Relatório 02 - Determinação de amônia e nitrito - Juliana, Angela, Nathalia e Victor

Prévia do material em texto

�
Determinação de amônia e nitrito em água 
Angela Maria Branger; Juliana Francine Lourenzetti; Nathália Viana; Victor Thiago Sousa
Toxicologia/Biomedicina
Centro Universitário Católica de Santa Catarina
Professor: Matheus Vinicius de Oliveira Brisola Maciel
Resumo: O aumento global no uso de fertilizante à base de nitrogênio ao longo das últimas décadas levou ao aumento do escoamento deste elemento ameaçando a qualidade da água, especialmente em áreas agrícolas, onde as elevadas concentrações de nitrato são comuns. Embora o aumento do uso de fertilizantes seja importante para rendimento da colheita da produção de alimentos, em face do aumento da população, são levantadas várias questões quanto à sustentabilidade destas práticas e sua influência na deterioração adicional da água superficial e de lençóis freáticos. A saúde humana pode ser comprometida, pois, o consumo de nitrato por meio das águas de abastecimento, está relacionado a indução à metahemoglobinemia, especialmente em crianças, tendo como resultado o comprometimento do transporte de oxigênio ao tecido. 
Palavras-chave: Fertilizantes, contaminação, saúde humana, oxigênio, metahemoglobinemia. 
�
Introdução
	As águas subterrâneas, devido à sua disponibilidade e abundância, servem como fonte de água potável na maioria dos países do mundo. Em muitos casos é a única fonte de abastecimento em comunidades rurais e áreas industriais, desempenhando importante papel no desenvolvimento econômico (SINGH et al., 2015; ZHANG e ANGELIDAK, 2013). 
	No entanto, nos últimos anos, as atividades industriais e agrícolas têm aumentado consideravelmente, resultando na geração de poluentes tóxicos, tais como ânions inorgânicos, íons metálicos, substâncias químicas e orgânicas sintéticas (BARTUCCA et al., 2016; BHATNAGARA e SILLANPÄÄB, 2011). 
	Um grande número de ânions inorgânicos tem sido encontrado em concentrações potencialmente nocivas em inúmeras fontes de água potável. Destes, o nitrato (NO3-) é uma preocupação ambiental em escala global. Devido à sua alta solubilidade em água, é, possivelmente, o contaminante mais difundido na água subterrânea do mundo resultando numa séria ameaça para o abastecimento de água potável (HOU et al., 2015; SINGH et al., 2015; BHATNAGARA e SILLANPÄÄB, 2011; GANESAN et al., 2013).
	O nitrogênio é um importante elemento nas reações biológicas. Os compostos de nitrogênio estão presentes no meio ambiente fazendo parte de um ciclo onde pode se apresentar como nitrogênio gasoso (N2), como compostos nitrogenados na sequência de oxidação de nitrogênio na forma de amônia NH4+, nitrito (NO2-) e nitrato (NO3-), sendo esses processos vitais na cadeia alimentar (LOGANATHAN et al., 2013; PATIL et al., 2013; VESILIND e MORGAN, 2013; FONSECA, 2008).
	Quando as bactérias atuam sobre a matéria orgânica nitrogenada libera diversos resíduos para o meio ambiente, entre eles a amônia. Quando a amônia combina-se com a água do solo, forma hidróxido de amônia que, ionizando-se, produz NH4+ (íon amônio) e OH- (hidroxila) (LOGANATHAN et al., 2013; PATIL et al., 2013; VESILIND e MORGAN, 2013; FONSECA, 2008).
	Os íons amônio presentes no solo são absorvidos pelas plantas ou são aproveitados por bactérias do gênero Nitrosomonas e Nitrosococcus (BAIRD e CANN, 2011; KINDLEIN, 2010; FONSECA, 2008). 
	O ciclo do nitrogênio nem sempre está apto para assimilar o excesso de nitrogênio sintético. O excesso é carreado para as águas subterrâneas, rios e lagos, podendo causar a eutrofização, o que favorece a proliferação exagerada de algas e plantas aquáticas (LOGANATHAN et al., 2013; PATIL et al., 2013; WICK et al., 2012; BARBOSA, 2005; BUTTIGLIERI et al., 2005). 
	Como consequência da eutrofização, pode haver redução da penetração de luz na água, alterando o ambiente subaquático. Além disso, a própria respiração e os resíduos de plantas e algas mortas depositados no fundo provocam a redução na disponibilidade de oxigênio, culminando com a mortandade de peixes e outros organismos (LOGANATHAN et al., 2013).
	O consumo de nitrito por meio das águas de abastecimento, está relacionado a indução à metahemoglobinemia, especialmente em crianças (MORGHI et al., 2015; ENSIE e SAMAD, 2014; BIGUELINI e GUMY, 2012; SHRIMALI e SINGH, 2001). 
	É uma doença que resulta da redução do nitrato a nitrito no estômago dos lactentes, onde o líquido gástrico é menos ácido que o dos adultos. O nitrito combina-se no sangue com a hemoglobina, obtendo-se metahemoglobina, que não tem a capacidade de fixar o oxigênio durante a passagem pelos pulmões e, por conseguinte, de o transportar para as células (SANT’ANNA JUNIOR, 2010; FONSECA, 2008).
	A insuficiência de oxigênio pode levar à paralisia cerebral e ao óbito, caso não haja um tratamento adequado, sobretudo em lactentes com menos de 3 meses. A falta de oxigênio na corrente sanguínea provoca mudança de cor na pele do bebê, que se torna azul, por isso essa doença é comumente designada de “síndrome do bebê azul” (SANT’ANNA JUNIOR, 2010; FONSECA, 2008).
	
Materiais e métodos 
Primeiramente realizou-se o teste qualitativo, onde o objetivo foi identificar a presença ou ausência de amônia na amostra. Para realização do teste qualitativo transferiu-se 50 mL da amostra para uma cápsula de porcelana. Adicionou-se 1 mL do reagente de Nessler. 
Aguardou-se 10 minutos para verificar o aparecimento de coloração amarelada como resultado positivo e sem alteração de cor para resultado negativo. Caso o resultado fosse positivo, proceder com a destilação. 
Para preparação da curva padrão, diluiu-se a solução padrão de cloreto de amônio e preparou-se uma série de soluções de concentrações de 1,0; 5,0; 10,0; 15,0 e 20,0 mg de NH3/L. Para isso, transferiu-se 2, 10, 20, 30 e 40 mL da solução para balões volumétricos de 50 mL. 
Adicionou-se em cada 1 mL do reagente de Nessler. Completou-se o volume dos balões com água destilada e homogeneizou-se. Deixou-se em repouso por 10 minutos, como é possível observar na Figura 1. 
Utilizou-se água destilada como branco e mediu-se a coloração formada no espectrofotômetro a 425 nm. Anotou-se os valores de absorbância de cada concentração que estão representados na Tabela 1 dos resultados e discussões deste artigo. 
Figura 1: Diluições de cloreto de amônio.
Fonte: os autores.
Para a determinação de nitrito em água pipetou-se 10 mL da solução estoque (solução padrão) em um balão volumétrico de 100 mL. Completou-se o volume do balão com água destilada. 
A partir desta solução-estoque, preparou-se uma série de soluções de concentrações de 0,0; 0,05; 0,25, 0,5; 0,75 e 1,0 mg/L de nitrito. Para a preparação das diferentes concentrações, com o auxílio da pipeta, adicionou-se as quantidades de 0,0; 0,5; 2,5; 5,0; 7,5 e 10 mL em balões volumétricos de 100mL. 
Adicionou-se em cada um dos balões, contendo os respectivos volumes da solução estoque 4mL do reagente de cor. Em seguida, completou-se o balão com água destilada. Esperou-se 40 minutos para realizar a leitura da absorbância em espectrofotômetro no comprimento de onda de 543 nm para a construção da curva de concentração da solução padrão de nitrito (em mg/L de NO2-/L). Os resultados de cada concentração estão descritos na Tabela 2.
Para a leitura da amostra, em um balão volumétrico de 50mL, adicionou-se 2mL do reagente de cor. Em seguida, completou-se o volume do balão com a amostra. Fez-se o branco, nas mesmas condições, substituindo a amostra por água destilada. 
Aguardou-se 40 minutos e mediu-se a absorbância da coloração vermelha (Figura 2) desenvolvida na absorbância em 543 nm no espectrofotômetro. Os valores de cada absorbância estarão descritos na Tabela 2 dos resultados e discussões deste artigo. 
Figura 2: Amostra com coloração vermelha. 
Fonte: Os autores.
	Tubos
	Concentração Nitrito (mg de NO2-/L)
	Absorbância (nm)
	1 (branco)
2
3
4
5
	 0 0
 0,05 0,0400,25 0,182
 0,50 0,377
 0,75 0,630
	 6
	 1,0 0,800
Resultados e discussão 
No teste qualitativo da amônia, não foi possível observar desenvolvimento de coloração amarelada na solução, interpretando o resultado como negativo para a presença de amônia, sendo considerada então, própria para o consumo humano. 
Após realizar o teste qualitativo da amônia, mesmo com resultado negativo, realizou-se a leitura no espectrofotômetro à 425 nm e obteve-se as seguintes leituras que estão descritas na Tabela 1. A curva padrão não foi realizada, pelo fato do resultado ser negativo na detecção da amônia no teste qualitativo. 
Tabela 1 – Absorbâncias obtidas a partir da diluição da solução padrão de cloreto de amônio.
	Tubos
	Concentração NH3 (mg/L)
	Absorbância (nm)
	1 (branco)
2
3
4
5
	 0 0
 1,0 0,114
 5,0 0,290
 10,0 0,354
 15,0 0,376
	 6
	 20,0 0,407
Fonte: os autores.
A água utilizada para realizar o teste qualitativo da amônia está de acordo com a Portaria n° 2914 de dezembro de 2011 do Ministério da Saúde que estabelece o valor máximo permitido de ≤ 1,5 mg/L. 
Tabela 2: Absorbâncias obtidas da solução padrão de nitrito.
 
Fonte: os autores.
 Os resultados do nitrito foram obtidos através da equação da reta resultante e obtidos para a curva de calibração. O valor da absorbância após a leitura foi de 0,821 mg de NO2-/L.
 Figura 03: Construção da curva padrão. 
Fonte: os autores.
Conforme os resultados apresentados na Tabela 2 e na Figura 3, observa-se que a amostra ficou dentro dos parâmetros estabelecidos pela Portaria n° 2914 (12/2011) do Ministério da Saúde que estabelece um teor de nitrito ≤ 1 mg/L. 
No entanto, valor encontrado na determinação do nitrito, mesmo estando abaixo do valor de referência de acordo com a legislação, está muito próximo ao valor máximo permitido, necessitando-se de um cuidado maior no consumo dessa água, pois, a mesma pode causar danos graves à saúde, como, por exemplo, a metahemoglobinemia. 
Além disso, o nitrato, ao se converter a nitrito no organismo, pode reagir com aminas secundárias e terciárias e dar origem a nitrosaminas e nitrosamidas, ambas carcinogênicas, sendo que quando houver ingestão do nitrito a intoxicação será direta. 
 Conclusão/ Considerações Finais 
Nas águas tratadas e cloradas utilizadas para consumo, praticamente só é esperado encontrar teores de nitrato devido às condições oxidantes desse meio. Porém, no caso das pequenas e médias populações urbanas e comunidades rurais, as águas subterrâneas empregadas como fontes alternativas de abastecimento são utilizadas diretamente, sem nenhum tratamento prévio. 
Nesses casos, torna-se importante detectar as quatro espécies nitrogenadas para se avaliar corretamente a qualidade da água, principalmente porque o nitrito, nitrogênio amoniacal e nitrogênio albuminoide são indicadores de contaminação do aquífero e de possíveis condições higiênico-sanitárias não satisfatórias.
A presença de concentrações de nitrogênio amoniacal e de nitrito podem estar relacionadas com as construções precárias dos poços e a falta de proteção do aquífero, sendo que o conhecimento dos seus teores permite adotar atitudes corretivas rápidas, evitando-se que a contaminação se transforme num problema crônico e irreversível, e possibilita a orientação quanto à necessidade de um tratamento prévio da água.
Questões 
a) Qual a importância da determinação da concentração de amônia em águas e efluentes? 
R: O íon de amônia é resultante da mineralização do nitrogênio. O nitrogênio está ligado nos restos de comida e nos excrementos, onde é transformado pelas bactérias que separam albumina, sendo libertado sob a forma de íons inorgânicos de amônio NH4+ e amoníaco NH3-. O amônio é muito perigoso na medida em que afeta severamente o processo respiratório. O mesmo penetra facilmente nas células, fazendo subir o pH e bloqueando as funções vitais, por isso é necessário verificar se há contaminação desse produto em água e efluentes, pois o mesmo é prejudicial à saúde dos indivíduos.
Nos efluentes, a amônia é prejucial aos animais, onde a mesma difunde-se facilmente através das membranas respiratórias, causando danos ao epitélio branquial e, como consequência, dificulta as trocas gasosas entre o animal e a água, desestabilizando o sistema de osmorregulação.
b) Na análise de identificação e quantificação por que é importante a etapa “Qualitativa” para um laboratório de análise? 
R: A etapa qualitativa identifica a composição do material, onde é preciso instrumentos apropriados para executar este procedimento. O resultado neste caso pode ser obtido pela mistura de outro componente à mistura. Tem como finalidade obter informações relativas à toxicidade intrínseca da substancia.
c) Comente os resultados obtidos para a amostra relacionando com os limites estabelecidos pela legislação
R: Os resultados apresentados na mostram que as concentrações de amônia estão dentro dos parâmetros citados pela portaria 2914 do Ministério da Saúde que a amônia é ≤ 1,5 mg/L.
d) Quais são os impactos de altas concentrações de nitrito em águas para a saúde do homem e do ambiente e que justificam o seu monitoramento?
R: O nitrito é uma forma química do nitrogênio normalmente encontrado em pequenas quantidades nas águas superficiais e subterrâneas, pois o nitrito é instável na presença de oxigênio, ocorrendo como uma forma intermediaria. A presença do íon nitrito indica a ocorrência de processos biológicos ativos influenciados por poluição orgânica. O nitrito quando presente na água de consumo humano teria efeito mais rápido que o nitrato. A cloração com compostos que deixam resíduos de cloro livre convertem nitrito a nitrato. Os íons nitratos quando convertidos em parte a íons nitritos no estomago através de ingestão de água de consumo pode reagir com aminas e formar as nitrosaminas, compostos conhecidos por ser cancerígenos em animais. 
e) Por que é necessário padronizar as soluções utilizadas e o cuidado com o armazenamento e validade das mesmas?
R: É necessário ter total cuidado com as soluções, pois se estiverem com validade errada, armazenamento inadequado e não ter um método específico para aplicar essa solução, a mesma pode apresentar resultado falso para uma análise e algumas soluções fora do prazo de validade são tóxicas ao organismo.
f) Comente sobre o resultado encontrado para amostra analisada comparando-o com a legislação.
R: Para o nitrito conforme os resultados apresentados, observa-se que todas as amostras apresentaram resultados dentro dos parâmetros estabelecidos pela portaria 2914 (12/2011) do Ministério da Saúde que estabelece um teor de nitrito ≤ 1 mg/L.
Referências
AMORIM, Leiliane Coelho André et.al. Toxicologia Geral. Universidade Deferal de Farmácia. Disponível em: <http://www.geocities.ws/farmaserver/toxicologia/apostila_toxicologia_geral_5_periodo.pdf> Acesso 11 de abril de 19.
BAIRD, C.; CANN, M. Química Ambiental. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2011.
BARBOSA; Cátia Fernandes. Hidrogeoquímica e a contaminação por nitrato em água subterrânea no bairro Piranema Seropédica-RJ. Campinas: Universidade Estadual de Campinas, Campinas; 2005.
BARTUCCA, M. L et. al. Nitrate removal from polluted water by using a vegetated floating system, Science of the Total Environment, v. 542, p. 803-808, 2016.
BHATNAGARA, A; SILLANPÄÄB, M. A review of emerging adsorbents for nitrate removal from water. Chemical Engineering Journal, v. 168, p. 493–504, 2011.
BIGUELINI, C.P; GUMY, M. P. Saúde ambiental: índices de nitrato em águas subterrâneas de poços profundos na região sudoeste do Paraná. Revista Faz Ciência, v. 14, n. 20, p. 153-175, 2012.
BRASIL. Portaria nº 2914 de 12 de dezembro de 2011 do Ministério da Saúde. Dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade. Diário Oficial da União, Brasília, Distrito Federal, 14 dez. 2011. 
BUTTIGLIERI, Gianluigi; MALPEI, Francesca. Denitrification of drinking water sources by advanced biological treatment using a membrane bioreactor. Desalination, v. 178, p. 211-218, 2005.
COSTA, D. D; KEMPKA, A. P.; SKORONSKI, E. A contaminação de mananciais de abastecimento pelo nitrato: o panorama do problema no Brasil, suas consequências e as soluções potenciais. REDE – Revista Eletrônica do PRODEMA Fortaleza, Brasil, v. 10, n. 2, p. 49-61, jul./de. 2016
ENSIE, B; SAMAD, S. Removal of nitrate from drinking water using nano SiO2– FeOOH. Desalination v. 347, p.1–9, 2014.
FONSECA, Andréa Lessa. Uso da tecnologia de troca iônica no tratamento de águas contaminadas com Nitrato do Aqüífero Dunas-Barreiras, Natal/RN – Brasil. Natal, 2008. 129 p. Tese de Doutorado (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Departamento de Engenharia Química, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.
GANESAN, P; KAMARAJ, R; VASUDEVAN, S. Application of isotherm, kinetic and thermodynamic models for the adsorption of nitrate ions on graphene from aqueous solution. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, v. 44, p. 808-814, 2013.
HOU, et. al. Nitrate reduction in water by aluminum–iron alloy particles catalyzed by copper. Journal of Environmental Chemical Engineering v.3, p. 2401-2407, 2015.
KINDLEIN, C. P. Determinação do teor de nitratos e nitritos na água de abastecimento do município de Nova Santa Rita. Canoas, 2010. 68 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Química) – Unilasalle, Centro Universitário La Salle.
LOGANATHAN, P; VIGNESWARAN, S; KANDASAMY, J. Enhanced removal of nitrate from water using surface modification of adsorbents a review. Journal of Environmental Management, v.131, p. 363-74, 2013.
MORGHI, et. al. Removal of nitrate ions from aqueous solution using chitin as natural
MOVI, Museu virtual de ensino de ciências fisiológicas da FURG. Determinação da concentração de amônia na água. Disponível em: <https://muvie.furg.br/roteiros-de-aulas-praticas/rot/23-roteiros-praticos/roteiros-praticos-do-passado/91-determinacao-da-concentracao-de-amonia-na-agua.> Acessado 12 de abril de 19.
PATIL, I. D.; HUSAIN, M.; RAHANE, V. R. Ground water nitrate removal by using ‘Chitosan’ as an adsorbent. International Journal of Modern Engineering Research,v. 3, p. 346-349, 2013.
PIEDRAS, Sérgio Renato Noguez et.al. Toxicidade aguda da amônia não ionizada e do nitrito em alevinos de Cichlasoma facetum (JENYNS, 1842). Ciênc. agrotec., Lavras, v. 30, n. 5, p. 1008-1012, set./out., 2006
SANT’ANNA JUNIOR, G. L. Tratamento biológico de efluentes: fundamentos e aplicações. Rio de Janeiro: Interciência, 2010.
SHRIMALI, M.; SINGH K. P. New methods of nitrate removal from water. Environmental Pollution, v. 112, p. 351 359, 2001.
SINGH, et. al. Kinetic and equilibrium modeling for removal of nitrate from aqueous solutions and drinking water by a potential adsorbent, hydrous bismuth oxide. The Royal Society of Chemistry, v. 5, p. 35365-35376, 2015.
VAZ, Bianca. Expor à venda produto cujo prazo de validade está vencido é crime? Curso de Direito da Universidade do Vale do Itajaí 18/11/2016.
VESILIND, P. A.; MORGAN, S. M.. Introdução à engenharia ambiental. São Paulo: Cengage Learning, 2013.
WICK, K; HEUMESSER, C; SCHMID, E. Groundwater nitrate contamination: factors and indicators. Journal of Environmental Management, v. 111, p. 178-186, 2012.
ZHANG, Y.; ANGELIDAK, I I. A new method for in situ nitrate removal from groundwater using submerged microbial desalinationedenitrification cell (SMDDC).
Water Research, v. 47, p. 1827-1836, 2013.
�