Monitorização in-situ da especiação de metais vestigiários

Nome do projeto: FCT-ANR/AAG-MAA/0065/2012 - Monitorização in-situ da especiação de metais vestigiários In situ trace metal speciation monitoring

Investigador responsável: Jose Paulo Pinheiro

Data inicio: 15/03/2013

Área Científica: Ciências Naturais e do Ambiente/Ambiente e Alterações Globais - Modelação e Avaliação Ambiental

Breve sumário do projeto:
Uma sonda fiável capaz de fazer a especiação dinâmica de metais in-situ em águas naturais é o sonho de qualquer cientista que estude metais vestigiários no meio ambiente. O objetivo do presente projeto é caminhar para esse objetivo através do desenvolvimento de uma sonda para utilização in-situ, baseada nos avanços mais recentes das técnicas eletroanalíticas. As dificuldades no desenvolvimento de tais sondas advêm, em primeiro lugar, das baixas concentrações dos metais vestigiários nas águas naturais (inferiores a 10 nM); em segundo lugar, da necessidade de transporte do equipamento para o campo (autonomia); em terceiro lugar, dos problemas colocados pela diversidade de ligandos existentes nas águas naturais com capacidade de complexação de metais (especiação); e, por último, do facto de as águas naturais se encontrarem sujeitas a condições variáveis e, por isso, raramente em equilíbrio químico (cinética). Nas águas naturais, apenas uma pequena fração dos metais dissolvidos se encontra na forma de catiões livres, uma vez que estes formam complexos estáveis com a enorme variedade de ligandos presentes no meio, para além de adsorverem a colóides e matéria em suspensão, bem como interagir com micro-organismos. A maioria das espécies formadas tem caráter polifuncional e polieletrolítico, apresentando por isso uma gama alargada de energias livres de complexação, de constantes de velocidade de formação/dissociação e de tamanhos, que controlam a biodisponibilidade, toxicidade e mobilidade dos iões metálicos (1). Recentemente, tornou-se ainda necessário ter em conta o impacto de nanopartículas estabilizadas de origem antropogénica. Estas apresentam uma estabilidade acrescida relativamente às partículas naturais de dimensão semelhante, aumentando assim a complexidade destas misturas, já de si bastante complexas. Um aspeto fundamental, devido ao facto de o sistema não se encontrar em equilíbrio químico, é que uma correta interpretação do destino e impacto ambiental dos complexos metálicos tem que ter em consideração o contributo da reatividade e do fluxo dos compostos metálicos, bem como das escalas de tempo relativas desses processos (especiação dinâmica) (2). Devido à sua relevância ambiental os metais estudados serão chumbo, cádmio, zinco, cobre e prata. A estratégia proposta no presente projeto para desenvolvimento de um sensor dinâmico para utilização in-situ, baseia-se na aplicação das técnicas eletroanalíticas de redissolução recentemente desenvolvidas, Cronopotenciometria de redissolução de varrimento de potencial (SSCP) e a técnica de redissolução nernstiana na ausência de gradientes (AGNES). No que respeita aos problemas de autonomia inerentes ao desenvolvimento de uma sonda para ser utilizada in-situ, a grande vantagem apresentada pelos aparelhos eletroanalíticos é a existência de modelos de tamanho reduzido e operados a pilhas. O problema seria a necessidade de desarejamento da amostra (purga com azoto) por forma a eliminar a interferência do oxigénio. Contudo, uma das instituições da equipa (3) provou recentemente que as experiências electroquímicas podem ser levadas a cabo sem desarejamento prévio da amostra, utilizando um filme fino de mercúrio, tornando assim possível a sua realização in-situ. A validação de um método analítico implica a comparação dos seus resultados com os obtidos por um método padronizado, assim a nossa sonda in-situ será provida de um dispositivo de membrana de Donnan (DMT) (4). Levar a sonda à amostra não é mais do que o primeiro passo de um longo percurso. Apesar da sua importância, será irrelevante se o sinal obtido se revelar demasiado complexo para ser interpretado. Torna-se, por isso, necessária a compreensão do sinal obtido e a validação dos métodos analíticos utilizados. Em matrizes complexas, tal requer uma abordagem tripartida: primeiro, a análise de sistemas modelo de complexidade crescente, em seguida, o estudo, em escala piloto, com os sistemas modelo, e, por último, a investigação de campo de diferentes situações (normalmente diferentes estações), feita in-situ. Para compreender os resultados é fundamental aplicar modelos que sejam capazes de descrever e prever o comportamento do sistema. Nesta caso vamos usar modelos termodinâmicos incluindo o NICA-Donnan(5) e o CD-MUSIC(6). Modelos dinâmicos serão aplicados para descriminar os parâmetros que controlam a especiação dos metais em sistemas aquáticos (7). Em suma, os objetivos do projeto são: 1.- Construir e desenvolver uma sonda para utilização in-situ, baseada nas técnicas de SSCP/AGNES/DMT; 2.- Realizar estudos de laboratório em misturas complexas de polímeros, nanopartículas e partículas naturais, por forma a compreender a resposta das técnicas utilizadas; 3.- Aplicar a nossa sonda de utilização in-situ num estudo à escala piloto; 4.- Validação do método utilizado pela sonda em amostras reais, colhidas em diferentes estações; 5. Descrever os resultados obtidos usando modelos cinéticos e termodinâmico.

Palavras-chave: monitorização in-situ, metais vestigiários, nanoparticulas, matéria húmica