do BHVO-2 com ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd = 0,513006±0.000012 (n=3). A exatidão foi realizada no material certificado de partículas atmosféricas urbana (SRM1648a) com os seguintes resultados: ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr = 0.713910 ± 0.000006 (n=3); ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd = 0.511797 ± 0,000002 (n=3).

Resultados e Discussão

Durante o período amostrado, os valores médios em massa de MP₁₀ foram maiores no período da seca em ambas estações (Fercal 90,98 ± 19.60, Rodo 106,88 ± 39,14 µg/m³) com valores diários acima do permitido pela OMS (50 µg/m³). Os resultaods obtidos neste estudo no SRM1648a para razão ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd (0,511797 ± 0,000002) coincidiu com um valor publicado recentemente (0,512223 ± 0,000014 Das et al., 2022), mas não com ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr. Este desvio nas razões de Sr não pode ser interpretado neste momento, indicando a necessidade de mais análises do SRM1648a para estabelecer uma faixa aceitável de valores. Não houve uma variação significativa dos valores dos eNd(0) (-9,68 ± 2,12; n = 7 e de -9,45 ± 1,12; n = 8) obtidos nas regiões estudadas. Entretanto, observando esses valores separadamente e comparando com os resultados da literature é possivel inferir diferentes fontes do MP₁₀ (Figura 1). Os valores eNd(0) variando de -13 a -11 na região da Fercal é característico da litologia local (Grupo Bambuí eNd(0) variando de -17 a -11, Souza 2020), os valores variando de -10 a -8 em ambas regiões representam uma mistura de material particulado proveniente de veículos, industria cimenteira (Das et al., 2022; Zuo et al., 2023) e uma provável assinatura de material particulado atmosférico proveniente da Amazonia (Nogueira et al., 2021). Os resultados ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr variaram de 0,708828 a 0,721402 (n = 6), corroborando com as prováveis fontes do MP₁₀ citadas anteriormente.

Figure 1. (a) Variação do e¹⁴⁴Nd e (b) Relação entre e¹⁴⁴Nd e ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr em amostras de MP₁₀ obtidos nas estações Fercal (F) e Rodoviária (R) no Distrito Federal, Brasil Central.

Conclusão

Esse estudo realça a importância do estudo dos isótopos de Nd e Sr na identificação de fontes naturais e antropogênicas, assim como, contribui para um primeiro banco de dados isotópico de Nd e Sr no material particulado atmosférico (MP₁₀) do Distrito Federal, Brasil Central. Assim, recomenda-se ampliar as análises destes isótopos, bem como, a inclusão de outros isótopos (Fe, C, etc) e metais para maiores correlações no estudo de qualidade do ar no DF.

Agradecimento

À Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAP-DF) nº 00193-00002040/2023-3, pelo apoio financeiro; ao Instituto Brasília Ambiental (IBRAM) pelo fornecimento das amostras, ao Grupo de Pesquisa de Estudos Avançados em Poluição Atmosférica e Geoquímica Ambiental (ProPAGA) do Cnpq.