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Uma mistura de óxido nítrico e dióxido de nitrogênio é geralmente chamada de NOx. Como subproduto encontrado no escapamento de automóveis, o NOx pode ser prejudicial ao meio ambiente, formando ozônio troposférico prejudicial.
Em altas temperaturas na câmara de combustão de um motor, o nitrogênio e o oxigênio do ar podem reagir para formar óxido nítrico e dióxido de nitrogênio. Na presença da luz solar, o NOx reage com compostos orgânicos voláteis na atmosfera para formar ozônio e outros produtos. O ozônio troposférico é um risco para a saúde, potencialmente causando irritação pulmonar e ocular, entre outras queixas, e é um componente importante da poluição fotoquímica.
Este vídeo ilustrará os princípios por trás da produção de NOx e ozônio troposférico, como fabricar soluções indicadoras e como medir e quantificar a produção de NOx a partir de escapamentos de automóveis.
Os automóveis rodoviários são responsáveis por aproximadamente um terço das emissões de NOx nos EUA, e as emissões são estritamente regulamentadas pela Lei do Ar Limpo. Os conversores catalíticos, localizados entre o motor e o escapamento de um carro, podem reduzir significativamente a concentração de NOx no escapamento, mas requerem altas temperaturas para funcionar, portanto, só reduzirão o NOx depois que um automóvel estiver funcionando por tempo suficiente para aquecer o conversor.
Devido a essa diferença na capacidade dos conversores catalíticos de remover NOx em diferentes temperaturas, as emissões de NOx são normalmente lidas na partida do veículo e após 10 minutos de funcionamento. Isso fornece uma quantificação da emissão de NOx produzida pelo automóvel e também uma indicação da capacidade do conversor catalítico de remover o NOx.
Quando o NOx é adicionado a uma solução contendo ácido sulfanílico e naftil-etilenodiamina, a reação resultante forma uma molécula de corante azo de cor rosa. A intensidade deste rosa é directamente proporcional à concentração de NOx na solução e pode ser medida utilizando um espectrofotómetro UV-VIS para quantificar a quantidade de NOx quando representada graficamente em relação aos padrões numa curva de calibração.
Agora que estamos familiarizados com o processo de formação de NOx, vejamos como a produção de NOx por automóveis pode ser quantificada em um ambiente experimental.
Para iniciar o experimento, soluções de detecção que reagirão com o NOx devem ser preparadas. Para preparar a solução-mãe de nitrito, pesar primeiro 1,5 g de nitrito de sódio e adicioná-lo a um balão volumétrico de 1 l. Adicionar água isenta de nitritos até à marca de 1 L no balão. Isso produz uma solução estoque de 1.000 μg de nitrito por mL. Rotule esta solução padrão adequadamente. Para fazer uma solução de trabalho de 5 μg de nitrito por mililitro, pegue um novo frasco e adicione 1 mL da solução de estoque. Diluir para 200 mL.
Para preparar a solução indicadora de NOx, pesar primeiro 5 g de ácido sulfanílico anidro e adicionar a um balão volumétrico de 1 l. Ao mesmo balão, adicionar 500 ml de água isenta de nitrito e, em seguida, 140 ml de acético glacial. Agite a solução, até que o ácido sulfanílico se dissolva.
Em seguida, pesar 20 mg de naftiletilenodiamina e adicioná-los ao balão. Por fim, encher o balão até à linha de 1 l com água isenta de nitritos. Transfira a solução para um frasco escuro para evitar fotodecomposição, pare bem e rotule adequadamente.
Para gerar uma curva padrão, é necessário criar padrões de calibração. Primeiro, coloque 1 mL da solução estoque de nitrito de 5,0 μg em um balão volumétrico de 25 mL e dilua com a solução indicadora de NOx até a marca de calibração. Isso resulta em uma solução padrão de 0,2 μg NO2-/mL.
Em seguida, prepare 0,4, 0,6, 0,8 e 1 μg de NO2-/mL de soluções-padrão adicionando 2, 3, 4 e 5 mL de soluções de nitrito para separar os frascos de 25 mL e encha cada um até a marca com a solução indicadora de NOx.
Usando um espectrofotômetro UV-VIS, ajuste o instrumento para ler a absorbância. Em seguida, defina o comprimento de onda para 550 nanômetros. Adicione a solução indicadora de NOx a uma célula de amostra de espectrofotômetro limpa e use-a para zerar o espectrofotômetro. Finalmente, medir a absorvância das cinco soluções-padrão e registar os valores.
Para iniciar as leituras, ligue o automóvel movido a diesel. Pegue uma seringa estanque a gás de 60 mL e insira-a alguns centímetros no tubo de escape, tomando cuidado para evitar queimaduras ou inalação de fumaça. Aspire e expulse o escapamento duas vezes para condicionar a seringa.
Em seguida, aspire 25 ml da solução indicadora de NOx para a seringa. Expulse o ar da seringa sem derramar a solução indicadora. Finalmente, puxe 35 mL de exaustão para a seringa, puxando o êmbolo para a marca de 60 mL, depois retire e tampe a seringa.
Agite a solução na seringa com as mãos durante 2 min. Cubra a seringa com papel alumínio. Por fim, meça a temperatura do ar no tubo de escape da amostra. Repita o processo de amostragem com um automóvel movido a gasolina e qualquer outro modelo ou design de automóvel desejado.
Repita o experimento depois que os veículos estiverem funcionando por pelo menos 10 minutos. Depois que todas as amostras forem coletadas, aguarde 45 minutos para permitir que a cor se desenvolva. Por fim, expulsar o gás das seringas e colocar as soluções indicadoras de amostra em cubetas individuais. Medir a absorvância com o espectrofotómetro regulado para 550 nm e registar os valores.
Usando as medições de absorbância das soluções-padrão, faça um gráfico de absorbância versus concentração de nitrito. Determine a linha de melhor ajuste dos dados. Utilizando esta linha de melhor ajuste, calcular a concentração de nitrito em cada solução de ensaio. Este valor pode então ser convertido em dióxido de azoto no escape.
A concentração de dióxido de azoto calculada representa efectivamente a totalidade dos NOx na amostra de gases de escape. A conversão de ppmV, ou partes por milhão em volume para ?g/L, depende da temperatura e pressão nas quais as amostras foram coletadas.
Os automóveis não são a única fonte de NOx. O monitoramento de sua produção é importante em uma ampla gama de campos.
A fumaça do cigarro geralmente contém uma concentração maior de NOx do que a emitida pelos motores dos automóveis. Os valores típicos de NOx na fumaça do cigarro variam de 500 a 800 ppm, em comparação com 21 a 48 ppm para as emissões de um carro a gasolina ou cerca de 500 ppm para um veículo a diesel. Isso pode resultar em uma variedade de problemas de saúde pessoal, incluindo bronquite, irritação do nariz e garganta, infecções respiratórias ou bloqueio da transferência de oxigênio na corrente sanguínea. Os níveis de NOx na fumaça do cigarro também podem ser quantificados usando os métodos mostrados neste vídeo.
As bactérias nitrificantes são encontradas no solo e na água e desempenham um papel importante no ciclo do nitrogênio, oxidando a amônia em nitrito e depois em nitrato. Tal como acontece com os gases de escape e a fumaça do cigarro, os níveis de NOx no solo também podem ser examinados e quantificados colorimetricamente.
Nitratos e nitritos também podem ser encontrados em quantidades mensuráveis em produtos alimentícios. Para alimentos curados, nitratos e nitritos podem ser adicionados como conservantes, mais comumente em carnes e produtos cárneos. Estes têm ações antimicrobianas, bem como de fixação e preservação de cor, e um efeito benéfico indireto significativo no sabor. No entanto, um teor muito alto de nitrito pode levar a complicações médicas, incluindo metemoglobinemia infantil, ou causar vida útil reduzida dos produtos devido a efeitos como queimadura de nitrito. O teor de nitrito em alimentos curados, portanto, deve ser monitorado de perto, e isso pode ser realizado usando uma versão modificada do teste colorimétrico.
Você acabou de assistir à introdução de JoVE à determinação de NOx. Agora você deve entender como o NOx é formado em motores de automóveis, como formular soluções indicadoras de NOx e como medir e quantificar o NOx dos gases de escape dos veículos.
Obrigado por assistir!
