Técnica inovadora permite quantificar mercúrio em amostras em questão de segundos

Parceria entre USP e Embrapa apresenta modelo para detecção de elemento altamente tóxico que pode ser usado em amostras ambientais distintas

Por Ivan Conterno em Jornal da USP | Pesquisadores da USP e da Embrapa testaram um novo método para quantificar mercúrio, metal que pode causar danos graves a ecossistemas e à saúde humana, em amostras ambientais. O artigo com os resultados foi coordenado por Paulino Ribeiro Villas-Boas, pesquisador da Embrapa Instrumentação, e publicado no Journal of Analytical Atomic Spectrometry.

Pela primeira vez, os mesmos parâmetros de calibração obtidos com uma amostra puderam ser aplicados a um outro tipo de amostra. Os cientistas desenvolveram um novo modelo de ajuste para a espectroscopia de emissão de plasma induzida por laser (Libs), instrumento capaz de quantificar rapidamente elementos químicos com pouca ou nenhuma preparação no material investigado. “Normalmente essa técnica permite medir praticamente todos os elementos da tabela periódica, mas é bem mais difícil para alguns elementos mais pesados como o mercúrio”, explica Villas-Boas ao Jornal da USP.

A contaminação por mercúrio é um problema grave, especialmente em regiões com atividade garimpeira, como a Amazônia brasileira, onde levantamentos recentes revelaram altos níveis de contaminação em peixes consumidos pela população. O mercúrio é uma substância altamente tóxica que pode causar danos ao cérebro, ao coração e ao sistema imunológico.

O objetivo inicial da pesquisa era quantificar contaminantes em amostras de solos e chorume de aterros sanitários, visando interesses agroambientais. No entanto, o método é versátil e poderá ser testado também em peixes e outros produtos alimentícios. “Pode ser uma amostra líquida, sólida ou gasosa, embora a experiência que temos seja o trabalho com sólidos”, conta Carlos Renato Menegatti, professor da Escola de Engenharia de Lorena (EEL) da USP, que contribuiu com a estrutura ótica e com o desenvolvimento dos modelos.

A quantificação precisa do mercúrio em diferentes contextos pode ajudar a implementar medidas de controle mais eficazes e proteger a qualidade dos solos, plantas e ecossistemas agrícolas. Na temperatura ambiente, o mercúrio é líquido e, por isso, era usado nos termômetros antigos.

Medir a contaminação por esse metal onde a concentração dele é baixa é um desafio. Atualmente, a detecção é comumente feita por meio da quebra da amostra com ácidos produzindo uma solução que é nebulizada em uma chama de argônio. O material então emite uma luz que é captada por um espectrômetro identificando os elementos químicos presentes. Essa técnica, porém, pode levar dias, é mais custosa e gera resíduos que precisam ser descartados.

Vantagens

Por meio do método aprimorado de forma inédita pelos cientistas brasileiros, a análise consegue ser feita em menos de cinco minutos. Além de detectar vários elementos ao mesmo tempo, não há custos com reagentes, demandando apenas energia elétrica. Com uma lâmpada de vida útil aproximada de 4 anos, o instrumento permite analisar mais de mil amostras por dia.

O método proposto é completamente ótico, utilizando um laser pulsado para pulverizar a amostra e correlacionar a luz emitida com os elementos químicos. Isso torna o processo mais rápido, econômico e ambientalmente sustentável.

Os cientistas brasileiros utilizaram um sistema Libs de pulso duplo a fim de melhorar a sensibilidade de detecção. O primeiro pulso, na faixa do infravermelho, é utilizado para formar o plasma a partir da amostra. O segundo pulso, na faixa verde, é usado para reaquecer o plasma formado pelo primeiro pulso.

De acordo com Villas-Boas, o laser pulsado carrega muito mais energia do que a versão contínua. “A alta densidade de energia é capaz de quebrar as ligações moleculares, o que gera uma espécie de gás na superfície chamado plasma, composto de átomos, íons, elétrons e fótons.”

Em questão de microsegundos, o plasma emite radiação em vários comprimentos de onda, cujo espectro é capturado por um espectrômetro. “Como o plasma é composto de átomos e íons, essas espécies, que estão quentes, começam a resfriar e emitem luz. Nós correlacionamos essa luz com os elementos”, explica Menegatti. A metodologia permite também aferir a acidez e a textura de solos, medidas importantes para a agricultura.

Um dos principais avanços foi melhorar o limite de detecção da técnica para 50 miligramas de mercúrio por quilo (mg/kg). Em 2017, o grupo de pesquisadores havia chegado ao mínimo de 76 mg/kg. A inovação permitirá identificar a presença de mercúrio em diferentes contextos, a fim de proteger tanto a saúde humana quanto o meio ambiente.

“Há trabalhos na literatura que já tentaram medir mercúrio com o Libs, mas são poucos. Em termos de limite de detecção, nós estamos longe de um limite de detecção excelente como a técnica convencional, mas frente aos outros estudos com o Libs, chegamos a um dos menores limites”, revela Menegatti.

Além da sensibilidade surpreendente, o método permite usar os mesmos parâmetros para amostras de naturezas distintas. “É muito difícil termos um único modelo para solos. Nós partimos de modelos físicos de mecânica estatística e mecânica quântica, mostrando que é possível calibrar o sistema com um tipo de matriz e aplicar em outro.”

Foram testadas amostras de solo e de chorume de aterros sanitários, materiais bastante distintos, em diferentes concentrações do poluente. A calibração alcançada obteve um erro médio de 4,3% na quantificação de mercúrio para os dois tipos de material, o que é considerado baixo.

Pioneirismo

O Brasil, através da USP e da Embrapa, foi o primeiro país no mundo a desenvolver o Libs para medir propriedades ambientais de solos.

O uso da tecnologia na análise ambiental de chorume de aterro sanitário foi proposto inicialmente por Menegatti e realizado nos laboratórios da Embrapa em 2017. Com o aperfeiçoamento, a ferramenta poderá assegurar a conformidade dos níveis de poluentes com os limites legais estabelecidos.

Mais informações: e-mails paulino.villas-boas@embrapa.br, com Paulino Ribeiro Villas-Boas, e renatomenegatti@usp.br, com Carlos Renato Menegatti.

Este texto foi originalmente publicado pelo Jornal da USP de acordo com a licença Creative Commons CC-BY-NC-ND. Leia o original. Este artigo não necessariamente representa a opinião do Portal eCycle.