Numerosas substâncias perigosas vazam de aterros para o solo e águas subterrâneas, ameaçando a saúde humana e o meio ambiente. Contudo, os métodos atuais de monitoramento dessas substâncias são complicados e podem criar produtos químicos perigosos adicionais.

Um método conhecido como espectroscopia de ruptura induzida por laser (LIBS) oferece um produto de limpeza, abordagem mais rápida e simples do que as tecnologias existentes para detectar contaminantes nos fluidos provenientes de aterros sanitários, conhecido como lixiviados. No jornal The Optical Society Óptica Aplicada , uma equipe de pesquisadores que trabalha na empresa brasileira Embrapa Instrumentation relata refinamentos na tecnologia LIBS e confirma que a LIBS pode ser usada para detectar mercúrio em lixiviados.

"LIBS é uma técnica ambientalmente limpa e livre de resíduos químicos, em comparação com as técnicas de referência padrão usadas atualmente para o mesmo tipo de análise, “disse Carlos Menegatti, Universidade de São Paulo, Brasil, e o primeiro autor do artigo. "Além disso, LIBS é uma técnica muito mais rápida e não requer pré-preparação das amostras. "

Analisando lixiviados de aterro sanitário

À medida que a água da chuva flui por um aterro, ele coleta vários tipos de contaminantes dissolvidos e suspensos. Os gerentes de aterros sanitários devem coletar e tratar esse fluido antes que ele carregue a poluição para o solo ao redor. Para saber quais métodos de tratamento utilizar, os gerentes contam com testes que detectam os contaminantes específicos presentes, que deve ser reduzido abaixo dos limites legais de concentração.

O mercúrio é um dos contaminantes mais perigosos encontrados no lixiviado de aterros. Ele prejudica a vida selvagem e tem sido associado a problemas neurológicos e de desenvolvimento em humanos. A maioria dos padrões ambientais exige que o mercúrio seja reduzido para menos de 0,5 partes por milhão (ppm); é freqüentemente encontrado em lixiviados pré-tratamento em concentrações de 0,05 a 160 ppm.

As técnicas atuais para detectar mercúrio e outros contaminantes metálicos em lixiviados incluem espectroscopia de absorção atômica, fluorescência de raios-x, espectroscopia de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado e espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado. Embora essas técnicas sejam altamente precisas, eles exigem preparação laboriosa de amostras, tornando impossível adquirir resultados de teste em tempo real. Algumas dessas técnicas também geram resíduos químicos.

O novo estudo é o primeiro a aplicar LIBS para a detecção de mercúrio em lixiviado de aterro. Em LIBS, uma amostra é direcionada com um pulso de laser intenso, que gera um plasma muito quente. A luz emitida por este plasma é então capturada e medida por um espectrômetro, que pode ser calibrado para detectar as assinaturas químicas de contaminantes específicos.

Refinando a configuração do LIBS

O LIBS convencional não é sensível o suficiente para detectar mercúrio nos níveis de concentração que são relevantes para o lixiviado de aterro. Para superar essa limitação, os pesquisadores usaram uma configuração de pulso duplo em que uma série de dois pulsos de laser tem como alvo a amostra, gerando um plasma ainda mais intenso. Isso aumenta a quantidade de luz emitida pelo plasma, o que melhora a sensibilidade de detecção.

"Esta foi a primeira vez que o LIBS de pulso duplo foi aplicado para medir o mercúrio em uma amostra sólida, "disse Menegatti." Está bem estabelecido na literatura que o LIBS de pulso duplo tem mais sensibilidade do que o LIBS de pulso único, portanto, alcançamos melhores limites de detecção em amostras sólidas do que em trabalhos anteriores. "

A abordagem de pulso duplo também tornou possível usar uma linha de emissão diferente (a região do espectro de emissão que os cientistas usam para identificar um produto químico específico de interesse) para detectar o mercúrio. A linha de emissão próxima a 253 nanômetros (nm) é frequentemente usada para detectar mercúrio, mas quando o ferro também está presente, a linha de emissão de ferro pode causar interferência em 253 nm, necessitando de análises de dados mais complexas para separar a impressão digital do mercúrio daquela do ferro. O uso do laser de pulso duplo torna possível observar uma linha de emissão de mercúrio diferente perto de 194 nm, evitando assim a interferência com a linha de emissão de ferro.

A equipe testou seu sistema experimentalmente usando lixiviado que foi misturado com mercúrio. A menor concentração de mercúrio detectável em seus testes foi de 76 ppm. Os pesquisadores disseram que mais refinamentos devem permitir a detecção de níveis mais baixos de mercúrio, no final das contas a 5 ppm ou menos, para que o sistema seja útil para garantir o cumprimento das normas legais. Em experimentos de validação, o sistema mostrou um erro médio de cerca de 20 por cento, que os pesquisadores disseram que deve ser satisfatório para quantificar o mercúrio no lixiviado de aterros.

Próximos passos

Os pesquisadores planejam refinar ainda mais a instrumentação LIBS para melhorar a capacidade de detectar mercúrio em concentrações mais baixas e quantificar com mais precisão a quantidade de mercúrio presente. Além disso, embora o mercúrio tenha sido o foco para esta demonstração de prova de conceito, o sistema pode ser calibrado para medir as assinaturas químicas de outros contaminantes além do mercúrio.

“Este conceito pode ser aplicado a outros elementos químicos, "disse Menegatti." Dependendo do tipo de amostra, você pode escolher linhas mais adequadas para evitar interferência no espectro causada pelas linhas de emissão de outros elementos. "