Determinação de NO_x no escapamento do automóvel usando espectroscopia UV-VIS

Fonte: Laboratórios de Margaret Workman e Kimberly Frye - Universidade Depaul

Na troposfera, o ozônio é naturalmente formado quando a luz solar divide o dióxido de nitrogênio (NO₂):

NO₂ + luz solar → NO + O

O + O₂ → O₃

O ozônio (O₃) pode reagir com óxido nítrico (NÃO) para formar dióxido de nitrogênio (NO₂) e oxigênio:

NÃO + O₃ → NO₂ + O₂

Isso não resulta em nenhum ganho líquido de ozônio (O₃). No entanto, com a produção antropogênica de precursores formadores de ozônio (NO, NO₂e compostos orgânicos voláteis) através da combustão de combustíveis fósseis, foram encontrados níveis elevados de ozônio na troposfera. O escapamento de veículos automotores é uma fonte significativa desses precursores formadores de ozônio: NO, NO₂e compostos orgânicos voláteis (VOCs). Por exemplo, as fontes móveis compõem quase 60% das emissões NO + NO_2.

Nas altas temperaturas encontradas na câmara de combustão de um carro, nitrogênio e oxigênio do ar reagem para formar óxido nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (Nº₂):

N_2(g) + O_2(g)→ 2 NO_(g)

2 NO_(g) + O_2(g)→ 2 NO_2(g)

O óxido nítrico (NO) emitido no escapamento do carro é gradualmente oxidado ao dióxido de nitrogênio (NO₂) no ar ambiente. Esta mistura de NO e NO₂ é frequentemente referida como NO_x. Quando o NO_x reage com compostos orgânicos voláteis na atmosfera na presença da luz solar, formas de ozônio troposférico, como visto nesta reação química simplificada:

NO_x + VOCs + luz solar → O₃ + outros produtos

Esta mistura nociva de poluição do ar, que pode incluir aldeídos, nitratos de peroxilato, ozônio, VOCs e NO_x,é chamada de poluição fotoquímica. O ozônio é o maior componente da poluição fotoquímica. Essa poluição é encontrada em todas as cidades modernas, mas é encontrada especialmente em cidades com climas ensolarados, quentes, secos e um grande número de veículos motorizados. A cor amarelo-marrom da poluição no ar deve-se, em parte, ao dióxido de nitrogênio presente, uma vez que este gás absorve luz visível perto de 400 nm(Figura 1).

A exposição de curto prazo no₂ (30 min a 1 dia) leva a efeitos respiratórios adversos em pessoas saudáveis e aumento dos sintomas respiratórios em pessoas com asma. NO_x reage com amônia e outros compostos para formar partículas. Essas pequenas partículas podem penetrar nos pulmões e causar problemas respiratórios, incluindo enfisema e bronquite. Indivíduos que passam muito tempo na estrada ou que vivem perto de uma estrada experimentam uma exposição consideravelmente maior ao NO₂.

Devido ao impacto que tem na saúde humana e no meio ambiente, a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) classificou o NO₂ como um poluente de critérios e estabeleceu o padrão primário em 100 ppb (98º percentil de concentrações máximas diárias de 1h, médias ao longo de 3 anos) e 53 ppb (média anual). Considerando que os veículos on-road são responsáveis por aproximadamente 1/3 das emissões NO_X nos EUA, as emissões de automóveis são, portanto, reguladas através da Lei do Ar Limpo. Atualmente, os padrões de emissão de nível 2 estabelecem que os fabricantes devem ter emissões médias de NO_x de frota de no máximo 0,07 g/milha.

Uma maneira de os fabricantes atenderem a este padrão é usando conversores catalíticos em seus carros. Este dispositivo é colocado entre o motor e o escapamento. O fluxo de escape passa pelo conversor catalítico e é exposto a um catalisador. Um catalisador de redução de platina e ródio é usado para reduzir a concentração NO_x no escapamento. Quando uma molécula NO ou NO₂ no escapamento entra em contato com o catalisador, o átomo de nitrogênio é retirado da molécula e mantido pelo catalisador. O oxigênio é liberado e forma O₂. O átomo de nitrogênio no catalisador se liga com outro átomo de nitrogênio mantido no catalisador para formar n₂.

Os conversores catalíticos reduziram consideravelmente as emissões de NO_x do escapamento do carro – até 80% de redução, quando executados corretamente. No entanto, eles só funcionam quando atingiram uma temperatura bastante alta. Portanto, ao fazer uma partida fria de um carro, o conversor catalítico está removendo praticamente nenhum NO_x. Não é até que o conversor catalítico atinja temperaturas mais altas que ele efetivamente remove o NO_x do fluxo de escape. Os conversores catalíticos não funcionam em carros de passeio a diesel devido às condições magras em que operam. Além disso, o enxofre no diesel também desativa o catalisador. O NO_x em motores diesel são reduzidos principalmente através da válvula de recirculação de gases de escape (EGR), que esfria a temperatura dos gases de combustão. Como resultado, os carros a diesel geralmente emitem mais NO_x do que carros a gasolina.

Figura 1. Coloração característica para poluição na Califórnia no banco de nuvens bege atrás da Ponte Golden Gate. A coloração marrom é devido ao NO_x na poluição fotoquímica.

1. Preparação de Nitrito (NO₂^-) Solução de estoque

1. Pesar 1.500 g NaNO₂ e adicionar a um frasco volumoso de 1 L.
2. Diluir a marca usando água nanopurada. (Verifique a água destilada da torneira – pode conter nitrito suficiente para interferir nas medidas.) Isso produz uma solução de estoque de 1.000 μg NO₂^-/mL.
3. Para fazer uma solução de 5,0 μg NO₂^-/mL, pegue 1 mL da solução 1.000 μg NO_2-/mLe dilua para 200 m

A Tabela 2 fornece um exemplo de resultados adequados. Utilizando as medidas de absorvência das soluções padrão, pode ser feita uma parcela de Absorvência versus Concentração de NO₂⁽ Figura 4). Então, a linha mais adequada dos dados pode ser determinada. Utilizando a linha mais adequada da curva padrão, a concentração de NO₂^- em cada solução desconhecida (μg/mL) pode ser calculada. Este valor pode ser convertido para a concentraç...

A medição do nitrito usando a reação de Saltzman modificada é muito comum e útil em muitos campos diferentes. Como descrito, o método pode ser usado para medir as concentrações NO_x em amostras de ar – escapamento de carro, salas de laboratório, qualidade do ar das cidades, etc. Além disso, este método pode ser usado para monitorar NO_x na fumaça do cigarro. O procedimento seria muito semelhante a este experimento, exceto que em vez de atrair o escapamento do carro para a seringa, a fum...