Dissertações

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Mirra Angelina Neres da Silva

Zenilda de Lourdes Cardeal

Desenvolvimento de Método para Determinação de BTEX no Ar de Ambientes Internos por DI-CF-SPME-GC/MS

Development Of a Method For Determining Btex In Indoor Air By Di-cf-spme-gc/ms

Química

Energia, Água e Ciências Ambientais

 

05/12/2025

https://meet.google.com/ayz-xsvt-nbv

14:00

Profa. Zenilda de Lourdes Cardeal - Orientadora (Dr. (UFMG))
Prof. Helvécio Costa Menezes - Coorientador (Dr. (UFMG))
Profa. Leiliane Coelho André (Dr. (UFMG/Farmácia))
Prof. Rodinei Augusti (Dr. (UFMG))

Benzeno, tolueno, etilbenzeno e os isômeros do xileno (BTEX) constituem um importante grupo de poluentes, provenientes principalmente dos derivados do petróleo, quando se considera as fontes antropogênicas. Em ambientes internos, os BTEXs são emitidos a partir da queima da madeira; queima de cigarros; emprego de aquecedores e fogões à lenha; tintas; adesivos; esmaltes; solventes desengordurantes; dentre outros. Fatores tais como tipo de construção e layout podem influir na concentração de BTEX em ambientes internos. Na atmosfera, esses compostos estão associados à formação do ozônio troposférico, um poluente que agrava problemas respiratórios e contribui para o aquecimento global. Além disso, o benzeno é carcinogênico, enquanto a exposição aos demais compostos desse grupo está associada ao desenvolvimento de doenças cardíacas, renais, pulmonares, e hematológicas em humanos. Os limites de exposição ocupacional a esses compostos preconizados pelo National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH-USA) para uma jornada de trabalho de oito horas, são de 0,1 ppm para o benzeno e de 100 ppm para o tolueno, etilbenzeno e xilenos, respectivamente. As metodologias comumente empregadas para a determinação desses compostos no ar utilizam solventes muito tóxicos e/ou adsorventes à base de carvão ativo na etapa de extração. Neste trabalho foi desenvolvido um novo método para a determinação de BTEX no ar de ambientes internos, usando a microextração em fase sólida com fibra resfrida no modo imersão direta (Cold Fiber- Direct Immersion - Solid Phase Microextraction - CF-DI-SPME) com determinação por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (Gas Chromatography coupled to Mass Spectrometry - GC/MS). A coleta do ar ambiente foi realizada por amostragem ativa, em baixa vazão, utilizando espumas de poliuretano (Polyurethane Foams - PUFs) como adsorventes, acondicionadas em cassetes de três seções. A extração dos analitos da espuma foi realizada por CF-DI-SPME com a fibra de polidimetilsiloxana/divinilbenzeno (PDMS/DVB). A extração ocorreu em meio aquoso, modificado pela adicão de 50,0 μL de mistura 1:1 (v/v) de acetona/diclorometano, na temperatura de 55 C, em um bloco de alumínio contendo um furo central para abrigar o vial, durante 10 min e sob agitação à 600 rpm. Concomitantemente, a fibra de SPME foi resfriada por placas Peltier acopladas a um dispositivo desenvolvimendo para esse fim. Findado o tempo de extração, a fibra de SPME foi recolhida e submetida à dessorção em cromatógrafo a gás por 210 segundos. A avaliação dos analitos foi realizada por GC/MS utilizando uma coluna 5% difenil e 95% polisiloxana com a seguinte programação de temperatura: 30C ( 3 min); 3 C min -1 a 40 C (3 min); 5 C min-1 a 70 C; 20 C min-1 a 180 C ( 2 min). A validação do método proposto para determinação de BTEX por DI-CF-SPME-GC/MS seguiu o guia Eurachem. As figuras de mérito avaliadas incluíram linearidade, recuperação, precisão intermediária, repetibilidade, além dos limites de detecção e quantificação. O estudo de linearidade mostrou que as curvas de calibração obtidas eram homoscedásticas com coeficientes de determinação superiores a 0,9. A recuperação ficou na faixa de 93 % a 106 %. A repetibilidade e a precisão intermediaria obtidas ficaram na faixa de 3,9 % a 17,9 % e 4,6 % a 15,8 % respectivamente. Os limites de detecção (LOD) e quantificação (LOQ) do método validado variaram respectivamente de 0,18 μg m-3 a 2,97 μg m-3 e 0,61 μg m-3 a 9,91 μg m-3. Os limites de quantificação obtidos para etilbenzeno e os isômeros do xileno mostraram-se inferiores a outros trabalhos que empregaram HS-SPME-GC/MS para quantificar BTEX. Amostras reais foram coletadas nos munícipios de Betim e Belo Horizonte entre os meses de janeiro a abril de 2022, em ambientes internos. Os resultados estão em conformidade com os limites legais estabelecidos. O novo método proposto é de custo reduzido, apresenta baixos limites de detecção e quantificação, e utiliza quantidades mínimas de solventes. A CF-DI-SPME permitiu miniaturizar a extração além de apresentar potencial para automatização. O escopo do método poderá ser extendido a outras classes de compostos presentes no ar de ambientes internos.

BTEX, cromatografia gasosa, espectrometria de massas, microextração em fase sólida, validação de métodos analíticos

Benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene isomers (collectively known as BTEX) form an important group of pollutants primarily derived from petroleum products. In indoor environments, BTEX compounds can be emitted from sources such as wood combustion, cigarette smoke, heaters, wood stoves, paints, adhesives, varnishes, and degreasing solvents. Factors like building design and ventilation can also influence their indoor concentrations. In the atmosphere, BTEX compounds contribute to the formation of tropospheric ozone, a pollutant that exacerbates respiratory problems and contributes to global warming. Benzene is classified as a carcinogen, while exposure to the other BTEX components has been linked to cardiovascular, renal, pulmonary, and hematological disorders. The exposure limits recommended by the National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) for an 8-hour workday are 0.1 ppm for benzene and 100 ppm for toluene, ethylbenzene, and xylenes, respectively. Common methodologies for determining these compounds in air typically employ highly toxic solvents and/or activated charcoal-based adsorbents during the extraction step. In this study, a new method was developed for the determination of BTEX compounds in indoor air using cold fiber direct immersion solid-phase microextraction (CF-DI-SPME), followed by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC/MS). Air sampling was performed actively at a low flow rate using polyurethane foams (PUFs) as adsorbents, packed in three-section cassettes. The extraction of analytes from the foam was carried out by CF-DI-SPME using a polydimethylsiloxane/divinylbenzene (PDMS/DVB) fiber. The extraction occurred in an aqueous medium modified by the addition of 50.0 L of a 1:1 (v/v) acetone/dichloromethane mixture at 55 C for 15 min under 600 rpm agitation. Determination was performed by GC/MS using a 5% diphenyl-95% polysiloxane column with an initial temperature of 30 C. Method validation for BTEX determination by DI-CF-SPME-GC/MS followed the Eurachem guidelines. The evaluated figures of merit included linearity, recovery, intermediate precision, repeatability, and limits of detection (LOD) and quantification (LOQ). The linearity study showed homoscedastic calibration curves with coefficients of determination (R) higher than 0.9. Recoveries ranged from 93% to 106%. Repeatability and intermediate precision were between 3.9%-17.9% and 4.6%-15.8%, respectively. The LOD and LOQ values ranged from 0.18 g m⁻ to 2.97 g m⁻ and from 0.61 g m⁻ to 9.91 g m⁻, respectively. The LOQs obtained for ethylbenzene and xylene isomers were lower than those reported in other studies using HS-SPME-GC/MS for BTEX quantification. Real samples were collected in indoor environments in the municipalities of Betim and Belo Horizonte between January and April 2022. The results complied with the legal limits established. The proposed method is low-cost, presents low detection and quantification limits, and uses minimal solvent volumes. CF-DI-SPME enables miniaturization of the extraction process and shows potential for automation. The methods scope can be extended to other classes of compounds present in indoor air.

analytical method validation, BTXE, gas chromatography, mass spectrometry, solid phase microextraction