AnaliseAr: a passive sampling device for low-cost simultaneous measurements of 16 atmospheric contaminants/pollutants

Rocha, Franciele Oliveira Campos da; Campos, Vânia Palmeira

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Engenharia Sanitaria e Ambiental

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Sumário

Artigo Científico • Eng. Sanit. Ambient. 28 • 2023 • https://doi.org/10.1590/S1413-415220220138 copy

AnaliseAr: a passive sampling device for low-cost simultaneous measurements of 16 atmospheric contaminants/pollutants

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ABSTRACT

A new passive atmospheric gas sampling system is presented. With the AnaliseAr kit, it is possible to measure 16 atmospheric contaminants/pollutants simultaneously, in external, internal and/or remote environments. Each kit, made of polypropylene, contains 15 passive samplers (PS), diffusive type, of low cost and simple operation. Impregnated or adsorbent filters are used in the PS, providing measurements of sulfur dioxide, nitrogen dioxide, ozone, NOx, ammonia, aldehydes and organic acids (formic and acetic), inorganic acids (hydrogen sulfide, hydrochloric and nitric acids), and volatile organic compounds: Benzene, Toluene, Ethylbenzene, and Xylenes (BTEX). The analysis of the fixed gases in the collection medium involves liquid chromatographic techniques such as HPLC and IC and gas chromatography (CG-FID), in addition to molecular absorption spectrophotometry. The accuracy of the PS was evaluated against continuous analyzers and other active air sampling techniques. The application of AnaliseAr in the surroundings of Baía de Todos os Santos, Bahia, presented results with good precision and accuracy, within the limit recommended by the European Union.

Keywords:
passive sampling; atmospheric pollutants; air quality

Analito	Impregnação	Extração	Análise	Referência
SO₂	Na₂CO₃	H₂O₂ 0,3%	Cromatografia iônica (IC) Coluna de separação: IC ICE-AS1 4X250 mm - Thermo Fisher. Autossupressão Altech DS-PLUS Coluna de separação: IonPac AS11 (250 × 4 mm), Dionex	*Campos et al.* (2010)**CAMPOS, V.P.; CRUZ, L.P.S.; GODOI, R.H.M.; GODOI, A.F.L.; TAVARES, T.M. Development and validation of passive samplers for atmospheric monitoring of SO2, NO2 e O3 and H2S in tropical areas. Microchemical Journal, v. 96, n. 1, p. 132-138, 2010. https://doi.org/10.1016/j.microc.2010.02.015 https://doi.org/10.1016/j.microc.2010.02...
O₃	NaNO₂ + Na₂CO₃^a + glicerol	H₂O
HCl e HNO₃	TEA^b + glicerol			*Cruz et al.* (2019)**CRUZ, L.P.S.; MOTA, E.; CAMPOS, V.; SANTANA, F.; LUZ, S.; SANTOS, D. Inorganic and organic acids in the atmosphere of the urban area of the city of Salvador, Brazil. Journal of the Brazilian Chemical Society, v. 30, n. 5, p. 904-914, 2019. https://doi.org/10.21577/0103-5053.20180227 https://doi.org/10.21577/0103-5053.20180...
CH₃COOH e HCOOH	TEA^b + glicerol
NO₂	TEA	H₂O	Espectrofotometria de absorção molecular UV-Vis, λ = 540 nm (método de Griess Saltzman)	*Campos et al.* (2010)CAMPOS, V.P.; CRUZ, L.P.S.; GODOI, R.H.M.; GODOI, A.F.L.; TAVARES, T.M. Development and validation of passive samplers for atmospheric monitoring of SO2, NO2 e O3 and H2S in tropical areas. Microchemical Journal, v. 96, n. 1, p. 132-138, 2010. https://doi.org/10.1016/j.microc.2010.02.015 https://doi.org/10.1016/j.microc.2010.02... ; Barbosa, Campos e Rocha (2022)**BARBOSA, J.L.; CAMPOS, V.P.; ROCHA, F.O.C. Desenvolvimento de amostrador passivo para óxidos de nitrogênio (NOx) na atmosfera. Revista Virtual de Química, p. 1-13, 2022. https://doi.org/10.21577/1984-6835.20220132 https://doi.org/10.21577/1984-6835.20220...
NOx	TEA + PTIO^c	H₂O
NH₃	Ácido oxálico	H₂O	Espectrofotometria de absorção molecular UV-Vis, λ = 630 nm (método azul de indofenol)	Lima (2011)LIMA, M.A.O. Desenvolvimento de amostrador passivo para amônia na atmosfera. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2011.
H₂S	Acetato de zinco + NaOH + citrato trisódico	H₂O	Espectrofotometria de absorção molecular UV-Vis, λ = 670 nm (método azul de metileno)	*Campos et al.* (2010)**CAMPOS, V.P.; CRUZ, L.P.S.; GODOI, R.H.M.; GODOI, A.F.L.; TAVARES, T.M. Development and validation of passive samplers for atmospheric monitoring of SO2, NO2 e O3 and H2S in tropical areas. Microchemical Journal, v. 96, n. 1, p. 132-138, 2010. https://doi.org/10.1016/j.microc.2010.02.015 https://doi.org/10.1016/j.microc.2010.02...
CH₃CHO HCHO	2,4-DNPH^d + glicerol	Acetonitrila	Cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) com detecção UV-Vis, λ = 360 nm. Coluna de separação: Zorbax ODS 5 um, 4,6 × 250 mm – Agilent	*Santana et al.* (2017)**SANTANA, F.O.; CAMPOS, V.P.; CRUZ, L.P.S.; LUZ, S.R. Formaldehyde and acetaldehyde in the atmosphere of Salvador-Ba, Brazil, using passive sampling. Microchemical Journal, v. 134, p. 78-86, 2017. https://doi.org/10.1016/j.microc.2017.04.032 https://doi.org/10.1016/j.microc.2017.04...
BTEX	Carvão ativo de porosidade 30 – 50 mesh	Tetracloreto de carbono	Cromatografia a gás com detecção por ionização em chama (GC-FID). Coluna de separação: HP-5, 30 m × 032 mm ID × 0,25 filme – Agilent	*Santana et al.* (2018)**SANTANA, F.O.; CAMPOS, V.P.; BARBOSA, J.L.; BRITO, A.V.S. Contaminants in the gas phase, in the atmosphere of the Todos os Santos Bay – Ba. In: REUNIÃO ANUAL DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE QUÍMICA, 41., 2018. Anais […]. Foz do Iguaçu, 2018.

Amostrador passivo	Método de validação (comparação)	Área de aplicação	Erro relativo (%)	Tempo de exposição (dias)	Referência
SO₂	Analisador contínuo	Industrial	9,5	7–28	*Campos et al.* (2010)**CAMPOS, V.P.; CRUZ, L.P.S.; GODOI, R.H.M.; GODOI, A.F.L.; TAVARES, T.M. Development and validation of passive samplers for atmospheric monitoring of SO2, NO2 e O3 and H2S in tropical areas. Microchemical Journal, v. 96, n. 1, p. 132-138, 2010. https://doi.org/10.1016/j.microc.2010.02.015 https://doi.org/10.1016/j.microc.2010.02...
O₃			11	7–28
NO₂			10	7–28
NH₃			1,3–14	3–7	Lima (2011)LIMA, M.A.O. Desenvolvimento de amostrador passivo para amônia na atmosfera. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2011.
H₂S			19	7–14	*Campos et al.* (2010)**CAMPOS, V.P.; CRUZ, L.P.S.; GODOI, R.H.M.; GODOI, A.F.L.; TAVARES, T.M. Development and validation of passive samplers for atmospheric monitoring of SO2, NO2 e O3 and H2S in tropical areas. Microchemical Journal, v. 96, n. 1, p. 132-138, 2010. https://doi.org/10.1016/j.microc.2010.02.015 https://doi.org/10.1016/j.microc.2010.02...
NOx		Urbana	2,6	7–14	Barbosa, Campos e Rocha (2022)BARBOSA, J.L.; CAMPOS, V.P.; ROCHA, F.O.C. Desenvolvimento de amostrador passivo para óxidos de nitrogênio (NOx) na atmosfera. Revista Virtual de Química, p. 1-13, 2022. https://doi.org/10.21577/1984-6835.20220132 https://doi.org/10.21577/1984-6835.20220...
HCl	Tubos de difusão (denuder)	Urbana	15,9	5–14	*Cruz et al.* (2019)**CRUZ, L.P.S.; MOTA, E.; CAMPOS, V.; SANTANA, F.; LUZ, S.; SANTOS, D. Inorganic and organic acids in the atmosphere of the urban area of the city of Salvador, Brazil. Journal of the Brazilian Chemical Society, v. 30, n. 5, p. 904-914, 2019. https://doi.org/10.21577/0103-5053.20180227 https://doi.org/10.21577/0103-5053.20180...
HNO₃			15	5–14
HCOOH			15	5–14
CH₃COOH			18	5–14
HCHO	Método de referência (EPA/TO – 11A)	Urbana	14	7–14	*Santana et al.* (2017)**SANTANA, F.O.; CAMPOS, V.P.; CRUZ, L.P.S.; LUZ, S.R. Formaldehyde and acetaldehyde in the atmosphere of Salvador-Ba, Brazil, using passive sampling. Microchemical Journal, v. 134, p. 78-86, 2017. https://doi.org/10.1016/j.microc.2017.04.032 https://doi.org/10.1016/j.microc.2017.04...
CH₃CHO	Método de referência (EPA/TO – 11A)	Urbana	9,8	7–14
BTEX	Amostrador passivo disponível comercialmente (Radiello)	Urbana	15	14	*Santana et al.* (2018)**SANTANA, F.O.; CAMPOS, V.P.; BARBOSA, J.L.; BRITO, A.V.S. Contaminants in the gas phase, in the atmosphere of the Todos os Santos Bay – Ba. In: REUNIÃO ANUAL DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE QUÍMICA, 41., 2018. Anais […]. Foz do Iguaçu, 2018.

Local	Concentração contaminantes/poluentes (μg m^-3)
	Convencionais			Nitrogenados				Carbonílicos		Carboxílicos		Compostos orgânicos voláteis
	SO₂	NO₂	O₃	HNO₃	NH₃	NO	NOx	CH₃COH	HCOH	CH₃COOH	HCOOH	Benzeno	Tolueno	Etilbenzeno	o-Xileno	m, p-Xileno
Madre de Deus	2,7	6,7	17	1,7	< 1,1	0,31	6,7	2,1	2,8	1,4	1,2	1,7	2,7	1,0	0,90	1,70
Madre de Deus	± 0,23	± 0,15	± 1,4	± 0,48	–	± 0,21	± 0,39	± 0,40	± 0,93	± 0,33	± 0,030	± 0,040	± 0,060	± 0,010	± 0,030	± 0,070
São Francisco do Conde	8,2	8,0	7,0	0,71	1,2	0,66	8,4	2,4	3,2	1,6	1,3	0,95	2,0	0,92	0,88	1,44
São Francisco do Conde	± 0,11	± 1,1	± 0,12	± 0,15	± 0,080	± 0,06	± 0,22	± 0,31	± 0,53	± 0,14	± 0,060	± 0,040	± 0,25	± 0,15	± 0,15	± 0,050
Salvador	1,1	11	6,9	< 0,28	1,7	1,0	12	3,2	4,9	2,6	7,7	0,87	1,4	0,68	0,80	1,35
Salvador	± 0,17	± 0,70	± 0,15	–	± 0,50	± 0,11	± 0,39	± 0,53	± 0,46	± 0,66	± 0,020	± 0,030	± 0,060	± 0,040	± 0,030	± 0,23
Itaparica	2,5	7,4	1,1	< 0,28	< 1,1	1,0	8,7	4,4	3,0	2,9	2,1	1,3	1,2	0,68	0,88	0,62
Itaparica	± 0,03	± 0,37	± 0,010	–	–	± 0,71	± 0,090	± 0,54	± 0,90	± 0,60	± 0,060	± 0,030	± 0,25	± 0,04	± 0,050	± 0,050
Salinas das Margaridas	4,5	5,5	6,9	< 0,28	< 1,1	0,46	6,1	4,7	2,4	5,3	1,5	0,92	1,2	0,73	0,76	0,70
Salinas das Margaridas	± 0,53	± 0,27	± 0,050	–	–	± 0,19	± 0,45	± 1,1	± 1,1	± 0,84	± 0,060	± 0,070	± 0,19	± 0,060	± 0,080	± 0,040
Média	3,8	7,6	7,8	0,56	0,94	0,70	8,4	3,4	3,3	2,8	2,8	1,1	1,7	0,81	0,84	1,2
Faixa	1,1–8,2	5,5–11	1,1–17	< 0,28–1,7	< 1,1–17	0,31–1	6,1–12	2,1–4,7	2,4–4,9	1,4–5,3	1,2–7,7	0,87–1,7	1,2–2,7	0.68–1	0,76–0,9	0,62–1,7
Limite de quantificação	0,93	0,89	1,6	0,28	1,1	^* * concentração calculada pela diferença entre NOx e NO2;	0,62	1,2	0,64	0,82	0,54	0,94	0,80	1	0,91	0,90
Conama (2018)BRASIL. Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA). Resolução n° 491/2018. Dispõe sobre padrões de qualidade do ar. Brasil, 2018. Disponível em: https://pesquisa.in.gov.br/imprensa/jsp/visualiza/index.jsp?data=21/11/2018&jornal=515&pagina=155. Acesso em: 24 fev. 2023. https://pesquisa.in.gov.br/imprensa/jsp/...	40	60	140/8h	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Ministério do Meio Ambiente de Ontário, Canadá (2020)	104/h	200/24h	165/h	–	100/24 h	–	–	500/24 h	65/24 h	–	500/24 h	0,45	–	1000/24 h	730/24 h	730/24 h
Comissão do Texas sobre Qualidade Ambiental (TCEQ, 2016TEXAS COMMISSION ON ENVIRONMENTAL QUALITY (TCEQ). Effects screening levels. TCEQ, 2016. Disponível em: https://www.tceq.texas.gov/toxicology/esl/list_main.html. Acesso em: 25 dez. 2022. https://www.tceq.texas.gov/toxicology/es... )	197/h	100	150/8h	50	92	–	–	45	3,3	25	9	4,5	171/s	570	180	180
Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (2016)	197/h	100	150/8h
União Europeia (EU, 2008EUROPEAN UNION (EU). Directive 2008/50/EC of on ambient air quality and cleaner air for Europe. Official Journal of the European Union, 2008. Disponível em: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32008L0050efrom=en. Acesso em: 25 dez. 2022. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/... )	125/h^a a proteção à saúde; 20^b b proteção à vegetação;	40	120/8h	–	–	–	30^b b proteção à vegetação;	–		–	–	5	–	–	–	–
Organização Mundial da Saúde (WHO, 2021WORLD HEALTH ORGANIZATION (WHO). WHO global air quality guidelines. WHO, 2021. Disponível em: https://www.who.int/news/item/22-09-2021-new-who-global-air-quality-guidelines-aim-to-save-millions-of-lives-from-air-pollution. Acesso em: 25 dez. 2022. https://www.who.int/news/item/22-09-2021... )	40/24 h	10	100/8h									1,7^c c associado ao risco de leucemia: 1/100 mil; s: semana.

Contaminantes/poluentes	Taxa de amostragem a 22 e 30°C^a a Faixa de temperatura nos períodos de amostragem: chuvoso e seco; AP: amostrador passivo. e 1 atm – APs AnaliseAr (cm³ min^-1)	Contaminante/poluente	Taxa de amostragem a 22 e 30°C^a a Faixa de temperatura nos períodos de amostragem: chuvoso e seco; AP: amostrador passivo. e 1 atm – APs AnaliseAr (cm³ min^-1)
SO₂	0,1951–0,2030	HNO₃	0,1923–0,2003
O₃	0,2539–0,2643	H₂S	0,2397–0,2496
NO₂	0,2268–0,2361	HCOOH	0,2146–0,2233
NOx	0,2258–0,2346	CH₃COOH	0,1818–0,1887
NH₃	0,3109–0,3235	Benzeno	0,01312–0,01366
HCHO	0,2562–0,2666	Tolueno	0,01193–0,01241
CH₃CHO	0,1939–0,2008	Etilbenzeno o,m,p-Xilenos	0,01101–0,01146
HCl	0,2576–0,2681	Etilbenzeno o,m,p-Xilenos	0,01101–0,01146

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[1] * Autora correspondente: francieleocr@gmail.com