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ANÁLISE POR ATIVAÇÃO NEUTRÔNICA INSTRUMENTAL APLICADA
AO ESTUDO DE CONTAMINAÇÃO SUPERFICIAL DE FOLHAS DE
ESPÉCIES ARBÓREAS NATIVAS DA MATA ATLÂNTICA
RESUMO
A concentração de elementos químicos em folhas pode ser incrementada a
partir da presença de material exógeno na superfície das folhas. Este tipo de
contaminação é uma das maiores fontes de erro na análise de plantas e prejudica
estudos de ciclagem mineral, objeto do Projeto FAPESP “Espécies Arbóreas
Nativas da Mata Atlântica Bioacumuladoras de Elementos Químicos”. Neste
contexto, será desenvolvido trabalho referente à contaminação superficial de
folhas de espécies arbóreas no Parque Estadual Carlos Botelho (PECB), por meio
da determinação de elementos químicos em solos e folhas lavadas por diferentes
procedimentos por análise por ativação neutrônica instrumental. Serão aplicados
testes estatísticos multivariados para comparações pareadas e estudos de
correlação, visando a avaliação da eficiência de remoção de elementos químicos
da superfície das folhas.
INTRODUÇÃO
A presença de material exógeno na superfície de folhas pode incrementar
as concentrações de diversolos elementos químicos (Wyttenbach & Tobler, 1998).
Este tipo de contaminação é uma das maiores fontes de erro na análise de plantas
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(Markert, 1995), prejudicando consideravelmente estudos de ciclagem mineral.
Elementos químicos como Fe, Hf, Sc e Th mostram-se enriquecidos nos
compartimentos vegetais de ecossistemas tropicais (França et al., 2000), sendo
provavelmente relacionados com as partículas de solo aderidas à superfície das
folhas. Razões de concentração podem ser erroneamente estimadas a partir de
resultados de concentração elementar de folhas contaminadas. Deste modo, o
conhecimento de contaminação superficial é de grande relevância para o Projeto
FAPESP “Espécies arbóreas nativas da Mata Atlântica bioacumuladoras de
elementos químicos” para averiguar quais elementos químicos podem ser
afetados pela contaminação superficial.
Para a análise de material vegetal livre de contaminação superficial, a
limpeza por meio de solventes é recomendada (Markert, 1995), permitindo a
retirada de contaminantes sem, contudo, afetar a concentração endógena. Por
outro lado, elementos químicos considerados traçadores de solo, como Sc, vêm
sendo empregados para estimar a contaminação superficial de folhas
(Hinton et al., 1995; Fernandes, 1993). Além disso, elementos químicos como Br
(Kabata-Pendias & Kabata, 1985) e lantanídeos (Kitto et al., 1992) podem estar
relacionados com partículas aderidas provenientes de poluição atmosférica por
combustíveis fósseis.
A análise por ativação neutrônica instrumental (INAA), além de ser
técnica analítica de alto nível metrológico (Bode et al., 2000; Bacchi et al., 2000),
permite determinação química multi-elementar, incluindo Br, Sc e lantanídeos.
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Dessa forma, INAA sera empregada para o estudo de contaminação superficial
de espécies arbóreas da Mata Atlântica.
No contexto do Projeto FAPESP, será desenvolvido trabalho referente à
contaminação superficial das folhas de espécies arbóreas no Parque Estadual
Carlos Botelho (PECB). Procedimentos de remoção de contaminação superficial,
incluindo a lavagem com água de torneira e com EDTA 0,01 M seguida de água
bidestilada, serão testados em folhas maduras de espécies abordadas pelo
projeto. Além disso, solo sob a projeção das copas das árvores será coletado para
estimar sua contribuição para a contaminação superficial das folhas.
OBJETIVO
Este trabalho objetiva o estudo de contaminação superficial de folhas de
espécies arbóreas nativas da Mata Atlântica, sendo possível verificar os
elementos químicos que tiveram sua concentração incrementada pelo material
exógeno aderido à superfície da folha.
MATERIAL E MÉTODOS
Este trabalho será desenvolvido concomitantemente ao projeto “Espécies
nativas da Mata Atlântica bioacumuladoras de elementos químicos”, estudo em
desenvolvimento na parcela permanente do projeto BIOTA “Diversidade,
dinâmica e conservação em florestas do Estado de São Paulo: 40 ha de parcelas
permanentes”.
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Descrição da área de estudo
A partir da parcela permanente instalada no Parque Estadual Carlos
Botelho (PECB), árvores das espécies mais abundantes (Tabela 1) serão
selecionadas para estudos de contaminação superficial de folhas. O PECB
encontra-se na região sul do Estado de São Paulo abrangendo parte dos
municípios de São Miguel Arcanjo, Capão Bonito e Sete Barras.
Tabela 1. Relação das 10 espécies arbóreas mais importantes no PECB
Espécie Família Euterpe edulis Arecaceae Bathysa meridionalis Rubiaceae Hieronyma alchorneioides Euphorbiaceae Alchornea triplinervia Euphorbiaceae Tetrastylidium sp. Olacaceae Cryptocarya moschata Lauraceae Sloanea monosperma Elaeocarpaceae Cabralea canjerana Meliaceae Gomidesia flagellaris Myrtaceae Gomidesia spectabilis Myrtaceae
Amostragem e preparação de amostras
Serão amostradas as 10 espécies arbóreas mais abundantes da parcela
permanente, sendo que, para cada espécie, serão escolhidas 5 unidades amostrais
para a coleta de folhas e solo supercial sob a projeção da copa, totalizando
50 unidades.
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As folhas serão lavadas seguindo dois procedimentos, ou seja, com água
de torneira e com solução de EDTA 0,01M (Markert, 1995) e água bidestilada,
permitindo estimar a contribuição da contaminação superficial para as
concentrações elementares.
Em seguida, as folhas serão submetidas a secagem em estufa a 60°C até
peso constante, pré-redução em aparelho triturador doméstico com lâminas de
titânio e moagem em moinho de rotor Pulverisette 14. O moinho é confeccionado
em titânio para evitar contaminação com elementos químicos. As amostras de
solo serão submetidas a secagem a 105°C e posterior redução em moinho de
disco orbital para a obtenção de granulometria apropriada a análise.
Análise por ativação neutrônica instrumental
A análise por ativação neutrônica instrumental baseia-se na irradiação de
amostras em fluxo de nêutrons para a formação de radionuclídeos pela reação
nuclear conhecida como ativação. O número de átomos ativados é proporcional
ao número de átomos do nuclídeo presentes na amostra, dependendo, também,
de fatores como o fluxo de nêutrons incidente, a seção de choque e a abundância
isotópica do nuclídeo alvo.
Todas as amostras serão destinadas à análise por ativação neutrônica
instrumental que proporcionará a determinação de cerca de 20 elementos
químicos. Porções de amostras com aproximadamente 200 mg serão transferidas
para cápsulas de polietileno de elevada pureza, específicas para a irradiação e
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fabricadas pela Vrije Universiteit, Amsterdam, Holanda. Fragmentos de cerca de
10 mg de liga de Ni-Cr serão empregados para a monitoração de fluxo de
nêutrons durante a irradiação (França et al., 2002).
A irradiação em fluxo de nêutrons ocorrerá no reator nuclear de pesquisa
do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN/CNEN), em São Paulo.
A contagem da radioatividade induzida será feita no LRi/CENA/USP por meio
de detectores de germânio hiperpuro EG&G ORTEC modelos GEM45190 e
GMX50220. Para avaliar a qualidade do procedimento analítico, serão irradiados
materiais de referência certificados de matrizes vegetais e geológicas, produzidos
pelo National Institute of Standards and Technology (NIST), Gaithersburg, USA.
As concentrações elementares em amostras e materiais de referência serão
obtidos pelo método k0, a partir do programa de computador Quantu (Bacchi &
De Nadai Fernandes, 2002).
ANÁLISE DOS RESULTADOS
A análise dos resultados compreenderá a aplicação de testes estatísticos
multivariados para comparações pareadas e estudos de correlação para a
avaliação de eficiência de remoção de elementos químicos da superfície das
folhas.
A análise estatística será realizada por meio do procedimento
IML (Interactive Matrix Language) do programa SAS, atentando-se para
prerrogativas da análise como a normalidade dos dados. Considerando que o
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número de amostras é superior ao número de variáveis analisadas (n – p = 33),
não será necessário assumir a normalidade dos dados (Johson & Wichern, 1998).
Mesmo assim, a normalidade multivariada dos dados será averiguada a partir do
procedimento INSIGHT e IML.
Os dados serão ordenados a partir dos elementos químicos determinados
nas folhas, dos tratamentos (1 = água normal; 2 = EDTA) e das 50 árvores
selecionadas, seguindo-se a anotação:
X1j1 = elemento químico 1 sobre o tratamento 1
X1j2 = elemento químico 2 sobre o tratamento 1
Μ
X1jp = elemento químico p sobre o tratamento 1
……………………………………….
X2j1 = elemento químico 1 sobre o tratamento 2
X2j2 = elemento químico 2 sobre o tratamento 2
Μ
X2jp = elemento químico p sobre o tratamento 2
e para as diferenças entre os p elementos químicos pareados
dj1 = X1j1 – X2j1
dj2 = X1j2 – X2j2
Μ
djp = X1jp – X2jp
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A partir das diferenças observadas d = [dtj j1 dj2 Κ djp], j = 1, 2, Κ , n, um
teste de hipótese H0: δ = 0 versus H1:δ ≠ 0 , ao nível de significância de 5%, rejeita-se
H0 se o valor observado:
%5,,12
)()1(.).(. pnpFpnpndSdtnT −
−
−−
>=
Microscopia eletrônica de varredura
Na tentativa de evidenciar as características das partículas aderidas à
superfície, será aplicada microscopia eletrônica de varredura às folhas das
espécies arbóreas. Este procedimento é interessante para inferência do tamanho e
distribuição das partículas aderidas às folhas (Jalkanen et al., 2000). O
procedimento será realizado no Laboratório de Microscopia Eletrônica da
ESALQ/USP.
PLANO DE TRABALHO E CRONOGRAMA
As etapas a serem desenvolvidas estão relacionadas na Tabela 2, incluindo
a coleta de material vegetal e de solo, a preparação e a análise das amostras por
INAA, a análise estatística dos resultados, a microscopia eletrônica e a
preparação do relatório final.
Após a coleta de material vegetal, as folhas serão separadas em dois
grupos para os tratamentos de lavagem. A secagem e moagem serão realizadas
separadamente para cada grupo para evitar a contaminação entre os grupos
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distintos. Folhas das espécies serão separadas para a microscopia eletrônica de
varredura.
Tabela 2. Cronograma e plano de trabalho
2002 2003 Atividade A S O N D J F M A M J J
Coleta de amostras [ [ Preparação [ [ INAA [ [ [ Análise estatística [ [ Microscopia [ Relatório final [ [
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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