2.5.1 Determinação de mercúrio total e orgânico
2.5.1.1 Determinação de mercúrio total em amostras de águas e sedimentos
A técnica da Espectrometria de Absorção Atômica com Geração de Vapor Frio (CV AAS) é utilizada na determinação de Hg. O método consiste da redução do Hg ao estado fundamental, pela reação com um agente redutor (cloreto estanoso). A redução é feita em sistema fechado, em uma célula de reação, usando argônio ou nitrogênio, como gás de arraste, conforme método 3112 do Standard Methods of Water and Wastewater (AWWA, 2009).
Hg(aq)+2 + Sn(aq)+2 →→→→ Hg(aq)0 + Sn(aq)+4 (2.1)
Os átomos de Hg são transportados pelo gás de arraste para a cela de absorção, que é colocada no percurso ótico do espectrômetro de absorção atômica, onde há uma lâmpada de Hg emitindo radiação eletromagnética em seu comprimento de onda específico, no caso do Hg, a 253,7 nm. A quantidade de energia absorvida é proporcional à quantidade do elemento
de interesse na amostra. A quantificação do metal ocorre com a comparação do sinal analítico obtido na leitura da amostra com uma curva analítica.
A grande vantagem desta técnica está na sensibilidade, em comparação com o método de atomização por chama, pois todo o Hg da solução é quimicamente atomizado e transportado para a cela. Em geral os níveis de detecção desta técnica atingem concentrações de 0,1 µg L-1.
Essa metodologia (CV AAS) foi utilizada para a determinação de Hg total em amostras de águas e sedimentos, no presente estudo.
É necessário um preparo prévio das amostras para a determinação por esta técnica, uma vez que esta é conduzida somente em amostras aquosas. Mesmo as amostras líquidas necessitam de um processo de digestão por microondas. Ao se analisar uma amostra é preciso que seus componentes sejam postos em solução para que o constituinte de interesse possa ser determinado e para que os interferentes sejam removidos ou tenham seu efeito contornado.
Muitas vezes é indispensável uma eliminação eficiente dos compostos orgânicos, tanto para a liberação de constituintes, como para eliminação de interferências. A maioria das amostras para análise de metais é submetida a tratamento sob aquecimento por meio de ácidos minerais oxidantes concentrados ou misturas de ácidos oxidantes visando a oxidação da matéria orgânica. Tal processo é costumeiramente chamado de digestão ácida. Na maioria dos casos utiliza-se somente o ácido nítrico.
O emprego de volumes relativamente elevados de reagentes concentrados introduz o risco de contaminação, sobretudo na determinação de constituintes que ocorrem em baixas concentrações. Neste caso será necessário empregar ácidos de elevada pureza.
A US EPA define nas metodologias 3015 e 3051 (US EPA 2007a, 2007b) as condições para digestão assistida por microondas e quais elementos são extraíveis desta forma em matrizes aquosas e sedimentos, respectivamente. Optou-se pela digestão assistida por microondas, por sua eficiência, rapidez e baixa contaminação. Esta técnica tem sido uma ferramenta analítica indispensável na preparação de amostras. A grande redução de tempo de digestão vem da combinação da velocidade de aquecimento, com a possibilidade de se trabalhar sob pressões mais altas e controladas em sistema fechado.
Os materiais interagem com as microondas basicamente de três formas: refletindo-as sem se aquecerem, como fazem os metais; sendo transparentes a elas e também não se aquecendo, como os plásticos e as cerâmicas e, finalmente, absorvendo-as e se
aquecendo. O aquecimento de materiais por microondas se dá por condução iônica, ou seja, a migração de íons dissolvidos sob a influência de um campo eletromagnético e por rotação de dipolo, quando moléculas com dipolo permanente ou dipolo induzido se alinham a um campo eletromagnético aplicado (CEM, 1997).
O processo de oxidação de matéria orgânica assistida por microondas pode ser conduzido em sistemas fechados, onde não ocorrem perdas por volatilização. O aumento da pressão faz com que se aumente a temperatura de ebulição dos ácidos e, conseqüentemente, a eficiência da oxidação, permitindo que menores quantidades de ácidos possam ser empregadas.
2.5.1.2 Determinação de mercúrio orgânico
Há de se esclarecer que o presente trabalho pretendeu determinar o Hg orgânico, ou seja, todas as formas alquilmercuriais presentes em sedimentos, tendo como princípio a extração destas em uma fase orgânica. O termo Hg orgânico, portanto, compreende todos os alquilmercuriais presentes em uma amostra. Ressalta-se que, no caso de sedimentos, segundo Bisinoti et. al. (2006), 90% do Hg orgânico se encontra na forma de MeHg.
No presente estudo, o Hg orgânico é separado da amostra conforme adaptação de metodologia analítica desenvolvida por Bisinoti et. al.(2006) e determinado por CV AAS.
2.5.2 Formação acidental de metilmercúrio durante o procedimento analítico
Diversos autores, dentre eles Delgado (2007), Falter et. al. (1999), Horvat et.al. (1993a e 1993b), Hiltelmann et. al. (1999), Leermakers et. al. (2005) Martín-Doimeadios et.
al. (2003), citam a formação acidental de MeHg como o principal problema na determinação
deste analito e por conseqüência na determinação do Hg orgânico.
De acordo com estes autores, pode ocorrer a metilação do Hg+2 existente na própria amostra para MeHg, durante o processo de extração da amostra. O percentual de Hg+2 metilado, é sempre baixo (até 0,5%, mas normalmente no intervalo 0,01-0,05% em relação ao Hg+2). O erro positivo na concentração de MeHg derivado deste efeito é importante apenas quando a relação de MeHg para Hg+2 na amostra é inferior a 1%, como pode acontecer em alguns sedimentos poluídos e certas águas residuárias. Até mesmo a validade de materiais de referência certificados disponíveis no mercado foi severamente questionada, o que levou a um
workshop realizado em Wiesbaden (Alemanha) em maio de 1998, para debater sobre o tema. Um resumo das atividades desse workshop foi publicado em um número especial da revista Chemosphere (Falter et. al., 1999), e as principais conclusões foram as seguintes:
(i) o MeHg “extra” (ou seja, aquele que é derivado da formação acidental no preparo, e não existente na amostra original) é formado por metilação do Hg+2 presente na amostra,
(ii) a magnitude da formação acidental depende da quantidade de Hg+2 e do potencial de metilação da amostra que, por sua vez, é uma função do conteúdo de matéria orgânica,
(iii) a formação de falsas quantidades de MeHg apresenta dependência da matriz e da técnica utilizada, sendo máxima em sedimentos após destilação da amostra, mas também perceptível em outras matrizes e técnicas de extração e
(iv), embora a extração pareça ser o passo crítico, a formação acidental de MeHg também está propensa a ocorrer durante a derivatização, separação e pré-concentração.
Contudo, os participantes concordaram em afirmar que "não houve provas científicas suficientes para pôr em xeque a qualidade dos materiais de referência existentes", mas também reconheceu que "a preocupação geral com o problema justifica uma investigação mais aprofundada".
Alguns destes autores (Delgado, 2007; Falter et. al., 1999; Leermakers et. al., 2005; Martín-Doimeadios et. al., 2003) relataram problemas quando analisaram MeHg em materiais de referência certificados para sedimentos, por exemplo, IAEA-356, IAEA-405 e BCR-580.
Hammerschmidt et. al.(2001), encontraram MeHg em concentrações superiores ao valor de referência em extratos do material de referência IAEA-405 obtidos por destilação aquosa ou extração ácida, sendo a magnitude da formação adicional uma função tanto da disponibilidade de Hg+2 como também do potencial de metilação. De acordo com os seus resultados, concentrações elevadas de ácido (> 1,2 mol L-1) durante a extração, promovem a metilação de Hg+2. Concentrações superiores de MeHg em relação ao valor certificado foram encontradas em todos os casos. Na opinião do autor, a metilação de Hg+2 tem lugar durante a etapa de derivatização/extração orgânica e está diretamente relacionada à presença de Hg+2 e a quantidade de matéria orgânica no extrato.
Hintelmann (1999) afirma que esta metilação acidental em amostras de sedimentos é estimada em 0,008% para extrações com HCl e que esta apresenta melhores resultados do que as técnicas de destilação, com metilação acidental estimada em 0,04%. Este percentual de metilação acidental pode ser considerado de pouca importância, particularmente quando se trata da determinação em amostras onde a razão MeHg/Hg total é maior que 1%, valor típico de ambientes levemente ou não contaminados por Hg. Em ambientes muito impactados pelo Hg inorgânico, a razão MeHg/Hg pode ser de até 0,1% e então nestes casos, a formação acidental passa a ter uma influencia maior.
A alteração proposta no presente estudo e descrita no capítulo 3 para a metodologia escolhida para quantificação do Hg orgânico foi tomada levando-se em consideração os fatos descritos anteriormente. O método original (Bisinoti et. al., 2006) prevê a extração com HCl a 6,0 mol L-1, concentração que segundo Delgado et. al. (2007) e Hammerschmidt (2001) pode favorecer a metilação acidental do Hg inorgânico durante o processamento da amostra. Por este motivo, após a execução de dois testes preliminares com o método original, já utilizando um gás apropriado para a execução da análise, optou-se pela redução da concentração original de HCl 6,0 para 2,0 mol L-1, visto que nestes testes foram analisados os materiais de referência BCR CRM 580 e IAEA 405, e ambos apresentaram recuperações consideradas elevadas. O material IAEA 405 apresentou resultados entre 9,0 e 12,0 µg kg-1 nas duas tentativas, sendo que o valor de referência para MeHg neste material é 5,5 µg kg-1, ou seja, uma recuperação entre 160 e 220%. O material de referencia BCR CRM 580 apresentou resultados entre 95 e 110 µg kg-1 de Hg orgânico, resultados acima do valor de referência certificado, de 75 µg kg-1como MeHg, com recuperação entre 127 e 146%. Ambos os materiais de referencia apresentaram valores de concentração acima dos valores certificados para MeHg. A metodologia adotada, com a redução da concentração de HCl de 6,0 para 2,0 mol L-1, foi testada e validada com estes materiais de referencia, tendo seus resultados aceitos e plenamente discutidos no item 3.6, apresentando recuperação satisfatória para ambos os materiais.