Nitrogênio e suas frações analíticas

Nitrogênio e suas frações analíticas

Sobre o Nitrogênio (N) e seu ciclo natural…

O Nitrogênio (N) é o sétimo elemento mais abundante do universo. As bactérias presentes no solo e algas, convertem o nitrogênio em amônia e assim plantas o absorvem. Em seguida transformam a amônia em nitrito e nitrato. Os animais que se alimentam das plantas recebem esses elementos, e consequentemente também os humanos, sendo que quando morrem as bactérias e fungos decompositores, as mesmas convertem os compostos de nitrogênio para gás nitrogênio, que é liberado na atmosfera e o ciclo reinicia-se.

Durante este ciclo, o nitrogênio assume várias formas químicas importantíssimas na avaliação e qualidade ambiental. Nos tópicos a seguir falaremos um pouco de cada fração:

Nitrato

O Nitrato (NO³) é um composto comum no solo, plantas, alimentos, água e em dejetos de animais. É também um nutriente essencial para vegetais, algas e até bactérias, por isso, é comumente adicionado ao solo por meios de fertilizantes. Geralmente encontra-se em pequenas quantidades nas águas superficiais, subterrâneas e de consumo humano dentro do limite de 10 mg/L de nitrato como nitrogênio (NO³N) / L ou 44,27 como nitrato (NO³), já aguas residuais como efluente de estações de tratamento biológico, o nitrato pode ser encontrado em concentrações de até 30 mg/L de nitrato como nitrogênio (NO³N) ou 132,81 como nitrato (NO³).

A análise de nitrato precisa ser executada em até 48h após a amostragem, pois a atividade biológica pode alterar as proporções desta fração (já antecipando, o mesmo valerá também para o nitrito e a amônia). Atualmente realizamos sua análise por KIT colorimétrico, gerando uma coloração alaranjada/âmbar. Também temos a opção mais sensível por cromatografia iônica (IC) que tem prazo de início dos ensaios maior (14 dias) por se tratar de amostras esterilizadas (água de consumo humano).

Nitrito

O Nitrito (NO²) é um estado de oxidação intermediário do nitrogênio, tanto na oxidação de amônia e na redução de nitrato. Tal oxidação e redução podem ocorrer em estações de tratamento de águas residuais, sistemas de distribuição de água e águas naturais.

Encontra-se em aditivos alimentares no processamento de produtos cárneos, já que ajuda na conservação de carne contra a deterioração bacteriana, atuando como fixadores de cor e agentes de cura.

O nitrito é o verdadeiro agente etiológico da metemoglobinemia (MetHba), síndrome clínica causada pelo aumento da concentração de metemoglobina (MetHb) no sangue, que ocorre tanto por alterações congênitas (crônicas) na síntese ou no metabolismo da hemoglobina (Hb), como em situações agudas de desequilíbrio nas reações de redução e oxidação (desequilíbrio redox) induzidas pela exposição a agentes químicos diversos, causando uma anemia em bebês.

Também pode ser cancerígeno, pois o ácido nitroso, que é formado a partir do nitrito em solução ácida, pode reagir com aminas secundárias (RR NH) para formar nitrosaminas (RR N-NO). Em concentrações elevadas ele produz, principalmente, vasodilatação e relaxamento da musculatura lisa em geral (a dose letal para adultos está em torno de 1 g/L NO²N ou 3,284 g/L NO²). Em doses mais baixas, os sintomas são enrubescimento da face e extremidades, desconforto gastrointestinal e dor de cabeça. Em doses tóxicas um pouco mais elevadas observam-se cianose, náusea, vômitos, dores abdominais e colapso.

Analiticamente, executamos o ensaio por KIT colorimétrico (cor rosada) e também por IC (cromatografia iônica).

Amônia

A Amônia (NH3) está presente naturalmente em águas superficiais e residuais, sua concentração geralmente é baixa nas águas subterrâneas. É produzido principalmente pela desaminação de compostos contendo nitrogênio orgânico e pela hidrólise da ureia. Em algumas estações de tratamento, a amônia é adicionada para reagir com o cloro para formar um cloro residual combinado. As concentrações de amônia encontradas nas águas limpas variam de menos de 0,10 mg/L de amônia como nitrogênio até mais de 100 mg/L em algumas águas residuais.

No laboratório analisamos amônia por KIT colorimétrico (48 h) nas concentrações mais baixas (águas mais limpas) e em amostras mais carregadas (efluentes) optamos por analisar por ensaio titulométrico (destilação via Kjeldahl).

Nitrogênio total

Para auxiliar os clientes, realizamos a análise de Nitrogênio Total. Assim como o nome sugere, todas as frações (na forma “como N”) são reunidas em uma única leitura. Obtemos o resultado por KIT ou por somatória.

Normalmente por KIT é realizado o processo de digestão da amostra, e posteriormente, um ensaio colorimétrico no qual o nitrogênio acaba convertido uma única fração para a leitura (o ensaio faz uso de amostra preservada em ácido sulfúrico, aumentando sua estabilidade e prazo para 28 dias).

Por cálculo, o resultado de nitrogênio total se dá pela soma das frações: nitrato como N (NO³-N), nitrito como N (NO²-N), amônia como N (NH³-N, sinônimo: nitrogênio amoniacal) e nitrogênio orgânico (este último obtido via Kjeldahl e normalmente muito baixo em águas brutas/potáveis).

O Nitrogênio Oxidado (cobrado em algumas legislações) é dado pela soma do nitrato como N (NO³-N) e nitrito como N (NO²-N).

O Nitrogênio Inorgânico é dado pela somatória ne Nitrato como N (NO³-N), nitrito como N (NO²-N) e amônio (NH4-N).

Muitos dos casos acima dependem de executar os ensaios e aplicar posteriormente fatores de conversão correspondentes. Por exemplo, pode-se converter um resultado de “amônia” para “nitrogênio amoniacal” ou mesmo para “amônio”.

Novidade: Ensaio por íon seletivo – Amônia

A amônia pode ser quantificada por métodos distintos, como através de kits colorimétricos, titulometria e por sonda de íon seletivo, sendo esta última uma forma rápida e prática de análise, visto que possui poucos interferentes.

Para o laboratório é inteligente ter novas opções para executar o ensaio, pois conseguimos recorrer a diversas ferramentas de qualidade, garantindo maior confiança no resultado, além de reduzir riscos e abrangermos um leque maior de opções para os clientes e suas necessidades.

O princípio do método através do íon seletivo se baseia em uma célula potenciométrica contendo cloreto de referência de prata/cloreto de prata (Ag/ClAg) juntamente com um elemento medidor de pH. Estes elementos são alocados dentro de um recipiente termoplástico em um eletrólito que contém íon-cloreto e são isolados da amostra por uma membrana permeável a gás feita de politetrafluoretileno (PTFE). Durante o processo de análise, o gás dissolvido na amostra se dispersa através da membrana e tem seu pH alterado na fina película de eletrólito na superfície de vidro de pH. A difusão continua até o equilíbrio entre a pressão do gás na amostra e na fina película, e a mudança de pH gerada é proporcional a concentração de gás dissolvida na amostra.

Apesar da explicação técnica um pouco extensa, o processo de análise é muito simples e semelhante a leitura de um pH: consiste em adicionar uma alíquota de amostra em um recipiente sob agitação e acrescentar um reagente que fornece a força iônica constante que estabiliza a solução e permite a leitura imediata. Após este processo, a sonda de íon seletivo já pode ser submersa na amostra e o valor encontrado será exibido no display do equipamento.

Temos a expectativa que nos próximos meses estejamos já testando a técnica e disponibilizando ela aos clientes (sem selo de acreditação). Se avaliarmos como algo eficaz na rotina, entrará futuramente no escopo acreditado, abrindo oportunidade para atendermos também outros analitos pelo mesmo tipo de técnica (fluoreto, cianeto, sulfeto, etc.)

Autoras:

Alessandra Danielle Ferreira e Caroline Hardt Manske

Técnicas do Setor de Clássicos do Freitag Laboratórios