Submitted by Maurilio Gustavo Nespeca (mauriliogn@hotmail.com) on 2018-08-31T21:01:07Z No. of bitstreams: 1 TESE - MAURILIO G NESPECA.pdf: 12338235 bytes, checksum: 0ffb2ce70bfeb2d88ea11b6f84d923e9 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Carolina Gonçalves Bet null (abet@iq.unesp.br) on 2018-09-04T12:54:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 nespeca_mg_dr_araiq_int.pdf: 8911620 bytes, checksum: d6033930d5b3d08e08ac463efd5ad737 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-04T12:54:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 nespeca_mg_dr_araiq_int.pdf: 8911620 bytes, checksum: d6033930d5b3d08e08ac463efd5ad737 (MD5) Previous issue date: 2018-08-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Segundo dados, de 2017, da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB), os postos de combustíveis são responsáveis pela contaminação ambiental de 72% das 5942 áreas contaminadas cadastradas no estado de São Paulo. A contaminação de solos e águas subterrâneas por combustíveis fósseis causam imensos danos ambientais devido à alta toxicidade dos constituintes destes combustíveis, além de apresentarem propriedades carcinogênicas e elevada permanência no solo. O monitoramento ambiental em áreas de risco potencial de contaminação, como postos de combustíveis, é realizado através da análise de hidrocarbonetos totais do petróleo (TPH), entre outros hidrocarbonetos individuais. Estas análises são realizadas através de métodos cromatográficos em fase gasosa que requerem etapas de extração com solventes halogenados, purificação e, muitas vezes, pré-concentração. O elevado custo e o tempo demandado para a quantificação de TPH em solo tornam-se barreiras para o crescimento do monitoramento e acompanhamento de processos de remediação das áreas contaminadas. Desta forma, este trabalho objetivou o desenvolvimento de métodos analíticos mais rápidos e de menor custo para a identificação e quantificação de TPH em solo através da espectroscopia na região do infravermelho próximo (NIR). Três métodos NIR foram desenvolvidos: (i) sem preparo de amostra; (ii) após extração por hexano; e (iii) após extração por etanol. Os modelos de classificação foram desenvolvidos pelo método de análise discriminante por mínimos quadrados parciais (PLS-DA) e os modelos de calibração por mínimos quadrados parciais (PLS). No desenvolvimento dos modelos, nove diferentes pré-processamentos e seleção de variáveis pelo algoritmo genético (GA) foram avaliados. Os modelos foram desenvolvidos usando-se amostras de solo fortificado com os contaminantes (gasolina, diesel e óleo lubrificantes) e validados com amostras de solo contaminado, adquiridas no monitoramento ambiental de postos de combustíveis. O modelo PLS-DA proporcionou 100% de classificações corretas das amostras contaminadas sem a necessidade de preparo de amostra, enquanto a predição da concentração dos analitos tornou-se possível através dos modelos PLS após a etapa de extração com etanol. Como objetivos secundários deste trabalho, foram desenvolvidos métodos de quantificação das diferentes frações de TPH e dos compostos benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos (BTEX) por cromatografia em fase gasosa ultrarrápida com detector de ionização por chama (UFGC-FID). Além do desenvolvimento dos métodos UFGC-FID, otimizou-se o processo de extração dos analitos por sonicação através de planejamentos experimentais, avaliando-se diferentes solventes, tempo de sonicação, agitação por vórtex e volume de solvente. Os métodos UFGC-FID proporcionaram análises de 3 a 17 vezes mais rápidas que o método cromatográfico de acordo com a norma EPA 8015. Ao final deste trabalho, os métodos desenvolvidos e o método EPA 8015 foram comparados segundo aspectos analíticos, ambientais e financeiros. De forma geral, os três métodos apresentaram mesma exatidão; o método cromatográfico (EPA 8015) foi o método mais preciso; o método UFGC-FID foi o de menor investimento inicial e de menor tempo para retorno financeiro; e, finalmente, o método NIR após extração com etanol foi o mais sensível, rápido, favorável à química verde e de menor custo por análise. / According to the Environmental Company of the State of São Paulo (CETESB), the gas stations are responsible for the environmental contamination of 72% of the 5942 contaminated areas registered in the state of São Paulo. Contamination of soils and groundwater by fossil fuels causes immense environmental damages due to their high toxicity, carcinogenic properties and high permanence in the soil. Environmental monitoring in areas of potential contamination risk, such as gas stations, is carried out through the analysis of total petroleum hydrocarbons (TPH), among other individual compounds. These analyzes are performed by gas chromatographic methods which require some sample preparation steps, such as extraction with halogenated solvents, purification, and often preconcentration. The high cost and time demanded for the quantification of TPH in the soil become barriers for the growth of the monitoring program and remediation processes of the contaminated areas. Therefore, this work aimed at the development of faster and lower cost analytical methods for the identification and quantification of TPH in soil through near-infrared spectroscopy (NIR). Three NIR methods were developed: (i) without sample preparation; (ii) after hexane extraction; and (iii) after extraction with ethanol. The classification models were developed by partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) method and the calibration models by partial least squares (PLS) method. In the development of the models, we evaluated nine different preprocessing and selection of variables by the genetic algorithm (GA). The models were developed using soil samples fortified with contaminants (gasoline, diesel and lubricant oil) and validated with samples of contaminated soil acquired in the environmental monitoring of gas stations. The PLS-DA model provided 100% correct classifications without sample preparation, while the prediction of the concentration of the analytes was possible by PLS models after the ethanol extraction. As secondary objectives of this work, we developed quantification methods for the different fractions of TPH and benzene, toluene, ethylbenzene, and xylenes (BTEX) compounds by ultrafast gas chromatography with flame ionization detector (UFGC-FID). In addition to the UFGC-FID methods, the TPH extraction by sonication was optimized through experimental design, evaluating different solvents, sonication time, agitation and solvent volume. The UFGC-FID methods provided analyzes 3 to 17 times faster than the chromatographic method according to EPA 8015. At the end of this work, the developed methods and the EPA 8015 method were compared according to analytical, environmental and financial aspects. In general, the three methods presented the same accuracy; the EPA 8015 method was the most precise; the UFGC-FID method presented lower initial investment and less time for financial return; and the NIR method after ethanol extraction was the most sensitive, fast, favorable to green chemistry and presented the lowest cost per analysis.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2016-05-02T17:58:54Z No. of bitstreams: 1 GALLOTTA_30_06_14.pdf: 62695484 bytes, checksum: 33335ee3affc2bcffb11fc10caf9ae3f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-02T17:58:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GALLOTTA_30_06_14.pdf: 62695484 bytes, checksum: 33335ee3affc2bcffb11fc10caf9ae3f (MD5) / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências-Geoquímica. Niterói, RJ / Os hidrocarbonetos presentes no ambiente consistem em misturas complexas de compostos derivados de múltiplas fontes. Os combustíveis fósseis representam a principal contribuição, devido à taxa e escala espacial, em que o petróleo tem sido usado como fonte de energia e matéria-prima para a indústria química. O objetivo deste estudo foi avaliar os níveis de concentração e identificar fontes de hidrocarbonetos na Bacia do Alto Iguaçu e, em especial, na área de influência da Refinaria Presidente Getúlio Vargas (REPAR). Além dos fatores de poluição crônica, a área de estudo foi alvo de um derrame acidental de petróleo em julho de 2000. Diversos indicadores em diferentes compartimentos ambientais (água superficial, sedimento, solo e água subterrânea) foram avaliados na fase pós-derrame e no monitoramento ambiental ao longo de várias campanhas por mais de uma década. Os esforços de avaliação foram concentrados nos seguintes indicadores: os nalcanos, os alcanos isoprenoides, os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA), os biomarcadores de petróleo e ainda o total de hidrocarbonetos de petróleo (THP). Os resultados identificaram como principal aporte de matéria orgânica para as águas superficiais dos rios Barigüi e Iguaçu, os fluxos materiais originados em região a montante do acidente, refletindo a contribuição antropogênica crônica da cidade de Curitiba. Em 2007 e 2008, as concentrações de THP e HPA nas águas superficiais e sedimentos dos rios Barigüi e Iguaçu refletem uma expressiva melhoria nas condições desses rios em relação a 2000. Na área interna da refinaria (Ponto Zero), observou-se uma nítida diminuição (atenuação) natural das concentrações de THP no solo em todas as profundidades dos perfis amostrados ao longo do tempo nos Banhados 1 e 4 e, em particular, uma diminuição importante das concentrações entre 2004 e 2007. Para a identificação das fontes de hidrocarbonetos foram utilizadas razões diagnósticas e quimiometria. As razões diagnósticas calculadas a partir de concentrações de HPA sugeriram que, na maioria dos sedimentos dos Rios Barigüi e Iguaçu coletados nas campanhas de 2000 e 2001, a fonte petrogênica é a principal. Somente na estação a montante do acidente no Rio Barigüi, a fonte pirolítica predominou nestas duas campanhas. As razões diagnósticas que apresentaram maior eficiência na identificação de fontes de hidrocarbonetos nos sedimentos dos rios Barigüi e Iguaçu foram: ΣC1-Fenantrenos/Fenantreno; e (ΣHPA parentais de 3-6 anéis)/(Σ5 séries de HPA alquilados). A identificação de fontes através de razões diagnósticas calculadas a partir de áreas e alturas de picos cromatográficos demonstrou sua aplicabilidade verificando a relação entre os compostos encontrados em amostras de solo da área interna da refinaria com a amostra de petróleo derramado no acidente, após quase uma década da ocorrência do vazamento. A identificação de fontes através método de quimiométrico baseado na análise de componentes principais (ACP) de seções pré-processadas e combinadas dos Cromatogramas de Íons Selecionados (CIS) mostrou que as amostras mais contaminadas estão na área interna da refinaria. Essas amostras apresentam um padrão de distribuição petrogênica e diferentes graus de intemperismo. As amostras da área externa à refinaria (Guajuvira, General Lúcio e Balsa Nova) são menos ou não contaminadas e/ou contém uma mistura de contribuições diagenéticas, pirolíticas e petrogênicas onde predominam diferentes proporções. Os locais mais distantes da atividade industrial (Balsa Nova) contem, como esperado, os níveis mais baixos de contaminação por HPA. Os resultados de biomarcadores demonstraram que não há evidências para concluir que as amostras da área externa à refinaria e o óleo Cusiana vazado tenham a mesma origem. Os resultados ao longo dos rios Barigüi e Iguaçu e do Ponto Zero demonstraram que as ações de emergência para a contenção do óleo foram adequadas para os rios, e que a contaminação decorrente do derrame ficou predominantemente contida no Ponto Zero e diminuiu significativamente após uma década. / Hydrocarbons present in the environment consist of complex mixtures of compounds derived from multiple sources. The main contribution lies on fossil fuel inputs due to the rate and spatial scale by which petroleum has been used as an energy source and chemical feedstock. The aim of this study was to assess the concentration levels and identify sources of hydrocarbons in the Upper Iguaçu Watershed and, in particular, in the area of influence of the President Getulio Vargas Refinery (REPAR). In addition to the factors of chronic pollution, the study area was the scenario of an acute accidental oil spill in July 2000. Numerous indicators in different environmental compartments (surface water, sediment, soil and groundwater) were assessed in the post spill phase and during the environmental monitoring programs over the course of several campaigns for more than a decade. Assessment efforts were concentrated on the following indicators: n-alkanes, alkanes isoprenoids, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), petroleum biomarkers and total petroleum hydrocarbons (TPH). The results identified as the main contribution of organic matter to surface waters of the Barigüi and Iguaçu Rivers the materials flows originated in the region upstream of the accident, reflecting chronic anthropogenic contribution of the city of Curitiba. In 2007 and 2008, the TPH and PAH concentrations in surface waters and sediments of the Barigüi and Iguaçu Rivers revealed a significant improvement in the conditions of these rivers when compared with 2000. Inside the refinery area (Point Zero), it was observed a clear natural decrease (attenuation) of the concentrations of TPH in the soil at all depths sampled over time in Marshes 1 and 4 and, in particular, an important decrease of concentrations between 2004 and 2007. Diagnostic ratios and chemometrics were used to identity hydrocarbon sources. The diagnostic ratios calculated from the concentrations of PAH suggested that, in the majority of sediments from the Barigüi and Iguaçu Rivers collected in 2000 and 2001 campaigns, the main source is petrogenic. Only in the station upstream the accident in the Barigüi River, the pyrolytic source predominated in these two campaigns. The diagnostic ratios that presented higher efficiency in identifying sources of hydrocarbons in sediments of the Barigüi and Iguaçu Rivers were: ΣC1- Phenantrenes/Phenanthrene; and (Σ3-6 rings parental PAH)/(Σ5 alkylated PAH series). The source identification through diagnostic ratios calculated from heights and areas of chromatographic peaks demonstrated its applicability establishing a relationship between the compounds found in soil samples of the internal area of the refinery and the sample of the oil spilled in the accident, after nearly a decade of occurrence of the spillage. The source identification through chemometric method based on principal components analysis (PCA) of preprocessed and combined sections of Selected Ion Chromatograms (SIC) showed that the most contaminated samples are inside the refinery area. These samples present a petrogenic pattern and different weathering degrees. Samples from outside the refinery area (Guajuvira, General Lúcio e Balsa Nova) are either less or not contaminated, and/or contain mixtures of diagenetic, pyrogenic and petrogenic inputs where different proportions predominate. The locations farthest away from industrial activity (Balsa Nova) contain, as expected, the lowest levels of PAH contamination. The biomarkers results do not show any evidences to conclude positive matches between the samples from outside the refinery area and the spilled Cusiana oil. The results along Barigüi and Iguaçu rivers and Point Zero demonstrated that emergency actions to contain the oil were appropriate for the rivers, and that the contamination resulting from the spill was mostly contained in the Point Zero and decreased significantly after one decade