Sensor químico indica concentração de ozônio no ambiente

São Paulo – Pesquisadores do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus de Araraquara, desenvolveram um novo método para medir a concentração de ozônio no ambiente. O ozônio é um composto tóxico para o homem, plantas e animais, que pode danificar diversos materiais, como borracha e corantes, e contribuir para o aumento do efeito estufa.

Portátil, mais barato e mais fácil de ser utilizado do que outros equipamentos existentes para essa função, o dispositivo começou a ser desenvolvido durante um projeto de pesquisa, realizado com apoio da FAPESP, e resultou em uma patente, depositada com auxílio do Programa de Apoio à Propriedade Intelectual (PAPI/Nuplitec), da FAPESP.

“Realizamos uma pesquisa sobre sistemas analíticos para determinação de ozônio no ambiente e vimos que existiam poucos métodos químicos para essa finalidade”, disse Arnaldo Alves Cardoso, professor do Instituto de Química da Unesp de Araraquara e autor do projeto, à Agência FAPESP.

“Com base nessa constatação, buscamos desenvolver, a partir do início de 2000, um novo método químico para determinação da concentração de ozônio em ambiente. O método é mais indicado para realizar medidas pontuais em ambientes internos, por exemplo, para as quais não vale a pena adquirir equipamentos eletrônicos existentes hoje, que são sofisticados e caros”, disse Cardoso.

O sensor desenvolvido é baseado na reação do ozônio com o índigo – corante utilizado na indústria têxtil para tingir tecidos, como o jeans, e na indústria alimentícia para conferir a cor azul anil a balas, chicletes e sucos em pó –, que, na presença do composto, se oxida e descolore.

Um filtro de celulose impregnado com índigo, em formato circular e com apenas 2 centímetros de diâmetro, é inserido dentro de uma seringa descartável de plástico com etilenoglicol – substância que aumenta a umidade do filtro e, dessa forma, facilita a reação do ozônio com a superfície do material.

A aspiração do ar por meio da seringa faz com que ozônio presente provoque a descoloração do índigo contido no filtro de celulose. Dessa forma, quanto maior a concentração de ozônio na amostra de ar coletada de um determinado ambiente, mais clara será a tonalidade do papel.

Inicialmente, o índigo restante ao final da amostragem era extraído e sua cor determinada por um colorímetro – equipamento que mede a intensidade de cores. Mais recentemente o método foi adaptado para fazer a leitura diretamente no filtro por meio de uma escala de 30 tons de azul, elaborada pelo doutorando Gabriel Garcia a partir de imagens digitalizadas de filtros contendo índigo e que pode ser impressa em qualquer impressora comercial.

Após algumas horas de duração do teste, a coloração final do filtro é comparada com a escala na qual cada intervalo corresponde a uma concentração de, aproximadamente, 3 ppb (partes por bilhão) de ozônio. Se a diferença entre a cor inicial e a final do filtro de celulose corresponder a 20 tons da escala, por exemplo, a concentração de ozônio na amostra de ar coletada será de, aproximadamente, 60 ppb – uma medida considerada alta.

“Por meio da tabela de variações de tons de índigo elaborada pelo Gabriel é possível fazer comparações visuais para saber qual a concentração de ozônio em um determinado ambiente”, disse Cardoso.

Comparações de equipamentos

Os pesquisadores compararam o desempenho do novo método químico com o equipamento utilizado por órgãos responsáveis pelo monitoramento da qualidade do ar – como o da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (Cetesb), em São Paulo – para determinar as concentrações de ozônio na atmosfera em ambientes abertos. Para isso, usaram um equipamento semelhante ao que possuem no Instituto de Química da Unesp de Araraquara e que foi adquirido com recursos da FAPESP.

Os experimentos, realizados no campus da Unesp em Araraquara, revelaram que os resultados das medições feitas com o sensor químico foram muito próximos das realizadas com o equipamento eletrônico, que custa cerca de US$ 10 mil.

A diferença entre eles, no entanto, é que enquanto o equipamento eletrônico faz as análises e indica a concentração de ozônio em tempo real, o sensor químico, que custa cerca de R$ 400, fornece a concentração média de um determinado dia, após algumas horas de duração do teste.

“O sensor que desenvolvemos não substitui totalmente os equipamentos eletrônicos utilizados para medir concentração de ozônio na atmosfera”, ressalvou Cardoso.

“O equipamento eletrônico indica a concentração de ozônio no ambiente minuto a minuto e, dessa forma, possibilita observar variações rápidas. Já o nosso método permite observar se a concentração de ozônio em um determinado local está alta ou baixa e saber qual o valor médio”, comparou.

Por ser uma opção mais barata e portátil, segundo o pesquisador, o sensor pode ser uma alternativa para monitorar lugares distantes dos grandes centros urbanos – uma vez que o ozônio está deixando de ser um problema exclusivo das metrópoles – e ambientes internos, que também passaram a gerar o composto.

Como o ozônio possui propriedade bactericida, eliminando microrganismos da água e do ar e compostos orgânicos que geram odores desagradáveis, como o de cigarro, o gás passou a ser produzido nos últimos anos em uma ampla gama de eletrodomésticos: purificadores de ar, máquinas de lavar roupas e ventiladores, além de lâmpadas germicidas. Além disso, vem sendo misturado na água de piscinas, aquários e utilizado como desodorizante de ambientes e fungicida de grãos.

Dessa forma, os ambientes internos passaram a contribuir para aumentar a concentração e a exposição das pessoas ao gás, que, em ambientes externos, é formado na atmosfera a partir de reações químicas envolvendo a luz solar, óxidos de nitrogênio e compostos orgânicos voláteis emitidos na evaporação de combustíveis, dos escapamentos dos veículos e até mesmo pela vegetação, como florestas de eucalipto.

“O grande problema da geração de ozônio em ambientes internos é que ela será somada à produzida em ambientes externos e potencializará a concentração do gás no ar. E isso não se aplica só ao caso deste poluente”, afirmou Cardoso.

Falta de legislação

Outro problema apontado por Cardoso é que, enquanto há uma legislação bastante rigorosa em cidades como São Paulo para limitar a geração de ozônio em ambientes externos, de modo a não afetar a qualidade do ar, ainda não existem normas que regulem a geração do gás tóxico em ambientes fechados, a despeito do uso “doméstico” cada vez maior do composto.

Além disso, segundo Cardoso, ainda não se sabe exatamente a quantidade de ozônio gerada pelos eletrodomésticos geradores do gás e qual a concentração residual do composto em ambientes fechados após a utilização desses equipamentos.

“A falta de especificações técnicas desses equipamentos e de uma legislação que controle a geração de ozônio em ambientes fechados são problemas muito sérios que precisam ser discutidos”, afirmou.

De acordo com o pesquisador, os valores-limites de concentração de ozônio em ambientes fechados devem ser os mesmos estabelecidos pelos órgãos responsáveis pelo monitoramento da qualidade do ar para ambientes fechados.

No final de abril, a Cetesb, por exemplo, baixou um decreto estadual que reduziu de 70 para 50 ppb a concentração máxima tolerável de ozônio na atmosfera do Estado de São Paulo em um intervalo de 8 horas.

Em medições realizadas com o sensor químico em Araraquara, no entanto, os pesquisadores da Unesp detectaram concentrações de ozônio no ar de até 85 ppb e constataram que a quantidade do gás no ar da região aumenta no meio e no final do verão e durante o período da queima da cana-de-açúcar. “A queima de biomassa aumenta a emissão de compostos na atmosfera que favorecem a formação de ozônio”, explicou Cardoso.

Já na cidade de São Paulo, que possui a maior frota veicular do país, só em 2012 a concentração de ozônio na região do Parque do Ibirapuera ultrapassou 36 vezes a marca de 81 ppb, segundo dados da Cetesb.

“Apesar de os carros contarem com catalisadores, como a frota aumenta cada vez mais e, com o passar dos anos, a velocidade média dos veículos vem caindo, está se emitindo muito mais compostos para a atmosfera na cidade que provocarão a formação de ozônio”, disse Cardoso.

O sensor desenvolvido na Unesp já despertou o interesse de algumas empresas que trabalham com geração de ozônio, mas ainda não está sendo comercializado, em grande parte por causa da falta de legislação que estabeleça limites de geração do composto em ambientes internos.

Para facilitar seu uso em ambientes fechados uma alternativa já desenvolvida é um sistema em que pequenos filtros impregnados com índigo são colocados dentro de um recipiente aberto e, após algumas horas, retirados para analisar sua coloração e medir a concentração de ozônio. Neste caso não é necessária a utilização de equipamento para aspiração do ar porque o contato do ar ambiente com o índigo é suficiente para provocar a descoloração.

“O sensor ainda não foi comercializado para ser aplicado em ambientes fechados por falta de demanda de mercado. Mas, independentemente disso, temos buscado desenvolver métodos químicos que façam a determinação de ozônio de forma mais simples, barata e acessível”, disse Cardoso.

São Paulo – Pesquisadores do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus de Araraquara, desenvolveram um novo método para medir a concentração de ozônio no ambiente. O ozônio é um composto tóxico para o homem, plantas e animais, que pode danificar diversos materiais, como borracha e corantes, e contribuir para o aumento do efeito estufa.

Portátil, mais barato e mais fácil de ser utilizado do que outros equipamentos existentes para essa função, o dispositivo começou a ser desenvolvido durante um projeto de pesquisa, realizado com apoio da FAPESP, e resultou em uma patente, depositada com auxílio do Programa de Apoio à Propriedade Intelectual (PAPI/Nuplitec), da FAPESP.

“Realizamos uma pesquisa sobre sistemas analíticos para determinação de ozônio no ambiente e vimos que existiam poucos métodos químicos para essa finalidade”, disse Arnaldo Alves Cardoso, professor do Instituto de Química da Unesp de Araraquara e autor do projeto, à Agência FAPESP.

“Com base nessa constatação, buscamos desenvolver, a partir do início de 2000, um novo método químico para determinação da concentração de ozônio em ambiente. O método é mais indicado para realizar medidas pontuais em ambientes internos, por exemplo, para as quais não vale a pena adquirir equipamentos eletrônicos existentes hoje, que são sofisticados e caros”, disse Cardoso.

O sensor desenvolvido é baseado na reação do ozônio com o índigo – corante utilizado na indústria têxtil para tingir tecidos, como o jeans, e na indústria alimentícia para conferir a cor azul anil a balas, chicletes e sucos em pó –, que, na presença do composto, se oxida e descolore.

Um filtro de celulose impregnado com índigo, em formato circular e com apenas 2 centímetros de diâmetro, é inserido dentro de uma seringa descartável de plástico com etilenoglicol – substância que aumenta a umidade do filtro e, dessa forma, facilita a reação do ozônio com a superfície do material.

A aspiração do ar por meio da seringa faz com que ozônio presente provoque a descoloração do índigo contido no filtro de celulose. Dessa forma, quanto maior a concentração de ozônio na amostra de ar coletada de um determinado ambiente, mais clara será a tonalidade do papel.

Inicialmente, o índigo restante ao final da amostragem era extraído e sua cor determinada por um colorímetro – equipamento que mede a intensidade de cores. Mais recentemente o método foi adaptado para fazer a leitura diretamente no filtro por meio de uma escala de 30 tons de azul, elaborada pelo doutorando Gabriel Garcia a partir de imagens digitalizadas de filtros contendo índigo e que pode ser impressa em qualquer impressora comercial.

Após algumas horas de duração do teste, a coloração final do filtro é comparada com a escala na qual cada intervalo corresponde a uma concentração de, aproximadamente, 3 ppb (partes por bilhão) de ozônio. Se a diferença entre a cor inicial e a final do filtro de celulose corresponder a 20 tons da escala, por exemplo, a concentração de ozônio na amostra de ar coletada será de, aproximadamente, 60 ppb – uma medida considerada alta.

“Por meio da tabela de variações de tons de índigo elaborada pelo Gabriel é possível fazer comparações visuais para saber qual a concentração de ozônio em um determinado ambiente”, disse Cardoso.

Comparações de equipamentos

Os pesquisadores compararam o desempenho do novo método químico com o equipamento utilizado por órgãos responsáveis pelo monitoramento da qualidade do ar – como o da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (Cetesb), em São Paulo – para determinar as concentrações de ozônio na atmosfera em ambientes abertos. Para isso, usaram um equipamento semelhante ao que possuem no Instituto de Química da Unesp de Araraquara e que foi adquirido com recursos da FAPESP.

Os experimentos, realizados no campus da Unesp em Araraquara, revelaram que os resultados das medições feitas com o sensor químico foram muito próximos das realizadas com o equipamento eletrônico, que custa cerca de US$ 10 mil.

A diferença entre eles, no entanto, é que enquanto o equipamento eletrônico faz as análises e indica a concentração de ozônio em tempo real, o sensor químico, que custa cerca de R$ 400, fornece a concentração média de um determinado dia, após algumas horas de duração do teste.

“O sensor que desenvolvemos não substitui totalmente os equipamentos eletrônicos utilizados para medir concentração de ozônio na atmosfera”, ressalvou Cardoso.

“O equipamento eletrônico indica a concentração de ozônio no ambiente minuto a minuto e, dessa forma, possibilita observar variações rápidas. Já o nosso método permite observar se a concentração de ozônio em um determinado local está alta ou baixa e saber qual o valor médio”, comparou.

Por ser uma opção mais barata e portátil, segundo o pesquisador, o sensor pode ser uma alternativa para monitorar lugares distantes dos grandes centros urbanos – uma vez que o ozônio está deixando de ser um problema exclusivo das metrópoles – e ambientes internos, que também passaram a gerar o composto.

Como o ozônio possui propriedade bactericida, eliminando microrganismos da água e do ar e compostos orgânicos que geram odores desagradáveis, como o de cigarro, o gás passou a ser produzido nos últimos anos em uma ampla gama de eletrodomésticos: purificadores de ar, máquinas de lavar roupas e ventiladores, além de lâmpadas germicidas. Além disso, vem sendo misturado na água de piscinas, aquários e utilizado como desodorizante de ambientes e fungicida de grãos.

Dessa forma, os ambientes internos passaram a contribuir para aumentar a concentração e a exposição das pessoas ao gás, que, em ambientes externos, é formado na atmosfera a partir de reações químicas envolvendo a luz solar, óxidos de nitrogênio e compostos orgânicos voláteis emitidos na evaporação de combustíveis, dos escapamentos dos veículos e até mesmo pela vegetação, como florestas de eucalipto.

“O grande problema da geração de ozônio em ambientes internos é que ela será somada à produzida em ambientes externos e potencializará a concentração do gás no ar. E isso não se aplica só ao caso deste poluente”, afirmou Cardoso.

Falta de legislação

Outro problema apontado por Cardoso é que, enquanto há uma legislação bastante rigorosa em cidades como São Paulo para limitar a geração de ozônio em ambientes externos, de modo a não afetar a qualidade do ar, ainda não existem normas que regulem a geração do gás tóxico em ambientes fechados, a despeito do uso “doméstico” cada vez maior do composto.

Além disso, segundo Cardoso, ainda não se sabe exatamente a quantidade de ozônio gerada pelos eletrodomésticos geradores do gás e qual a concentração residual do composto em ambientes fechados após a utilização desses equipamentos.

“A falta de especificações técnicas desses equipamentos e de uma legislação que controle a geração de ozônio em ambientes fechados são problemas muito sérios que precisam ser discutidos”, afirmou.

De acordo com o pesquisador, os valores-limites de concentração de ozônio em ambientes fechados devem ser os mesmos estabelecidos pelos órgãos responsáveis pelo monitoramento da qualidade do ar para ambientes fechados.

No final de abril, a Cetesb, por exemplo, baixou um decreto estadual que reduziu de 70 para 50 ppb a concentração máxima tolerável de ozônio na atmosfera do Estado de São Paulo em um intervalo de 8 horas.

Em medições realizadas com o sensor químico em Araraquara, no entanto, os pesquisadores da Unesp detectaram concentrações de ozônio no ar de até 85 ppb e constataram que a quantidade do gás no ar da região aumenta no meio e no final do verão e durante o período da queima da cana-de-açúcar. “A queima de biomassa aumenta a emissão de compostos na atmosfera que favorecem a formação de ozônio”, explicou Cardoso.

Já na cidade de São Paulo, que possui a maior frota veicular do país, só em 2012 a concentração de ozônio na região do Parque do Ibirapuera ultrapassou 36 vezes a marca de 81 ppb, segundo dados da Cetesb.

“Apesar de os carros contarem com catalisadores, como a frota aumenta cada vez mais e, com o passar dos anos, a velocidade média dos veículos vem caindo, está se emitindo muito mais compostos para a atmosfera na cidade que provocarão a formação de ozônio”, disse Cardoso.

O sensor desenvolvido na Unesp já despertou o interesse de algumas empresas que trabalham com geração de ozônio, mas ainda não está sendo comercializado, em grande parte por causa da falta de legislação que estabeleça limites de geração do composto em ambientes internos.

Para facilitar seu uso em ambientes fechados uma alternativa já desenvolvida é um sistema em que pequenos filtros impregnados com índigo são colocados dentro de um recipiente aberto e, após algumas horas, retirados para analisar sua coloração e medir a concentração de ozônio. Neste caso não é necessária a utilização de equipamento para aspiração do ar porque o contato do ar ambiente com o índigo é suficiente para provocar a descoloração.

“O sensor ainda não foi comercializado para ser aplicado em ambientes fechados por falta de demanda de mercado. Mas, independentemente disso, temos buscado desenvolver métodos químicos que façam a determinação de ozônio de forma mais simples, barata e acessível”, disse Cardoso.