Estratégias analíticas para a avaliação química de solos e liquens da Antártica marítima

The aim of this PhD thesis is the ample study of soil and lichen samples from Antarctica, collected in regions under strong anthropogenic impact. Surface soil samples were collected around several scientific stations: Brazilian (Comandante Ferraz), Argentinian (Esperanza), Chilean (Frei Montalva and...

Nível de Acesso:embargoedAccess
Publication Date:2011
Main Author: Guerra, Marcelo Braga Bueno lattes
Orientador/a: Pereira Filho, Edenir Rodrigues lattes
Format: Tese
Language:por
Published: Universidade Federal de São Carlos
Programa: Programa de Pós-graduação em Química
Assuntos em Portugês:
Áreas de Conhecimento:
Online Access:https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/6205
Citação:GUERRA, Marcelo Braga Bueno. Analytical strategies for the chemical analysis of soils and lichens from Maritime Antarctica. 2011. 153 f. Tese (Doutorado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2011.
Resumo Português:Esta tese de doutorado está centrada no estudo de amostras de solos e liquens provenientes da Antártica, coletadas em regiões submetidas a elevado impacto antrópico. Amostras de solos superficiais foram coletadas nas imediações de diversas estações de pesquisa da Antártica: estação brasileira (Comandante Ferraz), estação argentina (Esperanza), estações chilenas (Eduardo Frei Montalva e Escudero), estação chinesa (Great Wall), estação russa (Bellingshausen) e estação uruguaia (Artigas). Amostras de solos (referência) foram coletadas em locais pouco afetados por atividades humanas (distantes das estações). Amostras de liquens (Usnea antarctica e Usnea aurantiaco-atra) foram coletadas nas vizinhanças das estações chilenas e russa, assim como em um ponto controle distante pelo menos 0,5 km da estação mais próxima. A Fluorescência de raios-X foi utilizada como ferramenta analítica para a avaliação preliminar de contaminação por metais nas amostras de solos. Diversas soluções extratoras (água régia, procedimento de extração sequencial, DTPA e CaCl2) foram usadas para acessar diferentes estoques de metais nas amostras de solos. Para a determinação dos elementos Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb e Zn nos extratos das amostras de solos, várias estratégias analíticas foram empregadas como a determinação sequencial rápida destes elementos empregando a FAAS no modo convencional , assim como a STAT-FAAS. O TS-FFAAS foi avaliado para a determinação de Cd e Pb em extratos de solos usando DTPA como agente extrator. Devido à vasta quantidade de informação gerada pelas determinações analíticas das amostras de solos, algumas ferramentas quimiométricas foram empregadas como: HCA, PCA e PARAFAC. Fatores de enriquecimento foram calculados para verificar o grau de contaminação dos solos coletados no entorno das estações de pesquisa. Regiões próximas aos tanques de xiii óleo diesel das estações de pesquisa estudadas possuem sistematicamente elevadas concentrações de Cr e Pb, dentre os elementos investigados. As amostras de solos coletadas no entorno da estação Esperanza destacam-se como as mais intensamente contaminadas por todos os elementos potencialmente tóxicos determinados, exceto pelo Cr. Amostras de solos provenientes dos locais mais contaminados no entorno da estação Esperanza, exibem concentrações pseudototais médias de 46, 18993 e 4823 mg kg-1 para Cd, Pb e Zn, respectivamente. O uso da FAAS e STAT-FAAS no modo sequencial rápido permitiu aliar alta frequência analítica e ganho em sensibilidade (STAT-FAAS) além de minimizar a geração de resíduos tóxicos e propiciar economia de reagentes. O uso das ferramentas quimiométricas foi uma estratégia importante que permitiu a visualização de agrupamentos de amostras e a avaliação conjunta das variáveis responsáveis por estes agrupamentos. Foi proposto um método mais simples e rápido para a determinação da fração pseudotototal de metais nas amostras de solos. Neste método as amostras são extraídas com menor volume de água régia e por menor tempo (quando comparado com o método oficial) em tubos de centrífuga de 15 mL. A técnica LA-ICP-MS foi empregada para a determinação direta de Pb nas amostras de liquens assim como para construir bioimagens da distribuição deste elemento nos talos destes organismos simbiontes. As amostras de liquens coletadas nos pontos afetados pelas estações de pesquisa possuem concentrações de Pb mais elevadas ([Pb] = 8,71 mg kg-1 para o ponto mais contaminado) quando comparadas com o ponto controle ([Pb] = 1,12 mg kg-1). A técnica LA-ICP-MS mostrou-se como uma ferramenta viável para a determinação direta de Pb nas amostras de liquens, sobretudo ao se utilizar carbono como padrão interno. Além disso, essa técnica permitiu acessar o perfil de distribuição do Pb nas estruturas anatômicas dos liquens, mostrando que a região medular desses organismos é o local onde o elemento Pb se acumula preferencialmente.
Resumo inglês:The aim of this PhD thesis is the ample study of soil and lichen samples from Antarctica, collected in regions under strong anthropogenic impact. Surface soil samples were collected around several scientific stations: Brazilian (Comandante Ferraz), Argentinian (Esperanza), Chilean (Frei Montalva and Escudero), Chinese (Great Wall), Russian (Bellingshausen) and Uruguaian (Artigas). Control soil samples were also collected, for representing areas with low anthropic influence (far away from the local stations). Lichen samples (Usnea antarctica and Usnea aurantiacoatra) were collected near the Chilean and Russian stations, as well as in a control point far 0.5 km from the nearest station. X-ray Fluorescence was used as an analytical tool for the preliminary evaluation on metal contamination in the soil samples. Several extraction solutions (aqua regia, sequential extraction procedure, DTPA and CaCl2 solutions) were used to assess the amounts of metals in the soil samples. For Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb and Zn determination in the soil extracts, some analytical strategies were employed, such as fast sequential determination by FAAS in the conventional mode, as well as by using STAT-FAAS and TS-FF-AAS for evaluating Cd and Pb determination in DTPA soil extracts. The chemometric tools: HCA, PCA and PARAFAC were used for soil data treatment. Enrichment factors were calculated in order to infer about the degree of soil contamination. Soil samples collected around the stations diesel tanks were enriched with Cr and Pb. Soil samples from Esperanza station are the most contaminated ones, reaching 46, 18993 and 4823 mg kg-1 for Cd, Pb and Zn, respectively, for the strongest contaminated sites. The use of Flame-AAS and STAT-FAAS in the fast sequential mode appears as a good way that combines higher analytical throughput and better sensitivity (STAT-FAAS). Besides that, minimization of toxic wastes generation and xv economy of reagents are analytical advantages of this approach. The employment of chemometric tools are also an important strategy allowing the visualization of sample groupings and the variables related to them. A fast and simple method for pseudototal determination of metals in soil samples was developed. In this method, the samples were extracted with lower amount of aqua regia and in a reduced time (when compared with the official method) by using inexpensive centrifuge tubes. LAICP- MS was evaluated for direct determination of lead in the lichen samples and to access the distribution profile of this element in the organism structures. Lichen samples from heavily anthropogenic sites (near the stations) have the highest Pb concentrations ([Pb] = 8.71 mg kg-1 for the most contaminated sample and [Pb] = 1.12 mg kg-1 for the control point). LA-ICP-MS emerges as an adequate analytical method for direct Pb determination in lichen samples, notably when using carbon (naturally present in the samples) as internal standard. The medulla region of the lichen thalli is the main Pb bioacumulating lichen region.